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基于PLC的机械手取运零件自动控制,基于,plc,机械手,零件,自动控制
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学院 毕业设计任务书 学 院 机械学院 专业班 级 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 学号 设计题 目 基于 机械手取运零件自动控制 起 迄 日 期 计 (论文 )地 点 指 导 教 师 职 称 高级工程师 院 长 职 称 副教授 发任务书日期 : 2015 年 1 月 14 日 机械学院 毕业设计（论文）任务 书 毕业设计（论文）题目： 基于 机械手取运零件自动控制 毕业设计（论文）要求及原始数 据（资料）： 要求 ： 行文献检索、调查研究工作； 定最佳设计方案； 种参数处理、选取得当，计算正确； 确清晰，符合国家制图标准及有关规定； 次清晰、文理通顺，具体按照晋中学院毕业论文规范撰写； 握 件结构及程序设计原理，能够采用 行编程完成逻辑控制，并能够对外部信号进行分类处理 ； 000 8000 印刷字符的 自动化控制英文资料； 绝抄袭。 原始数据（资料） ： B 两工位，要求机械手把零件从 A 搬运至 B. A 工位 爪打开 B 工位 位 工位后检测零件是否遗失，是：输出告警，失败计数加 1 否： 成功计数加 1 。 停控制，停止按下自动回 A 工位，急停按下停机保持当前状态。 6. 需要具备手动操作功能。 毕业设计（论文）主要内容： 1. 取运逻辑功能说明 ； 2. 电器原理分析及传感器选型理由 ； 3. 完成相应 序设计 ； 4. 能及选型，提出两种以上控制方法，比较不同方法的优缺点及功能扩展的可行性； 5. 结合本课题涉及技术内容查阅并翻译 5000 8000印刷字符的 学生应交出的设计文件（论文）： 1. 制原理图，梯形图； 2. 控制线路原理图； 3. 毕业设计说明书。 主要参考文献（资料）： 1陈建明 用（第 2 版） M子工业出版社 . 2王炳实 J械工业出版社， 2004(9)： 1463王本轶 J械工业出版社， 2005(9)： 2834丁树模 J械工业出版社， 2007. 5林平勇，高崇 2 版） M等教育出版社， 2004. 6熊幸明，曹才开 制 J2006,22(11)： 1207孔秀艳 制 J2008(7)： 1128刘轩，王丽伟 制 J2006(1)： 349张应金 机械手搬运控制系统中的应用 J2）： 7110曾繁铃 制的工业机械手 专 业 班 级 学 生 指导教师签 字 日期 教 研 室 主 任 签 字 日期 机械学院 毕业设计开题报告 毕业设计题目 ： 基于 机械手取运零件自动控制 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名 ： 专 业： 机械设计制造及其自动化 2015 年 3 月 12 日 基于 机械手取运零件自动控制 机械手它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于 20 世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展， 特别是 1946 年第一台 数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。 同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。 另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于 1947 年开发了遥控机械手， 1948 年又开发了机械式的主从机械手。 机械手首先是从美国开始研制的， 1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手， 它的结构是；机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的， 随着计算机和自动控制技术的迅 速发展 ,农业机械将进入高度自动化和智能化时期，机械手的应用可以提高劳动生产率和产品质量 , 改善劳动条件 ,解决劳动力不足等问题构成。 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。