机械手搬卸零件的plc控制系统设计要点

毕业设计报告（论文） 课题名称 机械手搬卸零件的PLC控制系统设计 专 业 学生姓名 学号 指导教师 起讫日期 设计地点 摘 要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”本设计是用PLC作机械手控制系统的核心，以实现用来搬运物体并且完成在各个不同环境中工作。关键词：机械手；定义；PLC目 录1机械手的概况51.1机械手的意义51.2机械手的应用简介51.3机械手的发展历程71.4 机械手的发展趋势102 PLC概述及选型122.1 PLC简介122.2 PLC的选型分析162.3输入/输出模块的选择163机械手控制系统硬件设计183.1 机械手的结构及其动作183.2 机械手的控制设计要求及传送示意图和操作面板图183.3 机械手传送系统I/O点分配表193.4机械手控制原理接线图204机械手控制系统软件设计214.1机械手操作系统分析214.2 机械手控制系统梯形图244.3机械手控制系统指令语句表27结论36致谢38参考文献49 机械手搬卸零件的PLC控制系统设计摘要 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”本设计是用PLC作机械手控制系统的核心，以实现用来搬运物体并且完成在各个不同环境中工作。关键词：机械手 定义 PLC 1 机械手的概述1.1机械手的意义机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”随着科学技术的发展，机械手也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。在机械工业中，机械手的意义可以概括如下：一、以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。二、以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势1.2机械手的应用简介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。它最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5)宇宙及海洋的开发。(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。 但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。 国内外机械工业、铁路部门中机械手主要应用于以下几方面： 一 热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。 二 冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 三 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。 1.3机械手的发展历程机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生产控制、自动控制的重要手段之一。大约开始于1776年，Johnwilkimson发明能产生1个大气压左右压力的空气压缩机。1880年，人们第一次利用气缸做成气动刹车装置，将它成功地用到火车的制动上。20世纪30年代初，气动技术成功地应用于自动门的开闭及各种机械的辅助动作上。至50年代初，大多数气压元件从液压元件改造或演变过来，体积很大。60年代，开始构成工业控制系统，自成体系，不再与风动技术相提并论。在70年代，由于气动技术与电子技术的结合应用，在自动化控制领域得到广泛的推广。80年代进入气动集成化、微型化的时代。90年代至今，气动技术突破了传统的死区，经历着飞跃性的发展，人们克服了阀的物理尺寸局限，真空技术日趋完美，高精度模块化气动机械手问世，智能气动这一概念产生，气动伺服定位技术使气缸高速下实现任意点自动定位，智能阀岛十分理想地解决了整个自动生产线的分散与集中控制问题。 气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。气动机械手强调模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术（可重复编程等），气动伺服系统（町实现任意位置上的精确定位），在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。90年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院YBando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人“阿基里斯”六脚勘探员，是气动技术、PLC控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”。6个脚中的每一个脚都有3个自由度，一个直线气缸把脚提起、放下，一个摆动马达控制脚伸展/退回运动，另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于一体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。Tron-X电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部、腰部、手能与人类一样弯曲运动，并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下（或通过自身的编程控制）能与人进行对话，或作自我介绍等。Tron-X电子气动机器人集电子技术、气动技术和人工智能为一体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度，具有在足够工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力。早在40年代，随着原子能工业的发展，已出现了模拟关节式的第一代机械手。 