1、第1章 概述1.1搬運機械手概述 圖1.1是搬運機械手工作示意圖。該機械手的任務是將傳送帶A上的物品搬運到傳送帶B。為使動作準確，安裝了限位開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。分別對機械手進行抓緊、左旋、右旋、上升、下降等行程的檢測，并給出動作到位的檢測信號。另外還安裝了光電開關SP。負責檢測傳送帶A上的物品是否到位。此外，還設置了起動按鈕SB1和停止按鈕SB2，分別用以啟動和停止機械手的動作。圖1.1 搬運機械手工作示意圖傳送帶A、B由電動機M1、M2拖動，M1、M2分別由接觸器KM1、KM2控制，機械手的上、下、左、右、抓、放等動作由液壓系統(tǒng)驅動，并分別由6個電磁閥YV1YV6來控

2、制。1.2搬運機械手運動過程 根據(jù)對機械手的工藝過程及控制要求分析，機械手的動作過程如圖1.2所示：圖1.2機械手動作過程1.3設計要求 傳送帶B處于連續(xù)運行狀態(tài)，不用PC控制。 機械手和傳送帶A要求按照一定的順序動作，其步序圖如圖1.3所示。啟動時，機械手按照步序圖的工步順序動作；停止時，機械手停止在現(xiàn)行工步上。重新啟動時機械手從停止前一瞬間的動作繼續(xù)進行；PLC斷電時的要求與停止時的要求一致。 要求搬運機械手控制系統(tǒng)具有手動、單周期和連續(xù)循環(huán)三種工作方式。1.4設計任務 1.設計和繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明

3、細表。 3.設計操作面板電器元件布置圖。 4.上機調試程序。 5.編寫設計說明書。圖1.3搬運機械手動作步序圖23第2章 控制方案論證 機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有單周（連續(xù)）控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。搬運機械手的設計有許多了設計方案，有繼電器控制、單片機控制、PLC控制等。2.1繼電器控制方案 繼電器是根據(jù)某種輸入信號的變化，接通或斷開控制電路，實現(xiàn)自動控制和保護電力

4、裝置的自動電器。此控制系統(tǒng)可利用四個傳統(tǒng)繼電器作為限位開關，并加上輔助電路以實現(xiàn)機械手的功能。但是由于傳統(tǒng)繼電器觸點接觸不良容易出現(xiàn)故障，并且接線復雜抗干擾能力差，難以實現(xiàn)模塊化和智能化，性價比較低。所以這種控制方式已經逐漸被淘汰，顯然此控制系統(tǒng)不能選用此方案。2.2單片機控制方案 單片機具有集成度高、功能強、可靠性高、體積小等特點，單片機最早是以嵌入式微控制器的面貌出現(xiàn)的，是嵌入式系統(tǒng)中，是應用最多的核心器件，但由單片機設計的系統(tǒng)都有一個共性就是抗干擾性差,因為機械手一般都用在干擾源比較多、情況比較復雜的工業(yè)現(xiàn)場,所以由單片機設計的系統(tǒng)很難保證長期穩(wěn)定的工作。所以不宜選用此方案。2.3PLC

5、控制方案 此控制系統(tǒng)利用PLC可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。 PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。 PLC的高可靠性、豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號、編程簡單易學、安裝簡單，維修方便。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與P

6、LC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。所以選用PLC實現(xiàn)對機械手的控制為最佳方案，本次設計就選用此方案進行設計。第3章 控制系統(tǒng)硬件設計3.1電動機控制線路設計3.1.1電動機控制線路電器元件選擇表3-1電動機控制線路元件明細表序號 名稱 符 號 數(shù)量型號 主 要 基 礎 參 數(shù) 備 注1選擇開關 KA 1 LA18-66X 常開常閉觸點各2對 切換3種工作方式2光電開關SP1LLS-30 工作電壓DC12-30V響應時間小于1ms 檢

7、測A上有無物體3三相異步電動機M1、M22Y132S2-2額定功：7.5KW 電壓：380V 電流：15A 控制傳送帶的動作4按鈕SB1- SB3 3LA10-2H常開常閉觸點各2對 啟動、預停、急停5行程開關SQ1- SQ5 5JLXK1-211 常開常閉觸點各1對6個動作限位檢測6電磁閥YV1-YV6 6DSG-02-2B2 二位四通閥驅動執(zhí)行6個動作7按鈕SB4- SB10 7 LA10-1K 常開常閉觸點各1對手動控制6個動作3.1.2電動控制線路原理圖. 根據(jù)傳送帶A，B的運行要求設計其主電路圖如3-1 a）：圖3-1 a）主電路 傳送帶A是由PLC 控制系統(tǒng)控制，控制電路如圖3-2