工业机械手的是工业机 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。机械手作业的准确性和各种环境 中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。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。在现代生产过程中，机械手 被广泛的运用于自动生产线 中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，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 的力量比人手力大的特点，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。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、传感器技术和计算机 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。 随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。采用 制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或 临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。 应用机械手有利于提高材料的传送，工件的装卸，刀具的更换以及机器的装配等的自动 化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步 伐。在高温，高压，低温，低压，有灰尘，噪声，臭味，有放射性或其他毒性污染以及工作 空间狭窄等 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 部代替人安全地完成作业，大大的改善了工人的劳动条件，同时，在一些动作简单但又重复 作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事 故。 应用机械手代替人手进行工作，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。因此在自动化机床和综合加工自动化生产线上 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，便于有节奏的进行生产。 随着现代工业技术的发展，工业 自动化技术也越来越高，工人工作坏境和工作内容也要 求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可 以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金，化工，医药，航天等。对于机械手 的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为 观止，这些技术依赖于控制理论，新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也 陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水 平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随 着工业现代化的发展，机械手技 术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作 指令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。 阅、资料收集 概况 1陈建明 用（第 2 版） M子工业出版社 . 2王炳实 J械工业出版社， 2004(9)： 1463王本轶 J械工业出版社， 2005(9)： 2834丁树模 J械工业出版社， 2007. 5林平勇，高崇 2 版） M等教育出版社， 2004. 6熊幸明，曹才开 制 J 2006， 22(11)： 1207孔秀艳 制 J2008(7)： 1128刘轩，王丽伟 制 J)： 34 9张应金 机械手搬运控制系统中的应用 J)： 71 主要内容 (1) 取运逻辑功能说明； (2) 电器原理分析及传感器选型理由； (3) 完成相应 序设计； (4) 能及选型，提出两种以上控制方法，比较不同方法的优缺点及功能扩展的可 行性； (5) 结合本课题涉及技术内容查阅并翻译 5000 8000 印刷字符的 自动化控制英 文资料； (6) 编写设计说明书。 