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1、杭州万向职业技术学院 毕业设计说明书题系专班姓目：基于PLC的机械手的模拟别：应用工程系业：机电一体化技术级：机电 082 班名：范赟指导教师：唐美玲2011 年 5 月 20 日毕业设计（ 论文 ） 原创性声明本人所呈交的毕业设计（论文 ）是本人在导师的指导下进行的设计创作（撰写 ）工作所取得的成果据我所知（ 论文） 中已经注明引用的内容外（ 论文） 不包含其他个人已经发表过的成果（ 论文 ） 的研究做出重要贡献的个人和集体（ 论文 ） 中作了明确说明并表示谢意作者签名：日 期：目录1 引言 12 设计目的和任务要求22.1 设计目的22.2 设计任务23机械手PLC控制的设计23.1 根据
2、工艺过程分析控制要求23.2 系统控制模板33.3 输入 /输出设备及I/O 分配 43.4 PLC 的选择53.5 PLC 程序设计54 设计体会与心得8参考文献8致谢91 引言随着工业自动化的普及和发展控制器的需求量逐年增大搬运机械手的应用也逐渐普及机械手：mechanical hand也被称为自动手auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化能在有害环境下操作以保护人身安全可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率以降低其他搬运方式的限制和不足满足现代经济发展的要求因而广泛应用于机械制造
3、、冶金、电子、轻工和原子能等部门机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成手部是用来抓持工件（或工具）的部件根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式如夹持型、托持型和吸附型等运动机构使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作改变被抓持物件的位置和姿势机械手的种类按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等机械手通常用作机床或其他机器的附加装置如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件在加工中心中更换刀具等一般没有独立的控制装置有些操作装置需要由
4、人直接操纵如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力改善热、累等劳动条件就个人而言希望通过这次毕业设计对未来将从事的工作进行一次适应训练从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力为今后的工作打下一个良好的基础由于能力所限设计尚有许多不足之处恳请各位老师给予指教2 设计目的和任务要求2.1 设计目的（1）通过实验掌握 PLC控制系统的硬件电路、程序的设计方法及对编程软件的编辑和调试（ 2） 了解机械手的工作原理（ 3） 掌握顺序控制设计法的方法和技巧2.2 设计任务机械手的动作示意图如图2-1 所示它是一个水平/垂直位移的机械设备用来
5、将工作由左工作台搬到右工作台图 2-1 机械手的工作示意图3机械手PLC控制的设计3.1 根据工艺过程分析控制要求本实验是将工件由 A处传送到B处的机械手上升 / 下降和左移/ 右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成当下降电磁阀通电时机械手下降；当下降电磁阀断电时机械手下降停止只有当上升电磁阀通电时机械手才上升；当上升电磁阀端电时机械手上升停止同样左移 / 右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制机械的放松/ 加紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为加紧电磁阀）控制当该线圈通电时机械手加紧该线圈断电时机械手放松当机械手处于原点时（即左限位开关SQ4和上限位开关SQ2合上）启动以后机械手移向A点加紧工件
