畢業(yè)設計--機械手plc控制系統(tǒng)設計（含外文翻譯）

1、<p>　　機械手PLC控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，并且效率也不是很理想。通常利用機械手來代替人工操作，

2、來解決這一問題。本設計中的機械手主要功能是用來抓大小球，繪制出了機械手工作的流程順序圖。主要控制部分的實現(xiàn)，是以三菱公司的F1-40M型號的PLC為控制器。設計了機械手控制系統(tǒng)硬件原理圖、梯形圖和軟件程序流程圖，并編寫了相應的軟件程序。本設計機械手可以用來實現(xiàn)手動、單周期、單步、連續(xù)和復位五種工作狀態(tài)。機械手的連續(xù)循環(huán)操作主要是通過狀態(tài)初始化指令IST來控制，利用限位開關來控制機械手走的行程。利用開關來實現(xiàn)手動，單周期和復位等操作。&l

3、t;/p><p>　　關鍵詞:PLC，機械手，大小球，控制方式，繼電器</p><p>　　DESIGN OF PLC CONTROL SYSTEM </p><p>　　FOR MANIPULATOR </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the sc

4、ience and technology development, the degree of automation has become more increasingly demanding and the competition of the market has become more and more intensely. Because the costs of the labor was rising, the tradi

5、tional 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 o

6、f the operation, but also increase production cos</p><p>　　KEY WORDS: PLC,Manipulator, Big and small ball, Control mode, Relay</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　前　言

7、1</b></p><p>　　第1章 PLC機械手概述2</p><p><b>　　1.1選題背景2</b></p><p>　　1.2可編程控制器的基本功能2</p><p>　　1.3PLC機械手的組成與分類4</p><p>　　第2章 機械手PLC控制系統(tǒng)總體設計方

8、案5</p><p>　　2.1機械手PLC控制系統(tǒng)總體設計5</p><p>　　2.1.1 機械手抓大小球PLC設計任務5</p><p>　　2.1.2 機械手抓大小球PLC工作方式5</p><p>　　2.1.3 機械手抓大小球動作示意圖6</p><p>　　2.1.4 機械手抓大小球每個

9、工作步的控制要求7</p><p>　　2.2機械手抓大小球動作順序圖7</p><p>　　第3章 機械手PLC硬件設計9</p><p>　　3.1 機械手PLC型號的選擇9</p><p>　　3.2 機械手抓大小球PLC操作版面的布置9</p><p>　　3.3 機械手抓大小球輸送系統(tǒng)輸入和輸出點分

10、配表10</p><p>　　3.4 機械手抓大小球PLC的I/O接線圖11</p><p>　　第4章 機械手PLC程序設計14</p><p>　　4.1 初始化程序設計14</p><p>　　4.2 手動程序設計17</p><p>　　4.3 自動返回原點程序設計18</p><

11、;p>　　4.4 自動程序設計21</p><p>　　4.5 機械手抓大小球步進梯形圖25</p><p>　　4.6 機械手抓大小球PLC語句表28</p><p><b>　　結(jié)論32</b></p><p><b>　　謝辭33</b></p><p>

12、;<b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　外文資料翻譯36</b></p><p><b>　　前　言</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線

13、等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。</p><p>　　自從機械手問世以來，相應的各種難題應刃而解。機械手由耐高溫，防腐蝕的材料制成，工作效率極高，而且不受體能的限制，非常方便。機械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具的自動化裝置；而可編

14、程控制器（PLC）由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴展和維護，環(huán)境要求低、體積小巧，安裝調(diào)試方便，在工業(yè)控制中有著廣泛的應用。機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。本設計中的機械手主要功能是用來抓大小球，繪制出了機械手工作的流程順

15、序圖。主要控制部分的實現(xiàn)，是以三菱公司的F1-40M型號的PLC為控制器。設計了機械手控制系統(tǒng)硬件原理圖、梯形圖和軟件程序流程圖，并編寫了相應的軟件程序。本設計機械手可以用來實現(xiàn)手動、單周期、單步、連續(xù)和復位五種工作狀態(tài)。機械手的連續(xù)循環(huán)操作主要是通過初始化指令來控制，利用限位開關來控制機械手走的行程。利用開關來實現(xiàn)手動</p><p>　　第1章 PLC機械手概述</p><p><

16、;b>　　1.1選題背景</b></p><p>　　工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手技術(shù)涉及到力學、機械學、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)計算機技術(shù)等科學領域，是一門跨學科綜合技術(shù)。</p>&

