气动搬运机械手的设计【含CAD图纸、说明书】
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任务书二级学院专 业班 级姓 名学 号校内指导老师毕业设计名称气动搬运机械手 校外指导老师毕业设计时间一、毕业设计目标与任务（ 1 ）整个控制方案的总体规划，资料的查找与收集。（ 2 ）控制方案的制定。（ 3 ）用CAD设计气动机械手传动原理图。（ 4 ）程序流程图。（ 5 ）软件的安装和硬件连接。二、实施步骤和方法 （ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件，技术条件一般以设计任务书的形式来确定。 （ 2 ）选择电气传动和电动机，电磁阀等执行机构。 （ 3 ）选定PIC的型号。 （ 4 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言进行程序设计。三、进度安排起止时间阶段性任务2016.4.10选题04.15-12.14论文书写12.15-12.25报告、指导老师审核论文2017.01-2017.02指导老师修改、审核03.01-04.30指导老师修改审核中期检查05.15-答辩时间四、成果材料1、与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化2、体积更小，重量更轻，功耗更低3、执行元件定位精度提高，活塞杆不回转，使用方便4、更高的安全性和使用性5、向高速、高频、高响应、高寿命方向发展6、各种异形截面缸筒和活塞杆的气缸更多7、普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求五、参考资料1.机电一体化系统设计修订版.张建民 等. 北京理工大学出版社.2013.122.FX系列PLC编程及应用第2版. 廖常初. 机械工业出版社. 2012.123.液压与气压传动 胡竟湘. 大连理工大学出版社. 2009.104.电工学下册. 第七版. 秦曾煌 姜三勇.高等教育出版社.2009.6 5.机电设备控制与维护技术6.PLC控制系统应用与维护7. 黄锡恺， 郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，2006年8. 成大先. 机械设计图册.北京:化学工业出版社 2009年9. 郑洪生. 气压传动及控制.北京:机械工业出版社，2007年10.吴振顺 .气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2004年11.徐永生 .气压传动.北京:机械工业出版社，2002年12.傅祥志， 机械原理（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2000年13.吴昌林，机械设计（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2001年14.徐钢涛，机械设计基础，北京：高等教育出版社，2008年指导老师签名： 年2月10日设计方案二级学院专 业班 级姓 名学 号校内指导老师毕业设计名称气动搬运机械手 校外指导老师一、选题依据（含意义、价值） 机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。二、毕业设计内容目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。三、毕业设计技术方案、路线（1）通过文献收集，查阅、分析相关文献，获取理论知识。（2）在收集的文献的基础上对相关问题进行分析、研究。（3）将取得的资料、观点、分类整合。（4）咨询有关方面专家或企业相关人员。（5）抓重点，对本课题研究。四、实施步骤及进度安排2016.04.10 选题2016.04.15-2016.12.14 论文书写2016.12.15-2016.12.25 报告指导老师审核论文2017.01.02-2017.02.27 指导老师修改审核论文2017.03.01-2017.04.30 指导老师修改审核中期检查2017.05.09-2017.05.15 答辩五、预期效果气动搬运机械手能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。六、参考文献1.机电一体化系统设计修订版.张建民 等. 北京理工大学出版社.2013.122.FX系列PLC编程及应用第2版. 廖常初. 机械工业出版社. 2012.123.液压与气压传动 胡竟湘. 大连理工大学出版社. 2009.104.电工学下册. 第七版. 秦曾煌 姜三勇.高等教育出版社.2009.6 5.机电设备控制与维护技术6.PLC控制系统应用与维护7. 黄锡恺， 郑文伟.机械原理.北京:人民教育出版社，2006年8. 成大先. 机械设计图册.北京:化学工业出版社 2009年9. 郑洪生. 气压传动及控制.北京:机械工业出版社，2007年10.吴振顺 .气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2004年11.徐永生 .气压传动.北京:机械工业出版社，2002年12.傅祥志， 机械原理（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2000年13.吴昌林，机械设计（第二版），武汉：华中科技大学出版社，2001年14.