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1、机械手PLC控制系统设计摘 要 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，并且效率也不是很理想。通常利用机械手来代替人工操作，来解决这一问题。本设计中的机械手主要功能是用来抓大小球，绘制出了机械手工作的流程顺序图。主要控制部分的实现，是以三菱公司的F1-40M型号的PLC为控制器。设计了机械手控制系统硬件原理图、梯形图和软件程序流程图，并编写了相应的软件程序。本设计机械手可以用来实现手动、单周期、单步、连续和复位五种工作状态。机械手
2、的连续循环操作主要是通过状态初始化指令IST来控制，利用限位开关来控制机械手走的行程。利用开关来实现手动，单周期和复位等操作。关键词:PLC，机械手，大小球，控制方式，继电器 DESIGN OF PLC CONTROL SYSTEM FOR MANIPULATOR ABSTRACTWith the science and technology development, the degree of automation has become more increasingly demanding and the competition of the market has become more
3、and more intensely. Because the costs of the labor was rising, the traditional object-oriented way, which were manual handling and the conveyor belt fixed of handling, not only waste space and not easy to change the structure of production lines, coupled with the need for human supervision of the op
4、eration, but also increase production costs and the efficiency is not very satisfactory. People often use the manipulator to replace the manual operation to solve this problem. The main function of the robot is designed to seize the big and small ball, besides we map out the process sequence diagram
5、 of the manipulator. The main part of control is based on Mitsubishi models of the F1-40M for the PLC controller. We designed ladder diagram and software flow chart of manipulator control system hardware schematics to prepare the corresponding software programs. The manipulator we designed can be us
6、ed to achieve five work statuses which are manual operation, single-cycle, and single-step, continuous and reset. To achieve continuous cycle of robot operations mainly through State initialization instruction IST , to control the use of limit switches to control the robot to go visit . We use the s
7、witches to achieve manual operation, such as single-cycle and reset operation.KEY WORDS: PLC,Manipulator, Big and small ball, Control mode, Relay目录前言1第1章 PLC机械手概述21.1选题背景21.2可编程控制器的基本功能21.3PLC机械手的组成与分类4第2章 机械手PLC控制系统总体设计方案52.1机械手PLC控制系统总体设计52.1.1 机械手抓大小球PLC设计任务52.1.2 机械手抓大小球PLC工作方式52.1.3 机械手抓大小球动作示意
8、图62.1.4 机械手抓大小球每个工作步的控制要求72.2机械手抓大小球动作顺序图7第3章 机械手PLC硬件设计93.1 机械手PLC型号的选择93.2 机械手抓大小球PLC操作版面的布置93.3 机械手抓大小球输送系统输入和输出点分配表103.4 机械手抓大小球PLC的I/O接线图11第4章 机械手PLC程序设计144.1 初始化程序设计144.2 手动程序设计174.3 自动返回原点程序设计184.4 自动程序设计214.5 机械手抓大小球步进梯形图254.6 机械手抓大小球PLC语句表28结论32谢辞33参考文献34外文资料翻译36前言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主
9、题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。自从机械手问世以来，相应的各种难题应刃而解。机械手由耐高温，防腐蚀的材料制成，工作效率极高，而且不受体能的限制，非常方便。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；而可编程控制器（PLC）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方
10、便，在工业控制中有着广泛的应用。机械手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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本设计中的机械手主要功能是用来抓大小球，绘制出了机械手工作的流程顺序图。主要控制部分的实现，是以三菱公司的F1-40M型号的PLC为控制器。设计了机械手控制系统硬件原理图、梯形图和软件程序流程图，并编写了相应的软件程序。本设计机械手可以用来实现手动、单周期、单步、连续和复位五种工作状态。机械手的连续循环操作主要是通过初始化指令来控制，利用
11、限位开关来控制机械手走的行程。利用开关来实现手动，单周期和复位等操作。 第1章 PLC机械手概述1.1选题背景工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。在工资水平较低的中国，分拣行业尽管仍属于劳动力密集型
12、，机械手的使用已经越来越普及。 那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、分拣流程越来越节约劳动力,可见机械手的大力开展有着很重要的意义。1.2可编程控制器的基本功能（1)逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是可编程控制器的最基本的功能之一。PLC设置有“与”、“或”、“非”等逻辑指令，利用这些指令，根据外部现场（开关、按扭或其他
13、传感器）的状态，按照制定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、接触器、继电器、指示灯等）。因此PLC中一个逻辑位的状态可以无限次地使用，逻辑关系的修改变更也十分方便。（2）定时控制功能PLC中用户提供使用的定时器，定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。（3）记数控制功能PLC为用户提供了很多计数器。计数器到某一定值时（设定值），产生一个状态信号，利用该信号实现对某个操作的记数控制。PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数，以完成对某个工作过程的计数控制。（4）步进控制功能PLC为用户
14、提供了若干个状态器，可以实现由时间、技术和其他指定逻辑信号为转移条件的步进控制，即在一道工序完成以后，在转移条件满足时，自动进行下一道工序。（5）数据处理功能大部分PLC都有数据处理功能，可实现算术运算、数据传送、数据比较、数据转换、译码等操作。（6）过程控制功能有些PLC具有A/D、D/A转换功能方便地对模拟量的控制调节。（7）通信联网功能有些PLC采用通信技术，可以多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通信等。（8）监控功能PLC设置了较强的监控功能。操作人员利用编程器或监视器可对PLC的运行状态进行监控。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并根据需要改变PLC内部逻
15、辑信号的状态及数据区的数据内容为调试和维护提供极大的方便。（9）停电记忆功能PLC内部的部分存储器所使用的 RAM 设置了停电保持器件（如备用电池），以保证断电后这部分存储器中的信息不会丢失。（10）故障诊断功能PLC可对系统组成、某些硬件状态及指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。 1.3PLC机械手的组成与分类机械手主要由手部、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。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。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