交 形式 (1) 制原理图，软件流程图，梯形图； (2) 控制线路原理图及原理分析； (3) 毕业设计说明书。 排 第 一 周 开题报告及相关英语翻译答辩； 第 二 周 理解设计任务， 复习 关知识； 第 三 周 提出总体设计方案及草图； 第 四 周 设计机械手从 A 到 B 的梯形图，软件流程图； 第 五 周 设计检查零件在 B 处是否完好的梯形图，软件流程图； 第 六 周 设计延迟时间的梯形图，软件流程图； 第 七 周 设计外部开关复位，急停保持的梯形图，软件流程图； 第 八 周 设计手动操作控制的梯形图，软件流程图； 第 九 周 把所有的梯形图叠加起来，程序调试； 第十 周 修改整理，仿真运行； 第十 一 周 编写 设计计算 说明书 ， 形成毕业设计全部文件 ， 准备答辩 ； 第十 二 周 毕业答辩 。 8. 指导教师意见 签名： 年 月 日 学 院 本科毕业设计 题 目 基于 机械手 取运零件自动控制 院 系 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 学习年限 2013 年 9 月至 2015 年 7 月 指导教师 职称 高级工程师 申请学位 工学 学士学位 2015年 5 月 25 日 基于 机械手自取运零件自动控制 学生姓名 指导教师： 摘 要 : 自从迈进工业化进程以来，每个工程师都在努力寻求如何提高生产率，降低生产成本的方法，如何让工人避免在恶劣生产条件下工作。而气动机械手被广泛应用和研究正是由于它能够模仿人手和臂的某些动作功能，按固定程序抓取，搬运物件的自动操作装置，能代替人手并且能在有害的环境下操作。 本文主要对气动机械手进行研究，进行气动机械手的总体设计， 制系统，气动设计。机械手，执行器，支撑架 ，位置传感器和气缸部分组成了机械手的机械部分，选择合适的控制阀的气动部分，设计合理的气动原理图，通过控制和调节各个气缸压缩空气的压力，流量，方向，使气动执行机构获得所需的力，按指定程序来完成工作。 关键词 :气动机械手 制 气缸 on LC to s of is to to to to to in of be is it be to of to in In of of in a on of of of in of of to to in 目 录 1 引言 . 5 课题的研究背景和意义 . 1 气动机械手的发展状况 . 2 研究内容和拟解决问题 . 2 2 机械手的结构及工艺要求 . 2 机械手的结构 . 2 机械 手的工作原理 . 3 机械手的工作过程 . 4 机械手的控制要求 . 5 机械手控制系统设计步骤 . 5 机械手控制系统编程步骤 . 5 3 机械手的硬件设计 . 6 控制方案设计 . 6 气动驱动系统设计 . 7 控制面板设计 . 8 4 机械手的控制系统设计 . 8 系统控制电源设计 . 8 选型 . 9 硬件设计 . 11 原理接线图 . 13 5 机械手的软件设计 . 14 工艺流程图 . 14 程序设计 . 14 顺序功能图 . 25 系统调试 . 26 设计过程中遇到的问题 . 27 本程序的特点 . 28 总结与致谢 . 29 参考文献 . 30 附录 . 31 1 1 引言 机械手是一种机电一体化自动化装置，它能模拟人手动作，并按设定的顺序，轨迹和要求替代人 工 搬运、抓取工件或操持工具进行操作的。 目前国内机械 手 不能满足工业生产发展的需求表现在机床加工，热处理方面，数量，种类，功能方面。所以扩展应用领域，重点发展铸造，热处理方面的机械抓在国内是必要的，为了减轻工人的劳动强度，改善工人的恶劣作业条件，在运用专业机械抓的同时，还要大力的发展通用机械 手 ，研制计算机控制机械 手 和组合机械 手 等。为了更好的发扬机械 手 的作用需要把速度提起来，把冲击力降到最低，定位准确性提高。 在近几年，随着国外技术的发展，国外的 机械手 发展也较快，已经 涉及 到了各行各业中，其中在焊接、装备和机床行业中运用最为广泛，因为机械手可以按编程员设定的程序实现预定 的 动作。现在研制机械 手 已经是一种趋势， 让 机械手 具备 感应能力 ，可以 根据 自己 的 判断作出 相应的 决定。 课题的研究背景和意义 随着最近几年机械化的越来越普及，机械手已经成为一种高效率的生产装备。操作人员可以通过编写不同的程序设定各种预期的动作，这样 机械手 将显示出它在性能上的优点， 机 械手 会与人类越来越类似，体现出 了机械手 的智能化。