17、lt;p>　　機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。</p><p>　　在工資水平較低的中國，分揀行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。 那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為

18、他們要面對工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn)。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，實現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、分揀流程越來越節(jié)約勞動力,可見機械手的大力開展有著很重要的意義。</p><p>　　1.2可編程控制器的基本功能</p><p><b>　?。?)邏輯控制功能</b></p><p>　　邏輯控制功能實際上就是位

19、處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。PLC設置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此PLC中一個邏輯位的狀態(tài)可以無限次地使用，邏輯關系的修改變更也十分方便。</p><p>　?。?）定時控制功能</p><p>　　PLC中

20、用戶提供使用的定時器，定時器的設定值（定時時間）可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。</p><p><b>　?。?）記數(shù)控制功能</b></p><p>　　PLC為用戶提供了很多計數(shù)器。計數(shù)器到某一定值時（設定值），產(chǎn)生一個狀態(tài)信號，利用該信號實現(xiàn)對某個操作的記數(shù)控制。PLC將根據(jù)用戶用計數(shù)器指令指定的計數(shù)器對某個控制信號的狀態(tài)改

21、變次數(shù)進行計數(shù)，以完成對某個工作過程的計數(shù)控制。</p><p><b>　?。?）步進控制功能</b></p><p>　　PLC為用戶提供了若干個狀態(tài)器，可以實現(xiàn)由時間、技術(shù)和其他指定邏輯信號為轉(zhuǎn)移條件的步進控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時，自動進行下一道工序。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理功能</

22、b></p><p>　　大部分PLC都有數(shù)據(jù)處理功能，可實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。</p><p><b>　　（6）過程控制功能</b></p><p>　　有些PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能方便地對模擬量的控制調(diào)節(jié)。</p><p><b>　?。?）通信聯(lián)網(wǎng)功能&l

23、t;/b></p><p>　　有些PLC采用通信技術(shù)，可以多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計算機之間的通信等。</p><p><b>　?。?）監(jiān)控功能</b></p><p>　　PLC設置了較強的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對PLC的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設定值和當前值，并根據(jù)需要改變PL

24、C內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護提供極大的方便。</p><p><b>　?。?）停電記憶功能</b></p><p>　　PLC內(nèi)部的部分存儲器所使用的 RAM 設置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分存儲器中的信息不會丟失。</p><p>　?。?0）故障診斷功能</p><p>　

25、　PLC可對系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動終止運行。</p><p>　　1.3PLC機械手的組成與分類</p><p>　　機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，

26、使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。</p><p>　　機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機

27、械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。</p><p>　　機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞

28、動條件。</p><p>　　機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。到現(xiàn)在發(fā)展的新型機械手又叫機器人。</p><p>　　第2章 機械手PLC控制系統(tǒng)總體設計方案</p><p>　　2.1機械手PLC控制系統(tǒng)總體設計</p><p>　　2.1.1 機械手抓大小球PLC設計任務</p>

29、<p>　　機械手全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸又由相應的電磁閥控制。其中上升/下降和左移/右移分別由雙向兩位電控換向閥控制。機械手的放松/加緊由單向電控換向閥控制，通電時機械手夾緊。</p><p>　　2.1.2 機械手抓大小球PLC工作方式</p><p>　　機械手有手動、單周期、多周期和回原點五種工作方式，機械手在最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或

30、稱初始狀態(tài)）。</p><p>　　在用戶程序中，左限位開關X1，上限位開關X4的常開觸點和表示電磁鐵線圈斷電的Y4的常閉觸點的串聯(lián)電路接通時，“原點條件”輔助繼電器S1變?yōu)镹O。在通過初始化指令IST利用輔助繼電器M8041/M8040來決定機械手的工作方式（當S0=1時，用戶程序執(zhí)行手動程序；當S1=1時，用戶程序執(zhí)行回原點程序；當S2=1時，用戶程序執(zhí)行自動程序）。</p><p>

31、　　在單周期工作方式下，按下啟動按鈕X16后，（初始化指令IST使M8040清0就是永久解禁0）從初始步S0開始機械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。</p><p>　　在多周期工作方式下，在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個接一個周期地反復連續(xù)的工作。在按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。</p><p&

32、gt;　　在單步工作方式下，從初始步開始，按一下啟動按鈕系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步完成該步的任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕才轉(zhuǎn)到下一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。在選擇單周期，多周期和單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)，如果不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式。</p><p>　　機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、吸球、上升、右行、下降、釋放、 上升、左行返回。當機械手在原點狀態(tài)時，按下啟