5060年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机械手。这种机械手也称第二代机械手。如尤尼曼特(Unimate)机械手即属于这种类型。 6070年代，又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动线上，亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段。 80-90年代，装配机械手处于鼎盛时期，尤其是日本。 90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。 90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。总之，目前机械手的主要经历分为三代： 第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。1.4 机械手的发展趋势目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。 因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。 将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。气动技术经历了一个漫长的发展过程，随着气动伺服技术走出实验室，气动技术及气动机械手迎来了崭新的春天。目前在世界上形成了以日本、美国和欧盟气动技术、气动机械手三足鼎立的局面。我国对气动技术和气动机械手的研究与应用都比较晚，但随着投入力度和研发力度的加大，我国自主研制的许多气动机械手已经在汽车等行业为国家的发展进步发挥着重要作用。由于气动机械手有结构简单、易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等诸多独特的优点，可以预见，在不久的将来，气动机械手将越来越广泛地进人工业、军事、航空、医疗、生活等领域。2 PLC概述及选型2.1 PLC简介2.1.1 PLC控制器定义可编程序控制器（Programmable Controller）通常也可简称为可编程控制器，英文缩写为PC或PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便的一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工作环境的能力，更是得到了用户的好评，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中得到了越来越广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）随着现代工业的发展，PLC也不断的发展和完善其相应的应用技术。PLC主要的发展动力来自与：世界范围内的PLC生产厂家为了更好的抢占市场份额，相互之间的竞争的加剧；同时PLC也在不断的开发新的领域和满足不同工业对工业控制系统本身的要求。因此PLC技术也在这些动力的推进之下不断的完善自身的技术。具体来说，PLC控制系统的发展趋势主要表现在以下几个方面：（1）向高集成化、低成本方向发展；（2）向大容量高速度的方向发展；（3）向多功能、网络化方向发展；（4）朝着软、硬件标准化的方向发展。2.1.2 PLC控制系统原理PLC是以CPU为核心的电子系统，实质上就是一种工业控制用的专用计算机。PLC系统的组成与微机系统基本相同，它也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。一般小型PLC的基本单元主要由CPU、存储器、输入和输出模块、电源模块、I/0扩展接口、外设I/0接口以及编程器等部分组成。PLC的软件系统也包括系统程序和用户程序。可编程序控制器是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，是实现工业生产自动化的必要手段。它以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性受到自动化领域的欢迎并被广泛应用，现已形成了一种工业控制趋势。可编程控制器主要有CPU，存储器，及I/O模样等组成，其内部接线和工作原理如图2-1-1所示。I/O模块：他们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁 I/O模块中输入有：开关量，模拟量 图2-1-12.1.3 PLC的工作方式PLC采用的是周期性循环扫描的工作方式，如图2-1-2所示。PLC是一种存储程序控制器。用户首先要根据某一具体的要求编制好程序，然后输入到PLC的用户程序存储器中。用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。PLC运行工作时，CPU对用户程序作周期性循环扫描，在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后又返回第一条指令，开始新的一轮扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新。图2-1-22.1.4 PLC的工作过程PLC的工作过程按三个阶段进行周期性循环扫描，如图1-5-3，即输入采样、程序执行、输出刷新。(1) 输入采样阶段 PLC在输入采样阶段，首先按顺序采样所有的输入端子，并将输入点的状态或输入数据存入内存中各对应的输入映象寄存器，即输入刷新，随即关闭输入端口。接着进入程序执行阶段。在程序执行阶段，即使输入状态有变化，输入映象寄存器的内容也不会改变。输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入采样阶段被读入。(2) 程序执行阶段 在程序执行阶段PLC对用户程序顺序扫描，在扫描每一条指令时，所需的输入状态(条件)可从输入映象寄存器中读人，从元件映象寄存器读人当前的输出状态然后按程序进行相应的逻辑运算，运算结果再存入元件映象寄存器中。