在机器装备的方面，机械手已经具备越来越多的优势，尤其在现代化工厂的普及下，机械手已经 在 各类生产线上，高科技的迅猛发展 中 给机械手注入了新的血液 。 在现代，机械手的科技已经得到越来越多部门的注意，这使得机械手在现代被运用于多种场合，而且自动化与机械化的结合更是大力的促进了机械手的发展。机械手还有另一个优点就是它不会向人一样需要休息， 这样就 取代了人繁忙的 时候 ，机械手 不仅 比人的劳动强度大，而且灵活。 它 是一种多功能的机器，涉及到的范围也很多，涉及到了液压技术、自动传感技术和计算机技术，也会涉及到力学方面的知识、电气学还有仿真技术等。总之机械手的普及会带来很多技术革新，它 可 以适应各种环境，也可以实现各种动作。 机械 手 能够提高劳动生产率，降低生产成本，快速完成工业生产机械化和自动化的步骤，因此，在温度低，压力小，温度高，压力大，灰尘，噪声，臭味，杂音，有毒，有紫外线和工作空间狭小的场合 中 ，用一些人手直接完成操作 是很 危险或基本不可能的。有效的改善了工人的劳动条件是因为应用机械 手 可部分或全部替代人手安全地完成作业 ，并且，采用机械 手 进行工作，对于一些动作简便却又重复工作的操作， 2 能有效地避免由于过度疲劳操作或人一时的疏忽而对人体造成危害。 气动机械手的发展状况 机械手运动的控制方式主要由 制气缸驱动，输入 序可以改变气缸的运动，从而带动机械 手 来回动作，和其他控制系统相比较，它的造价便宜，操作方便，不污染环境，运动精度高，零部件比较少，而且轻，不占地方，对外界环境条件要求比较低， 在 空气质量差的，温度高的，容易引起爆炸的恶劣环境下 也能 工作。而结构简单，动作迅速， 质量小而轻 ， 运行过程比较 平稳可靠的气动机械 抓 的优点是 对 环境污染很小 ， 容易对载重的系统进行保护 ， 完成其运动的 复杂 性 。因此，在工业生产中越来越广泛应用，已成为自动化不可缺少的重要手段，受人们重视。即便是在运动非常快的时候，也可以随时让它在某一个 位置 完成你想让它完成的动作，通过编写不同的，简单的，容易的程序，它的运动也会完全不一样，非常好的显示了它的各种优点。基于气动技术的工业机械手就是我这次所研究的课题 。 气动机械手是用压缩气体的压力以驱动执行机构来运动的 ， 因为它的动力源是 用气压传动来控制的，所以运动的时候不会像普通的机床那样震动大 。由于空气是可以压缩的，工作起来的速度比较低，系统稳定性比较好，气源压力低，冲击大， 抓取 同样重量 的 条件下 ，气压的 比液压 的 机械 手 结构大，广泛应用于温度高，速度大，载重轻，灰尘大的恶劣坏境中。 研究内容和拟解决问题 研究的内容有确定机械手的总体方案，在查阅资料时，总结他人的设计方案，比较这些方案的优缺点，并提出自己的改进方案来完成对控制系统的设计。 通过比较，我决定这次设计采用 气 压 驱动 来控制机械手的运动 ， 对气动装置进行分析，选择合适的电磁阀，气缸，设计 气动回路，绘制气 缸驱 动 机械手运动的 原理图。采 用 机械手进行控制，选取 号，根据 接线图， 流程图编制梯形图 。 拟解决问题有解决机械手的结构设计问题，要求设计简单合理， 安全低廉，比较典型通用的 。将气动 装置之间的 元器件有效的结合起来，合理 选择 它们之间的连接件 。 2 机械手的结构及工艺要求 机械手的结构 3 图 2 机械手结构图 机械手的工作原理 这次主要设计的 是 压力 帕 ,最大在 帕的压力下工作 的机械手 。它的操作简单，气动技术处理方便，泄漏 量 较小， 对意外情况能快速做出 反应， 能在许多恶劣坏境中操作 ，驱动 的 系统具有 一定的减缓 作用， 设计的 结构简单， 所需的 成本 少 ，发生故障后容易修护 是气压驱动的优点。而 启用的 功率低， 所需面积大 ，定位 准确度不高 是它的缺点。因而在容易燃烧，容易爆炸和灰尘比较多的差环境中这类机械手经常被使用。 这类机械手用于将原工作台上的 工件 搬到原工作台右侧的工作台上。机械手的全部操作都是由气缸提供动力源，气缸是通过电磁机构来控制的，在整个运动过程中能实现手臂抬高，手臂下降，机械 手 夹紧 工件 ，机械 手 放 下工件 的功能，这是目前应用普遍 流行的 ，应用最广的 一种机械 抓 。 机械 手 主要组成部分有控制系统，执行机构，驱动系统，及位置检测装置，有顺序，有动作路线，有速度，有时刻的动作，采用气压传动，完成执行器的对应部位发生规定要求，照着控制系统的内容对向执行器发出 命令 ，对机械手操作过程进行监控，当操作不正当或是机器发生故障的时候，控制器便会显示出警报信息，然后把执行器的实际位置反馈给控制器的是位置监测装置，把实际位置与 预先 设定 的 位置做 以对比 ，发现 让执行器以一定的精确度到达预 先设定的位置是 要 通过控制器 来 进行调节。 