33、動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5處于斷電狀態(tài)，電磁鐵頭通電吸起大球，然后機械手上升，上升到上限位X4時，機械手臂右行。當右行到大球右限位X2時，機械手下降，下降到下限位X5時電磁鐵斷電，釋放大球，大球被放入大球容器。然后回到原點。當機械手在原點時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5接通，電磁鐵通電吸起小球，機械手上升，上升到上限位X4時，機械受臂右行，當右行到小球右限位X3時機械手下降，下降到下限位X5時，電磁鐵

34、斷電釋放小球到小球容器。然后回到原點位置，機械手分選大小球動作完成。</p><p>　　2.1.3 機械手抓大小球動作示意圖</p><p>　　圖 2-1為機械手結(jié)構(gòu)示意圖，初始態(tài)要求機械手在原點位置（原點狀態(tài) ＝手臂位于左限位處 +右限位處 +手爪釋放）各開關在關閉狀態(tài)，M停轉(zhuǎn)。按下啟動按鈕，機械手動作，升降桿下件下降并要求機械手此時停留兩秒，在機械手吸球和釋放球后停留一秒后動作。

35、由IST判斷機械手的工作方（當S0=1時切換到手動方式、當S1=1時切換到回原點方式、當S2=1時切換到自動方式），在由IST利用M8041來實現(xiàn)單周、多周的運行。當按下預停按鈕后，一直要到一個周期完成才能停止，中途不能停止。（要有手動、回原點、單步、單周、多周等5種可選工作方式）</p><p>　　圖2-1機械手抓大小球結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.1.4 機械手抓大小球每個工

36、作步的控制要求</p><p><b>　　1.上升和下降</b></p><p>　　機械手上升或下降的動作都要到位，否則不能進行下一個工作步。上升/下降的動作用一個雙線圈的電磁閥控制。</p><p><b>　　2.夾緊和放松</b></p><p>　　機械手夾緊和放松的動作在兩個工位處進行

37、，且動作都要到位。為了確保夾緊和放松動作可靠，需對這兩個動作進行定時。夾緊和放松動作由單線圈的電磁閥控制，電磁閥線圈得電為夾緊，失電為放松。</p><p><b>　　3.左行和右行</b></p><p>　　自動方式時，機械手的左、右運動必須在壓動上限位開關后才能進行；機械手的左、右運動都必須到位，以確保在左工作臺取到工件并在右工臺放下工件?？墒褂蒙舷尬婚_關、左

38、限開關和右限位開關進行控制。左、右行的動作由雙線圈電磁閥控制。</p><p>　　自動方式下誤操作的禁止：自動方式（連續(xù)、單周期、單步）時，按一次啟動按鈕自動運行方式開始后，再按操作按鈕屬于錯誤操作，程序?qū)﹀e誤操作不予響應。</p><p>　　根據(jù)上述要求，操作盤上需設置一個工作方式選擇開關，通過這個開關來選擇機械手的5種工作方式，各種操作按鈕和停車按鈕的作用見操作面板。操作面板如圖所

39、示，其中緊急停車按鈕不接入PLC的輸入端，當發(fā)生緊急情況時，用于切斷負載電源。</p><p>　　2.2機械手抓大小球動作順序圖</p><p>　　由圖2-1 可以看出，PLC機械手抓球的動作順序是先在原點位置，然后下降，當達到一定高度的時候就抓球（大或?。?。抓球時延時1s時間。抓到球的時候向上移動。碰到上限位開關以后向右移動。移動到大球或者小球框位置，再下降。下降到下限位開關的位置，

40、在釋球。釋球延時1s時間。然后再上升，碰到上限位開關以后再向左移動，移動到原點位置以后，在繼續(xù)重復以上的動作。直到將球抓完</p><p>　　第3章 機械手PLC硬件設計</p><p>　　3.1 機械手PLC型號的選擇</p><p>　　PLC機型的選擇的基本原則是：在功能滿足的前提下，保證性能可靠，維護使用方便，已獲得最佳的性價比和綜合經(jīng)濟性。</p