所以对每一个元件(PLC内部的输出软继电器)来说，元件映象寄存器的内容，会随着程序的执行过程而变化。(3) 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕，元件映象寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段转存到输出锁存器，并通过一定的方式输出，驱动外部负载，这才是PLC的实际输出。图1-5-3 PLC扫描工作过程无远程功能的PLC用在单机或控制范围不大的系统，有远程功能的PLC则用于大范围的控制系统。远程系统中，本地站一般设在集中控制室，远程站一般设在低压配电室或仪表室，这样可使PLC的外部接线最短。PLC忌安装在高温、结凝、特别是有振动冲击的场所。由于产生干扰的因素是复杂而多样的，因此采取的抗干扰措施要根据情况而定。PLC供电电源一般为AC85一240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:l隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。设置一个PLC信号专用接地装置。该装置不能和防雷接地装置、电器设备接地装置有金属连接。接地电阻可参见使用说明书，一般小于100。即可。接地线进入PLC控制柜中的信号接地端子排。当出现干扰时将PLC的接线端子与信号接地端子排连。2.1.5 PLC系统的运行方式用PLC构成的控制系统有三种运行方式，即自动、半自动和手动。（1）自动运行方式 自动运行方式是控制系统的主要运行方式，这种运行方式主要特点是在系统工作过程中，系统按给定的程序自动完成被控制对象的动作，不需要人工干预。系统的启动可由PLC本身的启动系统进行也可由PLC发动启动预告，由操作人员确认并按下启动响应按钮后，PLC自动启动系统。（2）半自动运行方式 这种运行方式的特点是系统在启动和运行过程中的某些步骤需要人工干预才能进行下去，半自动方式多用于检测手段不完善，需要人工判断或某些设备不具备自控条件需要人工干涉的场合。（3）手动运行方式 手动运行方式不是控制系统的主要运行方式，而是用于设备调试、系统调整和特殊情况下的运行方式，因此它是自动运行方式的辅助方式。2.2 PLC的选型分析在工程中主要根据工艺要求、控制对象、用户需要等方面选择合适的PLC，以获得最佳的性能价格比。就一个控制系统而言，PLC的选型原则和考虑因素如下:(1)PLC一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统，尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。应用于这样的系统，将会最大限度发挥技术经济效果。(2)是否与计算机连接，是否要求构成网络信息系统，以及对远程站的设置要求。是否需要中断输入、双机热备、位置控制、高速计数器等特殊模块和智能模块。(3)开关量I/O点数、模拟量1/0路数、电压等级及输出功率、内存容量。1/0点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择，I/0点数一般要考虑1件一2既的余量，特别是开关量输入更应考虑多些余量;合适的电压等级可提高PLC的抗干扰能力:主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大，故建议内存容量可选大一些。(4)其他考虑因素选择PLC还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较，然后才能确定理想的PLC产品。2.3输入/输出模块的选择模块电源:在选择交流1/0模块时，宜采用隔离变压器为其供电，这样可防止外部电路故障冲击模块。电源线采用双绞线，绞距1ZcM。隔离变压器的容量按PLC电源组件容量的1.5一2倍选择。直流模块的外接电源，其波纹值应满足模块要求;若是模拟量直流模块，尚需用稳压电源。电压等级:在选择I角模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场设备与模块之间的距离来选。当外部线路较长时，可选用AC220V模块;当外线短且控制相对集中时可选择优24V模块。输出电路:PLC的模块输出方式一般有3种:晶体管输出、继电器输出、双向可控硅输出。确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行很重要。每个输出点、每组输出点、每个输出模块的负载电源不得超过额定电流。其中继电器输出模块的负载电流以不能太接近额定电流，当接近额定电流时，最好先带动一个小型中继，再通过中继扩展输出模块的输出容量。采用双向可控硅输出模块，其负载电流必须大于双向可控硅的维持电流，否则应在负载上并联电阻。对于动作频繁、电感性或功率因素低的负载，不宜选用继电器输出模块，而应该采用晶体管输出模块。如果PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当频率为10次/min以下时，既可采用继电器输出方式;也可采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR)，再驱动负载;对于两个重要输出量不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。输入电路:PLC输入电路电源一般应采用DC24V，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，同时其带负载(接近开关等)时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)，建议该电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路相同控制作用且每个接点在编程中仅使用一次的若干个输入接点，可在外部电路进行串、并联后作为一个输入点处理，编程时用常开编程接点。如某个设备的多个故障信号接点可在外部电路串联后接在一个输入点上，而不必占用多个输入点。相同控制逻辑的输出，如集中联锁控制系统发往各现场的启动预告信号，可只用一个输出点，再用接线端子扩展至各现场设备。