6、然后回到原位移向B点放下工件再回到原位完成一次动作机械手的动作过程如图3-1 所示图 3-1 机械手的传送工件系统示意图 从原点开始按下启动按钮时 下降电磁阀通电 机械手下降 下降到底时 碰到下限位开关下降电磁阀断电 下降停止；同时接通夹紧电磁阀 机械手夹紧夹紧后 上升电磁阀通电机械手上升上升到顶时碰到上位开关上升电磁阀断电上升停止；同时接通右移电磁阀机械手右移右移到位时碰到右限位开关右移电磁阀断电右移停止若此时右工作台上无工作则光电开关接通下降电磁阀通电机械手下降下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电下降停止；同时夹紧电磁阀断电机械手放松放松后上升电磁阀通电机械手上升上升到顶时碰到上限位开关
7、上升电磁阀断电上升停止；同时接通左移电磁阀机械手左移左移到原点时碰到左限位开关左移电磁阀断电左移停止至此机械手经过八步动作完成一个周期即为：原位下降夹紧上升右移左移上升放松下降3.2 系统控制模板机械手模拟控制系统的模拟示意面板图如图3-2 所示图 3-2 机械手模拟控制系统的模拟示意面板图3.3 输入 /输出设备及I/O 分配1. 输入设备 用以生产输入控制信号本设计中应包括：启动开关其上限、下限、左限、右限的位置限位开关（实验中由手动的纽扣开关代替）2. 输出设备-由PLC的输出信号驱动的执行元件本设计中应包括下降电磁阀、上升电磁阀、右移电磁阀、左移电磁阀、夹紧电磁阀（实验中由LED显示灯
8、代替）、原点指示灯各输入 / 输出设备的配置如图3-1 所示3. 机械手模拟控制系统的输入/ 输出分配表如3-1 所示表 3-1 机械手模拟控制系统的I/O 分配表输入信号输出信号名称输入点编号名称输入点编号启动按钮SB1X000机械手下降指示灯YV1Y000下限位按钮SQ1X001机械手夹紧/ 放松指示灯YV2Y001上限位按钮SQ2X002机械手上升指示灯YV3Y002右限位按钮SQ3X003机械手右移指示灯YV4Y003左限位按钮SQ4X004机械手左移指示灯YV5Y004机械手复位指示灯HLY005根据所确定的用户输入设备及输出设备可画出PLC的I/O连接图如图 3-3 所示由图可见P
9、LC共需要5点输入1.1 点输出主机模块的CO唳主机模块入端的 COM价口输出端的COM 1 COM2 COM3主机模块的24+、CO帅别接在实3单元的 V+COM图 3-3 机械手模拟控制系统的I/O 接线图3.4 PLC 的选择该机械手的控制为纯开关量控制且所要的I/O 点数不多因此选择一般小型抵挡机即可该控制系统要实现的是步进控制可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令来编程但若选择具有步进指令功能或鼓型控制器功能的PLC则实现步进控制就更加方便了由于所要的I/O 点数为 5/6 点考虑到机械手操作的工艺固定PLC的I/O点基本上可不留裕量根据资料的机型故选择三菱FX1N-40MR机
10、型(需要比较价格同时考虑使用维修方便等因素使之更加经济合理)3.5 PLC 程序设计一、机械手动作的模拟程序梯形图如图3-4 所示图 3-4 机械手动作的模拟程序梯形图程序分析：(1) X002和X004接通时上限位和左限位闭合机械手在远点位置M100置"1"常开接点接通使得Y005接通原点指示灯亮（ 2）这时按下手动按钮SB1使得位左移 SFTL指令【SFTL M100 M101 K9 K1 执行M10O:源位元件起始地址只能是位元件（XYMS）M101:目标位元件起始地址只能是位元件（YM5）K9:目标位元件个数只能是数值K1:移动的个数只能是数值在这里的SFTL M1
11、00 M101 K9 K1 -K9 为目标元件个数K1 表示一次移动1 位这里指M100的值传给 M101使得 M101 置"1"M100 置"0"依次彳到M109形成一个循环直到同时复位 3） M101接通下降指示灯 Y000亮当碰到下限为开关使X001 接点接通把M101的值传给M102使得M102接通执行指令【SET M200（把M200置"1"）和时间继电器 T0经过 1.7 秒后时间继电器T0 延时闭合常开接点接通把M102的值传给M103接通上升指示灯Y002碰到上限开关使X002 接点接通把M103的值传给M104接通右