41、><p>　　PLC輸入，輸出點數(shù)及規(guī)模大小的選擇。由I/O分配圖可知本課題共有19個輸入，6個輸出。考慮到留10%-15%的備用量。選擇40點輸入輸出機型。因為本課題是為了實現(xiàn)單機自動和幾點一體化產(chǎn)品。故選用小型PLC。</p><p>　　PLC輸出模塊選擇。輸出模塊按方式不同分有繼電器輸出，晶體管輸出和雙向晶閘管輸出三種?？紤]到本課題中對相應速度要求不同，輸出變化不是很快，很頻繁，故選擇

42、繼電器輸出，而且繼電器輸出承受過壓和過流的能力較強，價格便宜。</p><p>　　綜合以上要求，結(jié)合當前PLC市場及綜合經(jīng)濟性能，選擇日本三菱公司的FX1N-40MR型PLC。</p><p>　　FX1N-40MR型PLC有24個輸入繼電器。16個輸出繼電器，采用繼電器輸出方式，小型機。能滿足功能要求，有足夠的備用余量，便于以后升級改造，使控制系統(tǒng)有良好的靈活性和通用性，達到了較高的性

43、價比和綜合經(jīng)濟性。</p><p>　　3.2 機械手抓大小球PLC操作版面的布置</p><p>　　機械手操作面板的選擇開關有手動X10，回原點X11,單步X12,單周期X13,連續(xù)X14；另外還有10個按鈕分別為啟動X16,停止X17,上升下降，左行右行共4個行位開關，還有兩個吸緊釋放按鈕；一個回原點啟動按鈕X15，為了緊急情況發(fā)生，還有一個緊急停車按鈕。機械手的操作版面的布置如圖3

44、-1所示</p><p>　　圖3-1抓大小球機械手操作面板布置</p><p>　　3.3 機械手抓大小球輸送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表</p><p>　　根據(jù)機械手的動作要求，系統(tǒng)應有的輸入信號是：機械手的啟動按鈕，停止按鈕2個。機械手的限位控制有5個，分別是大球右限位，小球右限位，上限位，下限位，左限位。機械手5個旋鈕開關，分別是手動按鈕，單步按鈕，單周期按鈕，

45、回原點按鈕，連續(xù)按鈕。還有手動控制的按鈕共7個按鈕?？偣灿?9個輸入。</p><p>　　系統(tǒng)的輸出信號有:5個繼電器的輸出，分別是下降，上升，右移，左移，抓球放球。還有一個原點指示信號等的輸出，總共6個輸出。</p><p>　　共需19個輸入點，6個輸出點。選用FX-40MR的PLC時，I/O分配表如表3-1所示：</p><p>　　表3-1 輸入輸出設備及

46、I/O點數(shù)</p><p>　　3.4 機械手抓大小球PLC的I/O接線圖</p><p>　　圖3-2抓大小球機械手I/O接線分配圖</p><p>　　工作方式的選擇開關的5個位置分別位于5種工作方式之中，操作面板左下部的6個按鈕是手動按鈕，為了保證在緊急的情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷PLC電源，在PLC開始運行時按下負載電源按鈕，是KM線圈得電并

47、自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源，對于電磁鐵吸盤這一類執(zhí)行機構(gòu)，在“緊急停車”時如果斷開它的電源，它吸住的鐵磁物體會掉下來，在某些情況下可能造成事故，是不允許這樣處理的。</p><p>　　右行和左行是異步電動機控制的，在控制電動機的交流器KM4和KM5的線圈回路中，使用了由它們的常閉觸點組成的硬件互鎖電路。</p><p>　

48、　系統(tǒng)設有手動、單周期、單步、連續(xù)和回原點5種工作方式，機械手在最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電時，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或稱為初始狀態(tài)）。在公用程序中，左線位開關X1、上限位X4的常開觸點和表示電磁線圈斷電的Y4的常閉點的串聯(lián)電路接通時，原點條件輔助繼電器KM5變?yōu)镺N。 </p><p>　　如果選擇的是單周期工作方式，按下啟動按鈕X16后，從初始步SO，機械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個 周期的工作后，返回并停

49、留在初始步。如果選擇連續(xù)工作方式，在初始狀態(tài)下按下啟動按鈕后機械手反復連續(xù)工作，按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在單步工作方式，從初始步開始，按下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并停留在該步的位置，再按一下啟動按鈕，才往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。</p><p>　　在單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)，如果

50、不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式，然后按回原點啟動按鈕X15，使系統(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。在原點狀態(tài)，順序功能、圖中的初始步S0為ON，為進入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好準備。</p><p>　　第4章 機械手PLC程序設計</p><p>　　4.1 初始化程序設計</p><p>　　FX系列PLC的狀態(tài)初始化指令表IST（INITIAL STAATE）的功