徐钢涛，机械设计基础，北京：高等教育出版社，2008七、指导老师意见同意按毕业设计方案执行指导老师签名： 年2月10日目 录第一章 绪 论- 1 -1.1气动机械手的研发背景及意义- 1 -1.2气动机械手的关键性技术- 1 -1.2.1气动技术- 1 -1.2.2系统软件平台开发技术- 1 -1.3 气动机械手的发展趋势- 2 -1.4 国内外机械手研究概况- 2 -第二章 总体设计方案- 4 -2.1机械手机械部分设计- 4 -2.2控制部分设计- 4 -2.21具体工作要求- 4 -2.22驱动和控制系统- 5 -2.23机械手总体设计简图- 5 -2.24气压缸控制原理图- 5 -第三章 系统硬件电路的设计- 6 -3.1 PLC的简介- 6 -3.1.1 可编程控制器的概念- 6 -3.1.2 PLC的应用领域- 6 -3.1.3 PLC的系统组成- 7 -3.1.4 PLC的工作原理- 9 -3.2 PLC的选型- 11 -3.2.1输入/输出信号- 11 -3.2.2 PLC的选型- 14 -3.3 PLC电路设计分配- 16 -3.3.1 I/O地址分配- 16 -3.4电机、电磁阀电路- 19 -3.4.1异步电机主-控电路- 19 -3.4.2步进电机伺服驱动电路- 19 -3.4电磁阀电气连接(DOPOW-4HV型/三位四通电磁阀/供电电压)- 20 -3.5机械手的基本操作与电磁阀动作表- 21 -3.6 压力传感器的选型- 23 -3.6.1FX2N-4AD特殊功能模块- 23 -3.6.2压力传感器- 23 -3.7操作面板- 26 -第四章 总结- 27 -参考文献- 29 -5第一章 绪 论1.1气动机械手的研发背景及意义近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。气动机械手是集机械、电气、气动和控制于一体的典型机电一体化产品。近年来，机械手在自动化领域中，特别是在有毒、放射、易燃、易爆等恶劣环境内，与电动和液压驱动的机械手相比，显示出独特的优越性，得到了越来越广泛的应用。1.2气动机械手的关键性技术1.2.1气动技术气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。1.2.2系统软件平台开发技术软件开发是根据用户要求建造出软件系统者系统中的软件部分的过程。软件开发是一项包括需求捕捉、需求分析、设计、实现和测试的系统工程。软件一般是用某种程序设计语言来实现的。通常采用软件开发工具可以进行开发。软件分为系统软件和应用软件，并不只是包括可以在计算机上运行的程序，与这些程序相关的文件一般也被认为是软件的一部分。软件设计思路和方法的一般过程，包括设计软件的功能和实现的算法和方法、软件的总体结构设计和模块设计、编程和调试、程序联调和测试以及编写、提交程序。1.3 气动机械手的发展趋势尽管世界工业经济发展放缓，使得气动机械手的发展受到一定的影响，然而，作为新兴科学技术的产物，气动机械手的发展势不可挡。目前，气动机械手的发展呈现出了以下趋势：1、与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化2、体积更小，重量更轻，功耗更低3、执行元件定位精度提高，活塞杆不回转，使用方便4、更高的安全性和使用性5、向高速、高频、高响应、高寿命方向发展6、各种异形截面缸筒和活塞杆的气缸更多7、普遍使用无油润滑技术，满足某些特殊要求1.4 国内外机械手研究概况机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能。目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队。国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。第二章 总体设计方案2.1机械手机械部分设计机械手工作范围：(1) 竖直移动行程：200mm(2) 横直移动行程：400mm(3) 抓重：2Kg(4) 自由度数：2(5) 坐标型式：直角坐标2.2控制部分设计本系统采用闭环控制，如图1.1图 1.1 系统闭环控制流程框图2.21具体工作要求(1) 通过机械手实现物品的搬运、传输等功能；(2) 功能上采用自动（连续）、手动、单步设计，由启动、停止、急停按钮、状态转换开关来控制。要求分清停止和急停的功能，停止时机械手执行完此次任务后回到复位状态而停止；急停时机械手无条件的立即停止，但是注意如果机械手爪上如有物体应注意抓紧防止手爪松动而使物体落下；(3) 要求指示灯进行功能指示，如：伸出、缩回、上升、下降。2.22驱动和控制系统(1) 该机械手驱动装置采用PLC控制，由PLC控制电磁阀来控制机械手升降、伸缩、夹松等动作；(2)选取压力传感器来实现抓取力的检测，选用行程限位开关连实现机械手的位置检测。2.23机械手总体设计简图图 1.2 机械手结构简图2.24气压缸控制原理图图 1.3 气缸控制原理图第三章 系统硬件电路的设计3.1 PLC的简介3.1.1 可编程控制器的概念可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PLC。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。PLC具有如下特点：1、编程方法简单易学。2、功能强，性能价格比高。3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。4、可靠性高，抗干扰能力强。5、系统的设计、安装、调试工作量少。6、维修工作量小，维修方便。7、体积小，能耗低。