4 图 2机械手系统工作原理图 机械手的工作过程 机械手在生产线上的任务是将工件从 A 处 搬运 到 B 处，根据外界 的 情况，假定机械手在零点状态 且 机械手是放松的，那么机械手在空间上主要进行以下动作：机械手先 下降，工件被抓紧，机械手与工件上升，机械手与工件右移，机械手与工件下降，工件被放松，机械手上升， 最后 机械手左移 ，完成一个周期的动作 。 通过 控制器 来 检测上 限位 、下 限位 、左 限位 、右限位开关的通断，决定当前 所执行的 动作，通过驱动系统 的 输出， 来 控制机械手的动作 ， 如图 2示。 工件传递机械 A 点 B 点 工件 夹紧 放松 上升 下降 右移 左移 图 2 机械手 工作 示意图 控制系统 动系统 气压传动 执行机构 位置监测装置 被抓取物品 手臂 5 机械手的控制要求 对气动机械手的要求是能快速，准确的搬运物件，所以要求机械手的特性是具有快速反应， 精确度高 ，一定的承受重力的能力，充足的操作环境和不管在什么位置都能 自己完成定位 ，设计的原则是对操作对象所需要的要求进行分析，设计的工艺过程要合理，系统所需的功能要求要能满足，要对机械手的结构和操作状态的要求进行确定。 系统有手动和自动的区分，自动又包括 单循环 ，连续， 单步 三种，还有一种是回原点操作。机械 抓 在操作台的 最上边和最左边 并且是松开时，称为系统处于初始状态，进入自动操作的工作方式之前，系统应该是保持停留在初始状态，如果系统不 在 原点条件下 ，就选择回原点的工作方式，然后按下启动按钮 统就会自己返回到初始状态。 机械手控制系统设计步骤 控制功能是 用语句表 来体现 的 ，在程序设计上 需要 花费 很多 的时间。在内存允许的情况下 部的接点可重复使用，因为其继电器的数量大。所以采用 让 设计周期 变短 。 具体设计步骤如下 ： 确定被 控制住的 系统要完成哪些操作 ， 完成这些操作都需要 按照怎样的 操作顺序进行 ， 还有 这些 操作 之间的关系及完成这些动作的顺序； 分配输入输出设备，确定哪些设备是给可编程控制器 送消息 的，哪些设备是接受来自可编程控制器的 消息 的，从而确定 选型； 设计程序并画出梯形图，要把系统所要求的全部功能和相互关系结合起来正确设计，设计 户程序可以通过控制系统的控制需要和 I/O 点数的选择情况以及功能很强的模块的情况； 在 完成梯形图的编程； 对所编写的程序进行调试和处理，直到 现系统所要求的控制功能； 保存编好的程序； 机械手控制系统编程步骤 根据被控对象的控制要求设计流程图； 根据流程图设计程序所需的梯形图； 把编好的程序放到 ，对程序进行 调试 ； 6 3 机械手的硬件设计 控制方案设计 机械手可以用传统的继电接触控制，也可采用单片机控制以及可编程控制器对系统进行控制。控制系统如采用传统的继电器接触控制，硬件绕线很复杂，因而控制系统有很大的体积，并且有很高的出错率，一点都不可靠，操作时的准确度也很低。由于电磁继电器的额定工作电压比单片机自身的电源电压高很多，系统所流过的电流也比较大，若采用 制，就需要准备一些大功率的接线电路，还要对它进行有无干扰的确定和判断是否可靠的分析。若采用 制，就不会出现这样那样的问题。可编程控制器的中心是围绕 动，把计算机控制和自动控制等这些技术相 结合使用，具备了跟多优点，像它比较可靠，性能比较完善，组合方法很多，梯形图的设计比较简单，做重要的是它的功率消耗很低。所以被广泛利用于各种自动化设备和生产线上是由于使用 自动控制系统占地很小，安全系数高，错误率变低了，操作的准确性提高了。 经过比较，要想把硬件的一些线路简化，把面积缩小，设备的出错率 降 到最低，让控制系统能很好的得以扩展，让设备的可操作性能固定，工作起来更安全快捷，使用和维修都比较简单，显示更直白，能实现自己保护自己等特点，所以这次设计的就是用可编程控制器进行操作控制。 