51、能指令編號為FNC60，它與STL指令一起使用，專門用來設置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)和設置有關的特殊輔助繼電器的狀態(tài)，可以大大簡化復雜的順序控制程序的設計工作。IST指令只能使用一次，它應放在程序開始的地方，被它控制的STL電路應放在它的后面。</p><p>　　由ISP判斷機械手的工作方（當S0=1時切換到手動方式、當S1=1時切換到回原點方式、當S2=1時切換到自動方式），在由ISP利用M804

52、1來實現(xiàn)單周、多周的運行。當按下預停按鈕后，一直要到一個周期完成才能停止，中途不能停止。（要有手動、回原點、單步、單周、多周等5種可選工作方式）</p><p>　　圖4-1 指令和程序的組成</p><p>　　該系統(tǒng)的初始化程序用來設置初始狀態(tài)和原點位置條件。IST指令的格式如圖4-2所示，圖中的原操作數(shù)【S】指定與工作方式有關的輸入繼電器的起始輸入，它實際上指定從X10開始的8個輸入

53、繼電器具有以下意義：</p><p><b>　　X10：手動；</b></p><p><b>　　X11：回原點；</b></p><p><b>　　X12：單步運行；</b></p><p>　　X13：單周期運行；</p><p><b&

54、gt;　　X14：連續(xù)運行；</b></p><p>　　X15：回原點啟動；</p><p>　　X16：自動操作啟動；</p><p><b>　　X17：停止。</b></p><p>　　X10~X14中同時只能有一個處于接通狀態(tài)，因此必須使用選擇開關，如圖3-1所示，從而保證這5個輸入中不可能兩個同

55、時為ON。</p><p>　　目標操作數(shù)【D1】指定自動操作模式中，使用狀態(tài)器的最小序號；目的操作數(shù)【D2】指定自動操作模式中，使用狀態(tài)器的最大序號。因此該例自動操作數(shù)所使用的狀態(tài)器為S20~S27。</p><p>　　圖4-2初始化指令格式</p><p>　　IST指定的執(zhí)行的條件滿足時，初始狀態(tài)繼電器S0~S2和下列特殊輔助繼電器被自動指定為以下功能（即使

56、以后IST指定的執(zhí)行條件變?yōu)镺FF，這些元件的功能仍保持不變）：</p><p>　　S0：手動操作的初始狀態(tài)器，當把工作方式選擇開關置于X10時，S0為ON,進入手動程序。</p><p>　　S1：回原點操作的初始狀態(tài)器，當工作方式選擇開關置于X11時，S1為ON，進入自動回原點程序。</p><p>　　S2:自動操作的初始狀態(tài)器，把工作方式選擇開關置于X12

57、、X13或X14時，S2為ON，進入自動程序。</p><p>　　IST指定自動驅(qū)動的幾個特殊輔助繼電器：</p><p>　　禁止轉(zhuǎn)移標志M8040：其線圈“通電”時，禁止所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動標志M8041:為ON時，允許在自動工作方式下，從[D1]所表示的最低位狀態(tài)開始，進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移；為OFF時，禁止從最低位狀態(tài)開始進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

58、</p><p>　　啟動脈沖標志M8042：是脈沖繼電器，它與串聯(lián)的觸點接通時，產(chǎn)生一個掃描周期的寬帶的脈沖。</p><p>　　以下幾個特殊輔助繼電器是由用戶程序驅(qū)動的：</p><p>　　回原點完成標志M8043：在回原點方式，系統(tǒng)自動返回原點是，通過用戶程序用SET指令將它置位。如圖（4-3）。</p><p>　　若改變了當前選

59、擇的工作方式，在“回原點完成”標志M8043變?yōu)镺N之前，所有的輸出繼電器將變?yōu)镺FF。</p><p>　　回原點條件標志M8044：在系統(tǒng)滿足初始條件時為ON.</p><p>　　SET監(jiān)控有限標志M8047：其線圈“通電”時，當前的活動步對應的狀態(tài)器的原件號按從小到大的順序排列，并存放在特殊數(shù)據(jù)寄存器D8040-D8047中，由此可以監(jiān)控8點活動步對應的狀態(tài)器的元件號。此外，若其中

