1、第1章 概述1.1搬運(yùn)機(jī)械手概述 圖1.1是搬運(yùn)機(jī)械手工作示意圖。該機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶A上的物品搬運(yùn)到傳送帶B。為使動(dòng)作準(zhǔn)確，安裝了限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行抓緊、左旋、右旋、上升、下降等行程的檢測(cè)，并給出動(dòng)作到位的檢測(cè)信號(hào)。另外還安裝了光電開關(guān)SP。負(fù)責(zé)檢測(cè)傳送帶A上的物品是否到位。此外，還設(shè)置了起動(dòng)按鈕SB1和停止按鈕SB2，分別用以啟動(dòng)和停止機(jī)械手的動(dòng)作。圖1.1 搬運(yùn)機(jī)械手工作示意圖傳送帶A、B由電動(dòng)機(jī)M1、M2拖動(dòng)，M1、M2分別由接觸器KM1、KM2控制，機(jī)械手的上、下、左、右、抓、放等動(dòng)作由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，并分別由6個(gè)電磁閥YV1YV6來控

2、制。1.2搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過程 根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖1.2所示：圖1.2機(jī)械手動(dòng)作過程1.3設(shè)計(jì)要求 傳送帶B處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，不用PC控制。 機(jī)械手和傳送帶A要求按照一定的順序動(dòng)作，其步序圖如圖1.3所示。啟動(dòng)時(shí)，機(jī)械手按照步序圖的工步順序動(dòng)作；停止時(shí)，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上。重新啟動(dòng)時(shí)機(jī)械手從停止前一瞬間的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行；PLC斷電時(shí)的要求與停止時(shí)的要求一致。 要求搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)具有手動(dòng)、單周期和連續(xù)循環(huán)三種工作方式。1.4設(shè)計(jì)任務(wù) 1.設(shè)計(jì)和繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明

3、細(xì)表。 3.設(shè)計(jì)操作面板電器元件布置圖。 4.上機(jī)調(diào)試程序。 5.編寫設(shè)計(jì)說明書。圖1.3搬運(yùn)機(jī)械手動(dòng)作步序圖23第2章 控制方案論證 機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有單周（連續(xù)）控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)有許多了設(shè)計(jì)方案，有繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。2.1繼電器控制方案 繼電器是根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化，接通或斷開控制電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力

4、裝置的自動(dòng)電器。此控制系統(tǒng)可利用四個(gè)傳統(tǒng)繼電器作為限位開關(guān)，并加上輔助電路以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的功能。但是由于傳統(tǒng)繼電器觸點(diǎn)接觸不良容易出現(xiàn)故障，并且接線復(fù)雜抗干擾能力差，難以實(shí)現(xiàn)模塊化和智能化，性價(jià)比較低。所以這種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰，顯然此控制系統(tǒng)不能選用此方案。2.2單片機(jī)控制方案 單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、體積小等特點(diǎn)，單片機(jī)最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是嵌入式系統(tǒng)中，是應(yīng)用最多的核心器件，但由單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都有一個(gè)共性就是抗干擾性差,因?yàn)闄C(jī)械手一般都用在干擾源比較多、情況比較復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),所以由單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)很難保證長期穩(wěn)定的工作。所以不宜選用此方案。2.3PLC

5、控制方案 此控制系統(tǒng)利用PLC可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。 PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。 PLC的高可靠性、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、編程簡(jiǎn)單易學(xué)、安裝簡(jiǎn)單，維修方便。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與P

6、LC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。所以選用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制為最佳方案，本次設(shè)計(jì)就選用此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電動(dòng)機(jī)控制線路設(shè)計(jì)3.1.1電動(dòng)機(jī)控制線路電器元件選擇表3-1電動(dòng)機(jī)控制線路元件明細(xì)表序號(hào) 名稱 符 號(hào) 數(shù)量型號(hào) 主 要 基 礎(chǔ) 參 數(shù) 備 注1選擇開關(guān) KA 1 LA18-66X 常開常閉觸點(diǎn)各2對(duì) 切換3種工作方式2光電開關(guān)SP1LLS-30 工作電壓DC12-30V響應(yīng)時(shí)間小于1ms 檢