3.1.2 PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于处理器芯片及有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增加，能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常分成以下5种类型：1、顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域，它用来取代传统的继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机控制、生产自动线控制等。例如：注塑机械、印刷机械、订书机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制。2、运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置，每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，保持运动平滑。相对来说，位置控制模块比CNC装置体积更小，价格更低，速度更快，操作更方便，3、过程控制PLC还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度等。PID模块提供了使PLC具有了闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。4、数据控制在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完成大量的数据控制。5、通信控制PLC的通信包括主机与远程I/O的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。3.1.3 PLC的系统组成PLC种类繁多，但其组成和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图1.6所示。1、中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路连接。2、存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器包括用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序。第二部分为用户指令解释程序。第三部分为标准程序与系统调用。图1.6 PLC的结构框图用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件ON/OFF状态和数值、数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。PLC使用的存储器类型有三种。第一种是随机存取存储器（RAM）；第二种是只读存储器（ROM）；第三种是可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM或EPROM）。3、输入/输出模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块。PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出模块从广义上分包含两部分：一是与控制设备相连接的接口电路；另一部分是输入和输出的映像寄存器。输入模块用于处理输入信号，对输入信号进行滤波、隔离、电平转换等，把输入信号的逻辑值安全可靠地传递到PLC内部。输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部，输出模块具有隔离PLC内部电路和外部执行元件的作用，还具有功率放大的作用。4、电源模块PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。5、接口模块接口模块用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。6、通信接口为了实现“人机”或“机机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。7、编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转换为机器语言助记符（语句表）后，才能输入。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话8、其他部分有些PLC还可配有EPROM写入器、存储器等其他外部设备。3.1.4 PLC的工作原理PLC是一种工业控制计算机，故它的工作原理是建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，但是 CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，所以它属于串行工作方式。PLC工作的全过程可用图1.7所示的运行框图来表示。概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。扫描周期是控制过程中一个比较重要的技术指标。一般来说，扫描周期越大，表明扫描所需要的时间就越长，要求输入信号的宽度就越大，控制周期就越长，控制速度就要降低。PLC的过程可分为三部分。第一部分为上电处理，第二部分是扫描过程，第三部分是出错处理。