电气控制与PLC课程设计说明书题目机械手控制院系机械工程学院专业机械工程及自动化(电梯工程) 班级 ******* 学号 ********* 学生姓名孙奇指导教师胡朝斌、易风机械工程学院2014年6月目录一、绪论 (3)二、机械手的工作原理 (4)2.1机械手的概述 (4)2.2机械手的工作原理 (5)三、机械手的工作流程图 (7)四、输入和输出点分配图及原理接线图 (8)五、元器件选型清单 (10)六、控制程序 (14)6.1初始化流程图设计 (14)6.2手动操作梯形图 (15)6.3回原点方式顺序功能图 (16)6.4自动方式顺序功能图 (17)6.5 PLC总程序梯形图 (18)七、总结 (23)参考文献 (24)一、绪论1.1 可编程序控制器的应用和发展概况可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC （programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。
1.2 PLC的应用概况PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。
按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。
（1）用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。
用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。
例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。
（2）用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。
（3）用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。
（4）用于工业机器人控制（5）用于多层分布式控制系统高功能的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。
从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。
1.3 PLC概况及在机械手中的应用（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）控制系统构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。
（3）编程简单、使用、维护方便（4）组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。
因此，PLC 应用范围很广。
（5）体积小、重量轻、功耗低PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。
机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广; 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。
二、机械手的工作原理2.1机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
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）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。
2.2机械手的工作原理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。
图1 机械手传送示意及操作面板控制器如图1所示机械手能实现手动、回复位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；回复位工作方式时，按下“回复位”按钮，则机械手自动返回原位；单步工作方式时，每按一次起动按钮机械手向前执行一步；选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只运行一个周期就停下；连续工作方式时，机械手向前执行一步；只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。
图2 机械手传送示意及操作动作示意图图3 机械手传送示意及操作动作执行图如图2，3、其功能是将工件从A移送到B处。
气动机械手的升降和左右移动分别使用了双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线圈失电时能保持在原位，必须驱动反方向的线圈才能反向运动。
上升、下降对应的电磁阀线圈分别是YV2、YV1，右行、左行对应的电磁阀线圈分别是YV3、YV4。
机械手的夹钳使用单线圈电磁阀YV5，线圈通电时夹紧工件，断电时松开工件。
通过设置限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手的下降、上升、右行、左行进行限位，而夹钳不带限位开关，它是通过延时1.7s来表示夹紧、松开动作的完成的。
三、机械手的工作流程图四、输入和输出点分配图及原理接线图表1 机械手传送系统输入和输出点分配表图4 机械手控制的输入/输出接线图五、元器件选型及清单气爪选平行型: 因为物体重1kg，所以由表3.1得气爪内径40mm，夹爪为标准型，所以气爪型号为：HFZ40（亚德客）（2）气缸1（上下移动）选择选用双轴气缸使气缸具有较好的抗弯曲及抗扭转性能，可承受较大的欲动负载和侧向负载气爪与工件总重不超过2kg由表3.2得内径32mm 行程选200mm 因为需安装电磁传感器所以选用带磁石的所以选择型号为TN-32*200-S（亚德客）的气缸作为气缸1。
（3）气缸2（左右移动）选择因为左右距离500mm，所以只能选择单轴的。
由于行程为500mm ，考虑刚度要求内径选较大的，由表3.3得选内径63mm的气缸。
因为需安装电磁传感器，所以选用带磁石的。
密封材料选NBR ，固定形式为LB所以气缸1的型号为：SC-63*500-S-LB（亚德客）元器件清单六、控制程序6.1初始化流程图设计机械手处于原位时把M8044置ON，以便给自动程序初始步向下一步转换提供必要条件，在梯形图中要用M8000运行监视特殊辅助继电器作为IST的执行条件。
IST的源文件取X20，就意味着X20-X27共8个输入继电器具有了PLC外部接线的功能，因此IST指令中指定的自动操作用到的最低元件号为S20，根据一个周期8步，又指定了自动操作用到的最高元件号为S27，初始化流程图如图所示6.2手动操作梯形图手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。
“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y002保持接通；按下下降按钮，Y000保持接通；在上限位按下右行按钮，右行输出Y003接通，至行程开关SQ3闭合。
手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X004闭合）或右限位（即X003闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X001接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。
6.3回原点方式顺序功能图在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位置。
6.4自动方式顺序功能图自动程序包括了单步、单周期、自动三种工作方式。
机械手的夹紧与松开是由Y1的ON 与OFF实现的，在机械手夹紧后的上升、右移和下降过程中必须一直保持夹紧的状态，所以S21步夹紧用的是置位指令。
如果S21步仅仅驱动Y1的置位指令而用Y1的常开触点作为转换条件，则下限位X1为ON的执行周期中，活动步将经S21转到S22，这个周期集中输出的结果将是Y1、Y2同时为ON，意味着夹紧和上升两个动作同时进行，可能会导致工件的跌落。
为避免危险的发生，在S21步驱动置位指令的同时再驱动一定时器，由定时器的常开触点作为活动步的转换条件，定时器设定的时间能够确保Y1为ON的时间足够长后机械手才开始上升。
6.5 PLC总程序梯形图- 21 -七、总结- 23 -.参考文献【1】孙德胜等：PLC操作实训（三菱），机械工业出版社，2007.8 【2】范永胜等：电气控制与PLC应用，中国电力出版社，2007。