表 3各 种驱动方式的比较 气压传动 机械传动 液压传动 电气传动 系统结构 简单 较复杂 复杂 复杂 安装自由度 大 小 大 中 动作速度 大 小 稍大 大 响应速度 慢 中 快 快 定位精度 一般 高 一般 很高 清洁度 清洁 较清洁 可能有污染 清洁 价格 一般 一般 稍高 高 维护 简单 简单 比气动复杂 需专门技术 技术要求 较低 较低 较高 最高 7 危险性 几乎无危险 无特殊危险 注意着火 一般无危险 气动驱动系统设计 采用 列且工作压力为 气缸， 用储气缸来储存气体，空气过滤器对空气中的杂志进行过滤处理，通过减压阀来减小压力，油雾器对它们之间进行润滑，压力继电器将压力信号转换成电信号，能对电路起安全保护的作用，保证各个动作之间的连锁，加紧放松运动采用双电控二位五通阀，当按下开关 ，夹紧气阀闭合，实现机械手的夹紧放松动作，用两个三位四通阀实现升降，左右移气缸的运动，中间挡是保持，按下开关 ，气阀 通，实现下降动作，按下开关 阀 通，实现上升动作，按下开关 阀 通，实现右行动作，按下开关 阀 通，实现左行动作， 6 个单向节流阀让流体单向流出，通过整个气动回路实现机械手的各种动作。 图 3气压传动原理图 8 1 手动截止阀 2 储气缸 3 空气过滤器 4 减压阀 5 油雾器 6 压力继电器 7位四电磁阀 9 双电控二位五通阀 10向节流阀 16 升降气缸 17 左右移气缸 18 松紧气缸 控制面板设计 图 3 操作面板 4 机械手的控制系统设计 系统控制电源设计 继电器 继电控制是把控制系统和被控制系统结合起来的一种电子控制装置，常用在自动控制回路装置中，是一种用小电流控制大电流的智能化开关。它在电路中的作用是自己调节不合适的地方，对电路起安全和保护，转换电路。在机械手控制系统中，行 降 动 升 紧 止 紧急停车 原点 动 步 周期 续 行 9 的运行都是间断的，是根据控制面板上的按钮或传感器的反馈来进行动作的。此机械手共需要 6 个继电器，上移动继电器，下移动继电器，左移动继电器，右移动继电器，回原点继电器，夹紧 /放松继电器。 电磁阀 控制自动化流体的 元器件是电磁阀 ，它是一种执行机构。电磁 阀 有密闭的工作空间，在不同的位置都有留下通外面的孔，阀腔的两面是磁铁块，中间是继电器，气压传动装置中，电磁 阀 是在控制系统中按照系统所需的控制要求去选择合适的空气状态，同时还需要结合其他元件的使用。 此气动回路中用一个二位五通阀，两个三位四通阀，夹紧缸用二位的，不是夹紧就是放松，升降和左右移用三位的，中间是保持，两边分别是不同的功能。 电源模块 控制气缸的电磁继电器绕线电压是 24 伏的直流压，而 电源电压是 220 伏交流压，所以，要用 220 伏的直流电压来控制系统。 传 感器 传感器能够把工作过程中的温度、压力等不是电量的物理信号变成是电量的信号，以便对后面的电路进行一些操作。在此系统中，位置检测器是将机械 手 的位置信号变成电信号，送给可编程控制器的控制系统中，在主机中进行一些操作后，通过向外传输的端口输出给接触器的控制气缸，让控制更准确。 磁性开关 流体传动系统中特有的是磁性开关，磁性开关可直接安装在气缸缸体上，当带有磁环的活塞移动到磁性开关位置时，磁性开关内的两个金属簧片就会在磁场的作用下相互吸合，并发出信号，当活塞移开时，触点就会自动断开，信号 被切断，实现了对气缸活塞位置的检测。 选型 气动机械手在汽车制造业， 化学施肥 和化工， 晶体管 及 电子产品 行业、食品和药品的包装、精密仪器中被广泛应用。现代汽车制造工厂的生产线， 尤其 是 在 焊接生产线 上的一些工艺技术 ，基于 可编程控制器 控制的气动机械手系统与同类系统相比，它 10 节省了大量的电器元件，大大地降低了开发成本，适用性更为广泛。 本机 I/O 用固定地址方式，扩展的 I/O 模块地址由模块的类型和模块在同类中的位置决定。 配给同类数字量 I/O 模块的地址是以 1 字节为单位编址的，分配给同类模拟量 I/O 模块的地址是以 4 字节方式递增的。由控制要求可知，系统共需要输入端口 17 个，输出端口 5 个。西门子 226成 24 输入 /16 输出共 40个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。有 13K 字节程序和数据存储空间， 6 个独立的 30速计数器， 2 路独立的 20诉脉冲输出 ，有 制器。此机械手选用 基本结构 小型的可编程控制器，我们用 程就足够完成设计了，它是把I/O 和电源全部放在一起，用它替代继电控制在一些控制比较方便的场合和自动化系统比较复杂的时候，为了使 功能得到扩展， 列可以提供多种不同的很多种模块。 些基本 指令不仅丰富，而且 用处很多 ， 运行 方便，容易 很好的控制它的操作 。 工作模式 行）、 止）以及 端）的三种工作模式。 式中 用 用户 编写的 程序达到控制 系统性 能的目的 ， 式中 对 用户 的 命令 不采取任何动作 ，用编程 的 软件 对 硬件功能 进行 编写，对 用户程序 进行重建 ， 会保存有 用户 下达的 命令 和 一些基本硬件 信息 功能 ， 在 式中，可以使用 件来控制 工作 状态 。 改变 工作模式有三种方式。