电源ON内部处理输入处理(输入传送远程I/O)通信服务(外设、CPU、总线服务)更新时钟、特殊寄存器执行程序执行自诊断存放自诊断错误结果CPU强制为STOPRUNSTOPYNNY输出处理致命错误PLC正常否CPU运行方式图1.7 PLC运行框图3.2 PLC的选型3.2.1输入/输出信号(1) 本控制系统有21个输入开关量，如表1.1：表1.1 开关输入量表序号名称功能1系统启动按钮控制系统启动2系统停止按钮控制系统停止3异步电机正转起动按钮控制异电正转4异步电机反转起动按钮控制异电反转5步进电机正转按钮控制歩电正转6机械手伸出限位开关检测伸出位置7机械手缩回限位开关检测缩回位置8机械手上升限位开关检测上升位置9机械手下降限位开关检测下降位置10回原点手动回原点11单步用于系统调试12单周期系统完整运行一次停止13连续系统连续运行（正常工作状态）14手动手动控制系统15夹紧压力传感器夹紧物体后发动开关量16夹紧手动控制夹紧物体17松开手动控制松开物体18上升手动控制机械手上升19下降手动控制机械手下降20伸出手动控制机械手伸出21缩回手动控制机械手缩回(2) 建立输入信号名称与电气符号表1.2：表1.2 输入信号名称与电气符号表序号名称电气符号1系统启动按钮SB12系统停止按钮SB23异步电机正转起动SB34异步电机反转起动SB45步进电机正转SB56机械手缩回限位开关SQ17机械手伸出限位开关SQ28机械手上升限位开关SQ39机械手下降限位开关SQ410回原点SA111单步12单周期13连续14手动15手动夹紧SB616手动松开SB717手动上升SB818手动下降SB919手动伸出SB1020手动缩回SB1121夹紧压力传感器SQ5(3) 本控制系统有10个信号输出继电器，如表1.3：表1.3 信号输出表序号名称功能1机械手夹放电磁阀1个控制手爪夹紧与松开2机械手升降电磁阀1个控制机械手上升与下降3机械手伸缩电磁阀1个控制机械手伸出与缩回4异电正转控制信号输出控制异电正转交流接触器的闭合5异电反转控制信号输出控制异电反转交流接触器的闭合6歩电正负脉冲输出送环分器正负脉冲信号7歩电方向信号输出送环分器歩电旋转方向信号(4) 建立输出信号名称与电气符号表1.4：表1.4 输出信号名称与电气符号表序号名称电气符号12机械手夹松电磁阀YV 12机械手升降电磁阀YV 23机械手伸缩电磁阀YV 34异电正转交流接触器KM15异电反转交流接触器KM26歩电正负脉冲输出7歩电方向信号输出3.2.2 PLC的选型目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的PLC生产厂家主要有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的TE、韩国的三星（SUMSUNG）、LG等。目前三菱PLC已经广泛应用于农业、渔业、交通、食品工业，制造业，娱乐业、健康和医疗，健康和环境！PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。三菱PLC系列目前主要有:FX1N系列,FX1S系列,FX1N系列,FX2N系列, FX2N系列,FX3U系列,FX3UC,Q系列,A系列,L系列，下面是FX1N、FX2N系列各种型号相关信息，如表1.5：表 1.5 三菱PLC型号表 型号 参数面价FX1N-60MR-001输入点：36，24点继电器输出4680FX1N-40MR-001 输入点：24,16点继电器输出 4030FX1N-24MR-001 输入点：14,10点继电器输出 3330FX1N-14MR-001 输入点：8,6点继电器输出2310FN1N-60MR-D输入点：36，24点继电器输出(直流供电)4490FN1N-40MR-D 输入点：24,16点继电器输出(直流供电) 4010FN1N-24MR-D 输入点：14,10点继电器输出(直流供电) 2990FX1N-60MT-001输入点：36，24点晶体管输出4800FX1N-40MT-001 输入点：24,16点晶体管输出 4130FX1N-24MT-001 输入点：14,10点晶体管输出 3400FX1N-14MT-001 输入点：8,6点晶体管输出2400FX1N-60MT-D输入点：36，24点晶体管输出(直流供电)4600FX1N-40MT-D 输入点：24,16点晶体管输出 (直流供电)4100FX1N-24MT-D 输入点：14,10点晶体管输出(直流供电) 3100FX2N-80MR-D输入点：40，40点继电器输出(直流供电)7030FX2N-64MR-D输入点：32，32点继电器输出(直流供电)6280FX2N-48MR-D输入点：24，24点继电器输出(直流供电)5490FX2N-32MR-D输入点：16，16点继电器输出(直流供电)5180FX2N-80MT-D输入点：40，40点晶体管输出(直流供电)7180FX2N-64MT-D输入点：32，32点晶体管输出(直流供电)6410FX2N-48MT-D输入点：24，24点晶体管输出(直流供电)5600FX2N-32MT-D输入点：16，16点晶体管输出(直流供电)5290本次设计中共21个输入量，共10个输出量，共计31点，因此选用了FX2N-48MR-001 24输入点，24点继电器输出，详细参数如表 1.6：表 1.6 FX2N-48MR-001详细参数表输入规格输出规格电源规格输入点数：24输出类型：继电器输出输入类型：AC电源DC输入输入信号电压:DC24V10%*2输出点数：24额定电压:AC100240V输入ON电流:4.5mA以上(X010以后为3.5mA/DC24V)外部电源：AC250V DC30V以下电压允许范围:AC85264V输入信号电流:7mA/DC24V (X010以后为5mA/DC24V)回路绝缘：机械隔离额定预率:50/60Hz输入OFF电流:1.5mA以下动作显示：继电器线圈通电时LED亮灯电源保险丝：250V 5A 5*20mm输入响应时间: 约10ms X000X017内置数字滤波器。 