7、測(cè)A上有無物體3三相異步電動(dòng)機(jī)M1、M22Y132S2-2額定功：7.5KW 電壓：380V 電流：15A 控制傳送帶的動(dòng)作4按鈕SB1- SB3 3LA10-2H常開常閉觸點(diǎn)各2對(duì) 啟動(dòng)、預(yù)停、急停5行程開關(guān)SQ1- SQ5 5JLXK1-211 常開常閉觸點(diǎn)各1對(duì)6個(gè)動(dòng)作限位檢測(cè)6電磁閥YV1-YV6 6DSG-02-2B2 二位四通閥驅(qū)動(dòng)執(zhí)行6個(gè)動(dòng)作7按鈕SB4- SB10 7 LA10-1K 常開常閉觸點(diǎn)各1對(duì)手動(dòng)控制6個(gè)動(dòng)作3.1.2電動(dòng)控制線路原理圖. 根據(jù)傳送帶A，B的運(yùn)行要求設(shè)計(jì)其主電路圖如3-1 a）：圖3-1 a）主電路 傳送帶A是由PLC 控制系統(tǒng)控制，控制電路如圖3-2

8、，根據(jù)傳送帶B的運(yùn)行要求設(shè)計(jì)其控制電路如圖3-1 b):圖3-1b) 控制電路3.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1PLC控制系統(tǒng)選元件 在機(jī)械手設(shè)計(jì)中選擇可編程控制器CPU224CN 是數(shù)字量I/O口14輸入10輸出和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2231CN，8輸入DC24V/4，數(shù)字量I/O口8輸入。3.2.2PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖圖3-2 PLC交流主機(jī)模塊+直流擴(kuò)展模塊的外部接線圖第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃 根據(jù)PLC的I/O接線圖和機(jī)械手動(dòng)作要求，設(shè)計(jì)軟件部分的主程序、公用子程序、手動(dòng)子程、單周/連續(xù)自動(dòng)子程序的梯形圖。圖4-1主程序4.2手動(dòng)程序設(shè)計(jì)圖4-2手動(dòng)程序4.

9、3單周（連續(xù)）循環(huán)程序設(shè)計(jì)4.3.1單周（連續(xù)）循環(huán)程序順序功能圖 機(jī)械手按照步序圖的工步順序動(dòng)作，畫出機(jī)械手的工作循環(huán)圖，再畫順序功能圖。機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)具有單周期和連續(xù)循環(huán)兩種工作方式。圖4-3單周/連續(xù)循環(huán)自動(dòng)工作循環(huán)圖4-4單周/連續(xù)循環(huán)自動(dòng)功能順序圖4.3.2單周（連續(xù)）循環(huán)程序設(shè)計(jì) 自動(dòng)單周/連續(xù)循環(huán)梯形圖設(shè)計(jì)如下(a）、（b）、（c）、（d）四部分：圖4-5 單周/連續(xù)循環(huán)自動(dòng)子程序圖4.4公用程序設(shè)計(jì)圖4-6公用程序第5章 控制系統(tǒng)調(diào)試5.1公用程序調(diào)試公用程序中有初始位、預(yù)停、急停、初始位的判斷。當(dāng)按下I1.0、I1.2、I0.7、初始位的啟動(dòng)。同時(shí)可以判斷是否在初始位，而

10、操作下一步。如圖5-1：圖5-1 公用程序調(diào)試圖5.2手動(dòng)程序調(diào)試 按下I0.0，主程序中啟動(dòng)了手動(dòng)子程序，可以操作手動(dòng)程序。按下I2.0，機(jī)械手下降，如圖5-2 b）。當(dāng)下行到下限位時(shí)，機(jī)械手停止下降，如圖5-2a）。圖5-2 a）圖5-2 b） 可以依次操作其余的動(dòng)作，下降、傳送帶A運(yùn)行、抓緊、上升、右旋、下降、松開、上升、左旋、完成一個(gè)周期的操作。5.3自動(dòng)單周（連續(xù)）循環(huán)程序調(diào)試當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按下I0.2選擇連續(xù)循環(huán)，按啟動(dòng)I0.3接通，驅(qū)動(dòng)下降YV2(Q0.1),（如圖5-3）,當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)SQ5(I1.3)接通，而上限位SQ4(I1.2)自動(dòng)復(fù)位，傳送帶A運(yùn)行KM1