第一种方式是通过 块上的模式开关改变工作模式，当模式开关在 者 置时，电源通电后 动进入 置时，电源通电后自动进入 式。第二种方式是通过编程软件改变 工作模式，此时要 让 模式开关 位于 在 式或者 式 下 。第三种方式是通过在程序中插入 令， 为了让 式切 入到 式。 工作原理 始化后的 不 一样 的 工作 阶段 有 不同的动作 需要处理 ， 就是 为了使 可编程控制器 的输出能准确 11 地与各种输入信号一一对应。 自诊断测试 ： 每个扫描用户程序之前，必须 要 先 对系统做一些自己检查自己的 故障诊断 的 程序。 自诊断测试包含定期检查 块的操作和扩展模块的状态是否正常，复位监控定时器，完成一些其他内部工作。 如果运行中发现异常，那么就会显示出错，且导致自动停机。若自诊断运行正常，就会自动进行下一步的扫描。 通讯处理 ： 要是看是否要求和通信计算机或者编程等。如果有接受该程序的程序员发送，命令和相应的数据处理，并显示状态，数据和错误信息发送给程序员显示。如果出现有计算机等相关的通信请求， 就会在这段时间实现数据的接受及发送任务。 扫描输入 ： 各个输入端都需要 核心处理器对其进行扫描，然后 把 输入端的所有动态都 发送到输入映象寄存器。 执行程序 ： 按照程序要求的数据逻辑，算术，然后正确的用户指令程序一执行发送到状态寄存器的输出结果。 刷新输出 ： 在所有指令执行结束后， 就要 经过 那些 输出 端口 ，并把输出映象寄存器的状态 集中 转换成 一些 电压或电流信号 能被 被控设备接受的，以便驱动被控设施。 硬件设计 硬件运行方式 机械手将工件从 A 点搬运到 B 点，启动机械手的升降用双线圈的电磁阀，机械手的左右移动用双线圈的电磁阀，机械手的夹紧用双线圈的电磁阀，输出 1 时表示工件被夹紧，为 0 时表示工件被松开。 硬件配置图 电 源 模 块 块 数字量输入模块 数字量输出模块 12 槽号 1 2 3 4 5 地址范围 4 硬件配置图 I/O 信号地址分配表 表 4 I/O 地址分配表 控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址编码 下降停止 下限位开关 升停止 上限位开关 行停止 右限位开关 行停止 左限位开关 升 上升按钮 行 左行按钮 降 下降按钮 入信号 右行 右行按钮 紧 夹紧按钮 动操作 手动开关 原点操作 回原点开关 步操作 单步开关 周期操作 单周期开关 续操作 连续开关 停 急停按钮 动 启动按钮 止 停止按钮 降 下降电磁阀 紧 松紧电磁阀 出信号 上升 上升电磁阀 行 右行电磁阀 行 左行电磁阀 13 原理接线图 结合系统控制要求来设定 部接线图的输入输出设备，负载电源等。 图 4部接线图 14 5 机械手的软件设计 软件 流程图 程序设计 此设计多种工作方式的顺序控制编程采用模块式编程，即主程序 +子程序。由于单系统启动 手动 回原点 单循环 连续 单步 手动操作 单循环操作 单步操作 回原点操作 是否在原点 是否在原点 是否在原点 检测等待 检测等待 检测等待 连续操作 是否停止 N N N N N Y N Y Y Y Y Y Y N N N Y Y Y Y 图 5气动机械手 软件 流程图 15 循环 、单步和连续三种工作方式工作的条件都 要 在初始位置，且按顺序执行，因此将它们放在同一个子程序里，称为自动运行。因此编写手动，回原点以及自动运行模式三个子程序。 主程序 主程序中要有对子程序调用的指令，还是这个程序的主体部分，还要包括五种工作方式之间的转换程序。由于单 循环 ，单步和连续运行之前机械 手 必须停留在原点条件下且 “ 0”，因此设定一个原点标志位 左限位 开关 上限位 开关 们的常开触点和表示机械 手 松开工件的 常闭触点串联在电路中接通时，初始状态存储位 变为 16 17 手动程序 手动操作用 应的 5 个按钮控制机械手上升，左行，下降，右行 和夹紧 。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置 自互锁 ，限位开关对运动极限位置的限制，上升与下降，左行与右行之间用互锁来防止两个功能相反的输出同时为 限位开关 常开触点与控制左右行的 联，让机械手 达 到最高位置 时 ，阻止机械手在较低位置运动时与别的物体碰撞。 18 回原点程序 在回原点工作方式时， 下启动按钮 ，机械手上升，升到上限位开关，机械手左行，左行到左限位开关， 把 位，机械手松开。原点条件满足， 始步被置位，为进入单循环，单步，连续工作方式做好准备。 19 自动运行程序 单步和非单步的区分通过 开时严禁步的活动状态的转换。