3 机械手控制系统硬件设计3.1 机械手的结构及其动作搬运机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，全部由气缸驱动，而气缸由相应的电磁阀控制，以镗孔专用机床加工零件的上下料为例，机械手的任务是由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等料架转过一定角度之后，再将来加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕的工件放回料架，如此重复循环。总的老说，机械手的动作包括：夹紧、松开、左移、右移、上移、下移共六个基本动作，下图为机械手结构示意简图，及其实物图。图3-1机械手结构示意简图及其实物图3.2 机械手的控制设计要求及传送示意图和操作面板图机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬卸零件的重复动作，以实现生产自动化。机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。图3-2 机械手传送示意及操作面板图3.3 机械手传送系统I/O点分配表 名 称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动SB1X0手动夹紧SB5X10电磁阀下降YV1Y0下限行程SQ1X1手动放松SB6X11电磁阀夹紧YV2Y1上限行程SQ2X2手动上升SB7X12电磁阀上升YV3Y2右限行程SQ3X3手动下降SB8X13电磁阀右行YV4Y3左限行程SQ4X4手动左移SB9X14电磁阀左行YV5Y4停止SB2X5手动右移SB10X15原点指示ELY5手动操作SB3X6回原点SB11X16连续操作SB4X7工件检测SQ5X17表3-3 机械手传送系统输入和输出点分配3.4机械手控制原理接线图图3-4机械手原理接线图4 机械手控制系统软件设计4.1机械手操作系统分析 操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图4-1所示。图4-1机械手操作系统程序其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。4.1.1回原位程序回原位程序如图4-1-1所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。图4-1-1回原位状态转移图4.1.2手动单步操作程序如图4-1-2所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。4-1-2手动单步操作程序4.1.3自动操作程序 自动操作状态转移见图4-1-3所示。当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。图4-1-3 自动操作状态转移图4.2 机械手控制系统梯形图如图4-2所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。图4-2机械手传送系统梯形图4.3机械手控制系统指令语句表0LD M800237LD M074SET S211SET S138AND X01175STL S212STL S139RST Y00176SET Y0013LD X01640LD M077OUT T0 K104SET S1041AND X01278LD T05STL S1042ANI X00279SET S226RST Y00143ANI Y00080STL S227RST Y00044OUT Y00281OUT Y0028OUT Y00245LD M082LD X0029LD X00246AND X01383SET S2310SET S1147ANI X00184STL S2311STL S1148ANI Y00285OUT Y00312RST Y00349OUT Y00086LD X00313OUT Y00450LD M087ANI X01714LD X00451AND X01488SET S2415SET S1252AND X00289STL S2416STL S1253ANI X00490OUT Y00017SET M804354ANI Y00391LD X00118LD M804355OUT Y00492SET S2519OUT S1256LD M093STL S2520RET57AND X01594RST Y00121LD X00258AND X00295OUT T1 K1022AND X00459ANI X00396LD T123ANI Y00160ANI Y00497SET S2624OUT Y00561OUT Y00398STL S2625LOP X762P099OUT Y00226SET S263LDI X007100LD X00227ZRST S20 S2764CJ P1101SET S2728LDI X00665STL S2102STL S2729CJ P066LDI Y001103OUT Y00430LD X00067AND X002104LD X00431OR M068AND X004105OUT S232ANI X00569AND X000106RET33OUT M070SET S20107P134LD M071STL S20108END35AND X01072OUT Y00036SET Y00173LD X001图4-3 语句指令表结 论此次我做的毕业设计是机械手搬卸零件的PLC控制系统设计，通过几个月的努力，设计终于顺利完成。这次设计给了我一个很好的机会，使我了解了设计工作的基本流程和设计的方法以及理念。毕业设计是学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次机械手搬卸零件的PLC控制系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范等专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。