11、(Q0.6)，SP光電開關(guān)驅(qū)動(dòng)，KM1停止，手爪抓緊YV5（Q0.4）,驅(qū)動(dòng)手抓限位開關(guān)SQ1(I0.6)接通，機(jī)械手上行YV1(Q0.0)，當(dāng)上升到達(dá)最高位，上限位開關(guān)SQ4(I1.2)接通，機(jī)械手右旋YV4(Q0.3)，移到最右位，右限位SQ3(I1.1)接通，機(jī)械手下降YV2，下降到最低位，下限位SQ5接通，機(jī)械手放松YV6(Q0.5)，T37接通，同時(shí)C0計(jì)數(shù)一次，延時(shí)1秒，延時(shí)時(shí)間到，機(jī)械手上升YV1，上升到最高位，上限位SQ4接通，機(jī)械手左旋YV4(Q0.2),當(dāng)旋轉(zhuǎn)到最左時(shí)，使SQ2(I1.0)接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作，連續(xù)循環(huán)到C0計(jì)數(shù)100，才跳出循環(huán)。 圖5

12、-3連續(xù)循環(huán)下行圖當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，選擇I0.1機(jī)械手進(jìn)行單周循環(huán)，而單周循環(huán)與連續(xù)循環(huán)的區(qū)別自在與，當(dāng)機(jī)械手依次完成下降、傳，送帶A運(yùn)行、抓緊、上升、右旋、下降、松開、上升、左旋動(dòng)作后，通過預(yù)停（M2.1）,停在初始位。結(jié)束語搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有手動(dòng)、自動(dòng)單周循環(huán)、自動(dòng)連續(xù)循環(huán)功能。在工作系統(tǒng)中有啟動(dòng)、預(yù)停、急停功能，按下預(yù)停后，機(jī)械手運(yùn)行完一個(gè)周期后自動(dòng)返回原初始位，急停是方便故障檢查，排除故障后可以接著停止前的運(yùn)作運(yùn)行。單周循環(huán)的控制方式靈活，連續(xù)循環(huán)的控制方式準(zhǔn)確，可靠性高。手動(dòng)操作便于維修，安全，操作簡(jiǎn)單。我們提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度,對(duì)PLC讀、寫,事

13、件響應(yīng)等通信時(shí)間可進(jìn)行精確的控制,取得了良好的效果.。使用該機(jī)械手代替人工搬運(yùn)工件，既安全，又準(zhǔn)確，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用M.重慶:重慶大學(xué)出版社2萬太福.可編程序控制器及其應(yīng)用M. 重慶：重慶大學(xué)出版社3劉祖潤.畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：機(jī)械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動(dòng)與控制. 北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社5工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)編寫組.工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè). 北京：水利電力出版社致 謝 兩周緊張充實(shí)的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，回想起以往的美好時(shí)光，此時(shí)感慨萬千，首先感謝指導(dǎo)教師賴?yán)蠋熢谡n程設(shè)

14、計(jì)中對(duì)我的幫助，鼓勵(lì)和精心指導(dǎo)，賴?yán)蠋熤螌W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄廓，關(guān)鍵是指導(dǎo)有方嚴(yán)格我們要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，其嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風(fēng)，倍感溫馨。一股暖意細(xì)水長流，源自內(nèi)心而又沐潤全身，微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠的祝福老師合家歡樂，一生平安。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助我的師長。同時(shí)感謝我的同學(xué)在我的課程設(shè)計(jì)過程其中對(duì)我莫大的鼓勵(lì)。謝謝你們，我所有的老師與同學(xué)。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！附錄電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)評(píng)分表項(xiàng) 目評(píng) 價(jià)優(yōu)良中及格差設(shè)計(jì)方案合理性與創(chuàng)造性（10%）

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