单步工作方式， “ 1”状态，它的常闭触点断开，转换允许存储器位 一般情况下为“ 0”状态，不允许步与步之间的转换。 20 在某一步工作结束后，转换条件也满足，如果没有按下启动按钮，系统不会转换到下一步，直到 开触点接通，系统才转换到下一步。如果系统工作在连续，单周期工作方式时， 闭触点接通，使 “ 1”状态，串联在各电路中的 常开触点接通，步与步之间就会正常转换。 单循环和连续的区分，连续工作方式时， “ 1”状态 ， 在初始状态时按下启动按钮， “ 1”状态，机械手下降，同时， 圈得电自锁。当机械手在步 回最左边时， “ 1”状态，因为 “ 1”状态，系统将返回步 复连续的工作。按下停止按钮 ， 为“ 0”状态，系统不会马上就停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，在步 回最左边、左限位开关 1”状态、系统返回并停留在初始步。单循环工作方式， 直处于“ 0”状态，当机械手在最后一步 回最左边时，左限位开关 “ 1” 状态，系统返回并停留在初始步。 21 22 23 另外对多线圈的输出问题，进行中间输出设定，梯形图如下： 24 25 顺序功能图 图 5自动运行顺序功能图 始位置 37 限位 限位 限位 限位 限位 降 左行 上升 夹紧 上升 右行 下降 26 图 5动回原点顺序功能图 系统调试 初始状态时， 在 原点位置 的机械手 ，当按下启动按钮时，机械手从原点开始下降，到底部时，碰到下限位开关，下降停止。 在同一时间连接定时器，机械 手 开始夹紧工件，定时器 定时 。机械 手 开始 上升到顶部，碰到 最上边的 开关， 就 停止 了 上升。机械 手 开始向右 移动，达到 工作台设定的最右边 时，位移传感器的移动到正确的停止的 停止 。机械 手 下去 ， 碰到右边最下边的开关 停止下来。在同一时间连接定时器，机械 手 将工件放下，此时 定时器 定时 。 然后机械 手 又一次上升 ，上升到 工作台设定的 顶部限位开关，上升 就停止了 。机械 手 开始 左移，碰到 最左边的开关 的 时向 左 移动 停 止 。机械 手 的一个 完整的 周期 动作就 完成 了 。 调试公用程序：在手动的方式或返回原点方式，当不满足原点条件的时候，第一步 “ 0”状态，满足原点条件的时候， “ 1”状态。 调试手动方式程序：令 “ 1”状态，切换到手动方式，在手动工作方式检查各手动按钮是否能控制相应的输出量，各限位开关是否起作用。 按下 察 否置“ 1”，置“ 1”表示夹紧工件； 按下 察 否被“复位”； 按下 察 否置“ 1”，置“ 1”则工件上升； 按下 察 否置“ 1”，置“ 1”则工件下降； 按下 察 否置“ 1” ,置“ 1”则左行； 按下 察 否置“ 1”，置“ 1”则右行。 开 复位右行 左行 复位下降 上升 原点启动 27 调试单周期工作方式：在 “ 1”状态时，按下 ，从手动方式切换到单 循环的 工作方式，按顺序功能图的要求， 相应的给出要转换的条件 ，观察步与步之间的转换是 不是按照 顺序功能图的 要求来完成的 ， 动 作完一个 周期是不是 返回并停留在 第一 步。 在 初始状态下 时，按下 ，从手动方式切换到单 循环 工作方式， “ 1”，“ 1”表示满足初始条件，且 “ 1”表示允许转换。在 “ 1”的情况下，单击 察 “ 1”，观察 “ 1”，表示机械手下降。输入 1”的情况下，复位 位， “ 1”，表示夹紧工件，发现 “ 1”，表示机械手夹紧工件且上升。在 持为“ 1”的情况下，复位 转换条件 位，同时 “ 1” ,表示机械手夹紧工件，且开始右行。在 “ 1”的情况下，复位 换条件 足，观察 “ 1”，表示机械手夹紧工件下降。在 “ 1”的情况下，复位 换条件 足，同时 “ 1”，表示机械手从最下面上升。在 1”的情况下，复位 转换条件 位，同时 “ 1”，表示机械手左行。 调试连续工作方式：在连续 不断的 工作方式 下 ，按顺序功能图的要求提供相应的转换条件，观察步与步之间的转换是不是正常从第一步到第二步，以此类推，能不能连续的多周期动作，按下停止按钮后是不是在正在 动作的周期完成后才停止工作，返回到第一步。把系统的工作方式从自动切换到手动，看看除了第一步，其它各步相对应的连续存储器是不是在原来的位置。 调试单步工作方式：在单步工作方式下，检查系统是不是从第一步开始执行，在系统运动到第二步之前按下启动按钮才能转换到下一步，能不能从第一
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