60、任何一個狀態(tài)器為ON，特殊輔助器M8046將為ON。</p><p>　　4.2 手動程序設計</p><p>　　手動操作時，用X20—X25對應的6個按鈕控制機械手的夾緊、放松、上升、下降、右行和左行。這些操作都是點動控制，且為了保證系統(tǒng)的安全運行，機械手程序中設置了一些必要的聯(lián)鎖，例如升降之間、右行與左行之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON，上、下、左、右的限位開關X

61、1-X5的長閉觸點分別與控制機械手移動的Y0-Y3的線圈串聯(lián)，以防止機械手運行超程出現(xiàn)的事故。手動程序用初始狀態(tài)繼電器S0控制，如下圖4-3:</p><p><b>　　圖4-3 手動程序</b></p><p>　　4.3 自動返回原點程序設計 </p><p>　　自動返回原點程序中，只需按下回原位按鈕X15即可，當按下回原點啟動按鈕時電

62、磁閥Y1動作復位下降，然后電磁閥Y0動作上升，撞上上限位開關X4是，電磁閥Y2復位運行，接著電磁閥Y3動作左行，撞上左限位開關X1時，SM8043回原點完成，用RST指令將回原點順序功能圖中的最后一步S12復位，回原點順序功能圖中的步應使用S10-S19的狀態(tài)器。自動返回原點功能就會實現(xiàn)，此順序功能圖如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 自動返回原點的順序功能圖</p><p>

63、　　S1是回原點操作的初始狀態(tài)器，當工作方式選擇開關置于X11時，S1為ON，進入自動回原點程序。</p><p>　　將自動返回原點順序功能圖轉(zhuǎn)換為的梯形圖 梯形圖如圖4-5所示</p><p>　　圖4-5 自動返回原點梯形圖</p><p>　　當原點條件滿足時，特殊輔助繼電器M8044（原點條件）為ON，如圖4-6中的初始化程序。</p>&l

64、t;p>　　圖4-6 初始化程序</p><p>　　自動返回原點結(jié)束后，用SET領將M8043（回原點完成）置為ON，并用RST指令將回原點順序功能圖中的最后一步S12復位，回原點順序功能圖中的步應使用S10-S19的狀態(tài)器。</p><p>　　4.4 自動程序設計</p><p>　　用STL指令設計的自動程序的順序如圖所示特殊輔助繼電器M8041（轉(zhuǎn)換

65、 啟動）M8044（原點條件）是從自動程序的初始步S2轉(zhuǎn)換到下一步S20的轉(zhuǎn)換條件。機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、吸球、上升、右行、下降、釋放、 上升、左行返回。當機械手在原點狀態(tài)時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5處于斷電狀態(tài)，電磁鐵頭通電吸起大球，然后機械手上升，上升到上限位X4時，機械手臂右行。當右行到大球右限位X2時，機械手下降，下降到下限位X5時電磁鐵斷電，釋放大球，大球被放入大球容器。然后回到原點。

66、當機械手在原點時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5接通，電磁鐵通電吸起小球，機械手上升，上升到上限位X4時，機械受臂右行，當右行到小球右限位X3時機械手下降，下降到下限位X5時，電磁鐵斷電釋放小球到小球容器。然后回到原點位置，機械手分選大小球動作完成。自動程序的順序功能圖見4-7，梯形圖見4-8使用STL指令后，系統(tǒng)的自動、手動、單周、單步、回原點、多周等幾種工作方式的切換系統(tǒng)程序是系統(tǒng)自動完成的，安排IST指令中的控制

67、工作方式用的是輸入繼電器X10~X17的元件順序，</p><p>　　圖4-7 自動程序控制的順序功能</p><p>　　圖4-8（1） 自動程序控制步進梯形圖</p><p>　　機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、吸球、上升、右行、下降、釋放、 上升、左行返回。當機械手在原點狀態(tài)時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5處于斷電狀態(tài)，電磁鐵頭通

68、電吸起大球，然后機械手上升，上升到上限位X4時，機械手臂右行。當右行到大球右限位X2時，機械手下降，下降到下限位X5時電磁鐵斷電，釋放大球，大球被放入大球容器。然后回到原點。</p><p>　　圖4-8（2）自動程序控制步進梯形圖</p><p>　　當機械手在原點時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位X5時，X5接通，電磁鐵通電吸起小球，機械手上升，上升到上限位X4時，機械受臂右行，

69、當右行到小球右限位X3時機械手下降，下降到下限位X5時，電磁鐵斷電釋放小球到小球容器。然后回到原點位置，機械手分選大小球動作完成。</p><p>　　圖4-8（3） 自動程序控制步進梯形圖</p><p>　　4.5 機械手抓大小球步進梯形圖</p><p>　　機械手完整的控制的程序是由初始程序、手動程序、自動返回原點程序和自動程序組成的，器步進梯形圖如圖4-9