可在060ms范围内变更(X000, X001为MIN.20S、X002为MIN.50S)最大负载： 电阻负载：2A/1点8A/4点COM 8A/8点COM 感性负载：80VA 灯负载：100W允许瞬停时间: l0ms以内的瞬时停电,可继续运行. 电源电压为AC200V的系统时,可以通过用户程序,在10l00ms之间更改。输入信号:触点输入或者NpN开集电极晶体管开路漏电流：无冲击电流:最大40A 5ms以下/AC100V,最大60A 5ms以下/AC200V回路绝缘：光耦隔离最小负载：DC5V 2mA消耗功率(VA):50输入动作的显示：输入ON时，LED亮灯响应时间:约10ms传感器电源(无扩展模块):DC24V 460MA以下3.3 PLC电路设计分配3.3.1 I/O地址分配根据机械手的输入信号为21个，输出信号为10个，建立I/O地址分配表。(1) 建立输入信号地址分配表如表1.7：表 1.7 输入信号地址分配表序号名称地址1SB1X162SB2X173SB3X54SB4X65SB5X76SB6X207SB7X218SB8X229SB9X2310SB10X2411SB11X2512SA1X1013X1114X1215X1316X1417SQ1X118SQ2X219SQ3X320SQ4X421SQ5X30(2) 建立输出信号地址分配表如表1.8：表 1.8 输出信号地址分配表序号名称地址1KA3Y22KA4Y33KA5Y44KA6Y55KA7Y66KA8Y77KA9Y108KA10Y119脉冲Y110方向Y0 图 1.8 PLC外部接线图图 1.9 状态指示灯电气连接图3.4电机、电磁阀电路 3.4.1异步电机主-控电路图 1.10 三相异步电机主-控电路图如图1.10控制电路中，按钮SB3、SB4形成硬件互锁；KM1、KM2形成软件互锁。3.4.2步进电机伺服驱动电路图 1.11 步进电机伺服驱动电路图如图1.11中脉冲端接FX2N-48MR-001型PLC脉冲输出端（Y1），方向端接PLC方向输出端（Y0）。3.4电磁阀电气连接(DOPOW-4HV型/三位四通电磁阀/供电电压)图 1.12 气压驱动原理图如图1.12中电磁阀YV1 A端连接KA3，A端得电手爪夹紧；电磁阀YV1 B端连接KA4,B端得电手爪松开；电磁阀YV2 A端连接KA5，A端得电机械手伸出；电磁阀YV2 B端连接KA6，B端得电机械手缩回；电磁阀YV3 A端接KA7，A端得电机械手上升；电磁阀YV3 B端接KA7，B端得电机械手下降，所有电磁阀断电皆保持。电气连接图如图1.13：图 1.13 三位四通电磁阀电气连接图3.5机械手的基本操作与电磁阀动作表 机械手的基本操作如图1.14：图 1.14 机械手的基本操作图8个基本操作：第1步：机械手原点判别，机械手下降。第2步：机械手在最低位抓紧物品。第3步：机械手夹紧物品上升。第4步：机械手夹紧物品伸出。第5步：机械手夹紧物品下降。第6步：在最低位时松开物品。第7步：机械手上升。第8步：机械手缩回回到原位。电磁阀动作，如表1.9表 1.9 电磁阀动作表工序YV1（气爪）YV2（升降）YV3（水平伸缩）第1步第2步第3步第4步第5步第6步第7步第8步3.6 压力传感器的选型3.6.1FX2N-4AD特殊功能模块由于压力传感器输出的是电流或电压，二PLC一般只能读开关量0或1，因此需要用到A/D转换模块，这里使用FX2N-4AD特殊功能模块。FX2N-4AD特点：12位高精度分辨率；4通道电压输入（10V直流）或电流输入（20mA或4mA20mA直流）。FX2N-4AD性能指标：电源电压为242.4V，电流为55mA。FX2N-4AD接线方式；FX2N-4AD通过扩展电缆与PLC连接，如图1.15：图 1.15 FX2N-4AD接线方式图3.6.2压力传感器压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是单晶硅的基片或硅杯上用扩散工艺、离子注入工艺或溅射工艺制成一定形状的应变元件，当压力传感器感受到压力时，传感器中的应变元件的电阻发生相应的变化，从而输出相应的电压变化。很多压阻式压力传感器是在硅膜片上制作四个等值的应变元件，形成电桥。当受到压力作用时，一对桥臂电阻变大R，而另一对桥臂电阻变小R，电桥失去平衡，这时便有一个与压力成正比的电压Uo输出。 MPX系列压阻式压力传感器内部电路图如下图，Uo端接FX2N-4AD外部电压输入端，如图1.17：图 1.17 MPX系列压阻式传感器内部电路图查阅：由于机械设计部分中：Fmg/2=29.8/(40.65)=7.5N 传感器受力面积A=1cm2 ，所以压力：P=F/A=7.5/0.0001m2=75KPa这里选用MPX2100压力传感器 最大压力范围为100KPa。 3.7操作面板第四章 总结为期三个月的课程随着答辩进入尾声，期间涌现出不少令人茫然的设计思路和很多不能理解的工作原理，这些东西我以前没有深入的去学习它以及实践。课程设计有它的难度，但是做完后却留下弥足珍贵的知识与经验填补
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