12、移指示灯Y003碰到右限位开关使 X003接点接通把M104的值传给M105接通下移指示灯Y000碰到下限位开关使X001 接点接通把M105的值传给M106执行指令【RST M200I （把M200置"0"）和时间继电器 T1过 1.5 秒后时间继电器T1 延时闭合常开接点接通把M106的值传给M107接通上升指示灯Y002碰到上限开关使X002 接点接通把M107的值传给M108接通左移指示灯Y004碰到左限位开关使 X004接点接通把M108的值传给M109使M109的置为"1"执行指令ZRST M101 M109I使得复位M101开始到M109结
13、束 4） 4）手动按钮SB1 断开执行指令【ZRST M101 M109I和【RST M200I结束程序二、 设计机械手动作三位置动作模拟如图 3-5 所示图 3-5 三位置机械手的传送示意图 从原点开始按下启动按钮 下降电池阀通电 机械手下降 下降到底时 碰到下限位开关 下降电池阀断电 下降停止；同时接通夹紧电磁阀 机械手夹紧 夹紧后 上升电磁阀通电 机械手上升 上升到顶点时 碰到上限位开关 上升电磁阀断电 停止上升；同时接通右移电磁阀 机械手右移 右移到位时 碰到中限位开关 右移电磁阀断电 右移停止 下降电磁阀通电机械手下降 下降到底时 碰到下限位开关下降电磁阀断电下降停止；同时夹紧电磁阀
14、断电机械手放松放松后上升电磁阀通电机械手上升上升到顶点时碰到上限位开关上升电磁阀断电上升停止；同时接通右移电磁阀机械手右移右移到位时碰到右限位开关右移电磁阀断电右移停止；同时延时开关延时闭合机械手停止运动延时开关闭合；同时接通左移电磁阀机械手左移左移到位时碰到中限位开关左移电磁阀断电左移停止下降电磁阀通电机械手下降下降到底时碰到下限位开关下降电磁阀断电下降停止；同时夹紧电磁阀通电机械手加紧加紧后上升电磁阀通电机械手上升上升到顶点时碰到上限位开关上升电磁阀断电上升停止；同时接通右移电磁阀机械手右移右移到位时碰到右限位开关右移电磁阀断电右移停止下降电磁阀通电机械手下降下降到底时碰到下限位开关下降电
15、磁阀断电下降停止；同时夹紧电磁阀断电机械手放松 放松后 上升电磁阀通电机械手上升 上升到顶点时碰到上限位开关 上升电磁阀断电 上升停止；同时接通左移电磁阀机械手左移 左移到位时碰到左限位开关 左移电磁阀断电左移停止 至此机械手 18 步动作完成了一个周期的动作程序如图3-6 所示图 3-6 三位置机械手动作的模拟程序梯形图4 设计体会与心得毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义其主要目的：1、 培养学生综合
16、分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力拓宽和深化学生的知识2、 培养学生树立正确的设计思想设计构思和创新思维掌握工程设计的一般程序规范和方法3、 培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算数据处理编写技术文件等方面的工作能力4、 培养学生进行调查研究面向实际面向生产向工人和技术人员学习的基本工作态度工作作风和工作方法参考文献1 陈立定吴玉香苏开才编. 电气控制与可编程控制器. 华南理工大学出版社.2001.2 魏斌孙健编 . 可编程控制器实验与实训教程. 中国水利水电出版社.2009.3 高勤田培成编. 可编程控制器原理及应用（三菱机型）. 电子
17、工业出版社.2009.4 赵俊生等编.电气控制与PLC技术项目化理论与实训.电子工业出版社.2009.5 刘艳梅陈震李一波等编著.三菱PLC基础与系统设计.机械工业出版社.2009.6 巫莉黄江峰编.电气控制与PLC应用.中国电力出版社.2008.致谢感谢我的导师唐美玲老师以及班主任丑幸荣老师对我学习中的细心照顾他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪感谢唐美玲等老师对我的教育培养他们细心指导我的学习与研究在此我要向老师们深深的鞠上一躬感谢我的同学们不是他们的陪伴我不会在这三年里过的那么愉快我不会忘记班级里的同学朋友非常感谢！感谢我的爸爸妈妈焉得谖草言树之背养育之恩无以为报你们永远健康快乐是我最大的心愿在设计即将完成之际 我的心情无法平静 从开始进入课题到设计的顺利完成 有多少可敬的师长、同学、朋友给予了我无言的帮助在这里请接受我诚挚的谢意！?基于PLC的机械手的模拟第 1 页 共 13 页坏人固然要防备，但坏人毕竟是少数，人不能因噎废食，不能为了防备极少数坏人连朋友也拒之门外。更重要的是，为了防备坏人的猜疑，算计别人，必然会使自己成为孤家寡人, ，既没有了朋友，也失去了事业上的合作者，最终只能落个失败的下场。