70、所示</p><p>　　圖4-9（1） 機械手抓大小球步進梯形圖</p><p>　　圖4-9（2） 機械手抓大小球步進梯形圖</p><p>　　圖4-9（3） 機械手抓大小球步進梯形圖</p><p>　　4.6 機械手抓大小球PLC語句表</p><p>　　械手的初始化程序，自動返回原點程序，手動程序和自動程

71、序設計好后，按圖4-1所示的自動程序圖，將兩段程序嵌入，就可以得到整個系統(tǒng)的應用程序。</p><p>　　根據(jù)梯形圖，寫出自動程序的語句表如表4-1所示：</p><p>　　表4-1（1） 機械手抓大小球PLC語句表</p><p>　　表4-1（2）機械手抓大小球PLC語句表</p><p>　　表4-1（3）機械手抓大小球PLC語句表

72、</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次設計主要是對機械手分選大小球的軟件程序設計，其中對機械手的工作方式進行了進一步的了解，對機械手的PLC型號的選擇，輸入輸出點分配以及I/O接線圖進一步掌握。</p><p>　　機械手的工作方式主要有手動，單步，單周期，連續(xù)，和回原點5種工作方式，利用限位開關來控制機械手走的行

73、程。利用開關來實現(xiàn)手動，單周期和復位等操作。機械手全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸又由相應的電磁閥控制。其中上升/下降和左移/右移分別由雙向線圈電磁閥控制。機械手的放松/加緊由單線圈電磁閥控制，通電時機械手夾緊，失電位放松。</p><p>　　此外還采用了IST初始化指令與步進梯形指令相結(jié)合，對多種工作方式進行簡單化了。以前都是采用的移位寄存器或者繼電器，這種自動操作的控制比較復雜化，不容易直接設計梯形圖及順序功能圖

74、，而且相對比較昂貴。本次采用的指令的優(yōu)點是簡單，易懂，不過要和梯形步進指令STL一起使用，才能控制多種工作方式。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本文是在xx老師的悉心指導下完成的。導師為論文課題的研究提出了許多指導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。xx老師的嚴謹治學、不斷探索的科研作風，敏銳深邃的學術(shù)洞察力，孜孜不

75、倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文結(jié)束之際，特向我敬愛的導師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！</p><p>　　畢業(yè)設計是我作為一名學生即將完成學業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對學校所學知識的全面總結(jié)和綜合應用，又為今后走向社會的實際操作應用鑄就了一個良好開端，是我對所學知識理論的檢驗與總結(jié)。</p><p>　　經(jīng)過近段的努力，使我順利的完成了畢業(yè)設計。這份畢業(yè)設計既是對

76、過去三年所學知識的總結(jié)，又是自己學習提高的良機。</p><p>　　實踐是最好的老師。通過畢業(yè)設計，一方面可以發(fā)現(xiàn)自己的不足，糾正學習中的錯誤；另一方面又可以積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經(jīng)驗，增強對復雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己以后的工作和學習打下堅實的基礎。</p><p>　　在此，我還要感謝在一起愉快的度過三年生活的xx各位同學，正是由于你們的幫助和

77、支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]吳明亮，蔡夕忠. 可編程控制器實訓教程．廣州：

78、化學工業(yè)出版社，2005.8.1</p><p>　　[2]鐘肇新．可編程控制器原理及應用．廣州：華南理工大學出版， 2001</p><p>　　[3]廖常出．PLC編程及應用．北京：機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[4]劉增良，劉國亭．電氣工程CAD．北京: 中國水利水電出版社，2002．</p><p>　　[5] 朱紹祥

79、.可編程控制器原理與應用.上海：上海交大出版社，2010.3</p><p>　　[6] 廖常出. PLC基礎應用.北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[7] 俞國亮.PLC原理與應用（三菱FX系列）.北京： 清華大學出版社，2001</p><p>　　[8] 易傳淥.可編程控制技術(shù)指南.上海：上?？破粘霭嫔?，1999.3.1</p>

80、<p>　　[9] 汪曉光，王艷丹編.可編程控制器原理及應用(第2版)．北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[10] 李道霖編.電氣控制與PLC原理及應用.北京: 電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[11] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù).南京: 東南大學出版社，2003</p><p>　　[12]李道霖編.電氣控

81、制與PLC原理及應用.北京: 電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[13]高欽，編著.可編程邏輯控制器應用技術(shù)與設計實例.北京：人民郵電出版社，2004</p><p>　　[14] 汪曉光，王艷丹編.可編程控制器原理及應用(第2版).北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[15] 李道霖編.電氣控制與PLC原理及應用.北京: 電子工業(yè)出版社

82、，2004</p><p>　　[16] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù).南京: 東南大學出版社，2003</p><p>　　[17] 陳忠華.可編程序控制器與工業(yè)自動化系統(tǒng). 北京：機械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[18] 永勝, 王岷. 電器控制與PLC應用．北京： 中國電力出版社，1998</p><p>　　

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84、器與工業(yè)自動化系統(tǒng). 北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p><b>　　外文資料翻譯</b></p><p>　　The development and research robots</p><p>　　Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the

85、last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic a

86、nd the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are dif</

87、p><p>　　At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the

88、 robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With the rapid progress with the control economy and expanding

89、of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the develo</p><p>　　The purpose of manipulator control is to maintain the dynamic response of a computer-based manipulator in accordance wi

90、th some prespecified system performance and desired goals. In general, the dynamic performance of a manipulator directly depends on the efficiency of the control algorithms and the dynamic model of the manipulator. The c

91、ontrol problem consists of obtaining dynamic models of the physical robot arm system and then specifying corresponding control laws or strategies to achieve the </p><p>　　Current industrial approaches to rob

92、ot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of

93、 the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response spe

94、ed and damping, limiting</p><p>　　In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased

95、 labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The robot arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversifi

96、ed. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched</p><p><b>　　機械手的發(fā)展與研究</b></p><p>　　機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動

97、控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機器人產(chǎn)品?，F(xiàn)代工業(yè)機器人是人類真正的奇跡工程。一個像人那么大的機器人可以輕松地抬起超過一百磅并可以在誤差+-0.006英寸誤差范圍內(nèi)重復的移動。更重要的是這些機器人可以每天24小時永不停止地工作。在許多應用中（特別是在自動工業(yè)中）他們是通過編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重

98、復地做同一工作許多年。機器人產(chǎn)品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進了工業(yè)自動化的進程。 </p><p>　　目前，由于機器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術(shù)的廣泛應用，因此，研制經(jīng)濟型、實用化、高可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 由于我國經(jīng)濟建設和城市化的快速發(fā)展，城市污水排放量增長很快，污水處理己經(jīng)

99、擺在了人們的議事日程上來。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認識到污水處理的重要性和迫切性，科學家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動化和高效率要求成為經(jīng)濟發(fā)展的必然。 本文結(jié)合塑料一次擠出成型機和塑料抓取機械手的研制過程中出現(xiàn)的問題，綜述近兒年機器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機、電、軟、硬件各自特點和優(yōu)勢互補的基礎上，對物料抓取機械手整體

100、機械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)進行了分析和設計，提出了一套經(jīng)濟型設計方案。采用直角坐標和關節(jié)坐標相結(jié)合的框架式機械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅(qū)動元件的動力傳遞給機器人機械手相應的執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)各種必要的運動，傳動方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊</p><p>　　研究機械手控制的目的是保持以計算機為基礎的機械手的動態(tài)響應，以便與一些預先設定的系統(tǒng)性能和理想目標保持一致。一

101、般情況下，機械手的動態(tài)性能直接依賴于控制算法的效率和機械手的動態(tài)模型。控制問題包括獲得自然的機械手系統(tǒng)的動態(tài)模型，然后指定相應的控制規(guī)則或步驟以達到想要的系統(tǒng)響應和性能。</p><p>　　目前的工業(yè)機械臂控制將每一個機械臂的聯(lián)合看做一個簡單的聯(lián)合伺服。伺服方法不能充分地模仿不同的動力學機械手，因為它忽略了機械手整體的運動和配置。這些控制系統(tǒng)的參數(shù)的變化有時是足夠重要，以至于使常規(guī)的反饋控制方法失效。其結(jié)果是減

102、少了伺服響應的速度和阻尼，限制了精度和最終效應的速度，使系統(tǒng)僅適用于有限精度的工作。機械手以這種方式控制速度降低而沒有不必要的震動。任何在這一領域和其它領域的機械臂性能增益要求更有效率的動態(tài)模型、精密的控制方法、專門的計算機架構(gòu)和并行處理技術(shù)。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的

103、各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提