8、，根據(jù)傳送帶B的運行要求設計其控制電路如圖3-1 b):圖3-1b) 控制電路3.2PLC控制系統(tǒng)設計3.2.1PLC控制系統(tǒng)選元件 在機械手設計中選擇可編程控制器CPU224CN 是數(shù)字量I/O口14輸入10輸出和數(shù)字量擴展模塊EM2231CN，8輸入DC24V/4，數(shù)字量I/O口8輸入。3.2.2PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖圖3-2 PLC交流主機模塊+直流擴展模塊的外部接線圖第4章 控制系統(tǒng)軟件設計4.1軟件設計的總體規(guī)劃 根據(jù)PLC的I/O接線圖和機械手動作要求，設計軟件部分的主程序、公用子程序、手動子程、單周/連續(xù)自動子程序的梯形圖。圖4-1主程序4.2手動程序設計圖4-2手動程序4.

9、3單周（連續(xù)）循環(huán)程序設計4.3.1單周（連續(xù)）循環(huán)程序順序功能圖 機械手按照步序圖的工步順序動作，畫出機械手的工作循環(huán)圖，再畫順序功能圖。機械手自動控制系統(tǒng)具有單周期和連續(xù)循環(huán)兩種工作方式。圖4-3單周/連續(xù)循環(huán)自動工作循環(huán)圖4-4單周/連續(xù)循環(huán)自動功能順序圖4.3.2單周（連續(xù)）循環(huán)程序設計 自動單周/連續(xù)循環(huán)梯形圖設計如下(a）、（b）、（c）、（d）四部分：圖4-5 單周/連續(xù)循環(huán)自動子程序圖4.4公用程序設計圖4-6公用程序第5章 控制系統(tǒng)調試5.1公用程序調試公用程序中有初始位、預停、急停、初始位的判斷。當按下I1.0、I1.2、I0.7、初始位的啟動。同時可以判斷是否在初始位，而

10、操作下一步。如圖5-1：圖5-1 公用程序調試圖5.2手動程序調試 按下I0.0，主程序中啟動了手動子程序，可以操作手動程序。按下I2.0，機械手下降，如圖5-2 b）。當下行到下限位時，機械手停止下降，如圖5-2a）。圖5-2 a）圖5-2 b） 可以依次操作其余的動作，下降、傳送帶A運行、抓緊、上升、右旋、下降、松開、上升、左旋、完成一個周期的操作。5.3自動單周（連續(xù)）循環(huán)程序調試當機械手處于原位時，按下I0.2選擇連續(xù)循環(huán)，按啟動I0.3接通，驅動下降YV2(Q0.1),（如圖5-3）,當?shù)竭_下限位使行程開關SQ5(I1.3)接通，而上限位SQ4(I1.2)自動復位，傳送帶A運行KM1

11、(Q0.6)，SP光電開關驅動，KM1停止，手爪抓緊YV5（Q0.4）,驅動手抓限位開關SQ1(I0.6)接通，機械手上行YV1(Q0.0)，當上升到達最高位，上限位開關SQ4(I1.2)接通，機械手右旋YV4(Q0.3)，移到最右位，右限位SQ3(I1.1)接通，機械手下降YV2，下降到最低位，下限位SQ5接通，機械手放松YV6(Q0.5)，T37接通，同時C0計數(shù)一次，延時1秒，延時時間到，機械手上升YV1，上升到最高位，上限位SQ4接通，機械手左旋YV4(Q0.2),當旋轉到最左時，使SQ2(I1.0)接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作，連續(xù)循環(huán)到C0計數(shù)100，才跳出循環(huán)。 圖5

12、-3連續(xù)循環(huán)下行圖當機械手處于原位時，選擇I0.1機械手進行單周循環(huán)，而單周循環(huán)與連續(xù)循環(huán)的區(qū)別自在與，當機械手依次完成下降、傳，送帶A運行、抓緊、上升、右旋、下降、松開、上升、左旋動作后，通過預停（M2.1）,停在初始位。結束語搬運機械手控制系統(tǒng)設計有手動、自動單周循環(huán)、自動連續(xù)循環(huán)功能。在工作系統(tǒng)中有啟動、預停、急停功能，按下預停后，機械手運行完一個周期后自動返回原初始位，急停是方便故障檢查，排除故障后可以接著停止前的運作運行。單周循環(huán)的控制方式靈活，連續(xù)循環(huán)的控制方式準確，可靠性高。手動操作便于維修，安全，操作簡單。我們提出了自己的一些看法,可以有效地提高系統(tǒng)的準確度,對PLC讀、寫,事

13、件響應等通信時間可進行精確的控制,取得了良好的效果.。使用該機械手代替人工搬運工件，既安全，又準確，提高了勞動生產率，保證了工件的質量，降低了工人的勞動強度，具有較好的經濟效益和社會效益。參考文獻1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶:重慶大學出版社2萬太福.可編程序控制器及其應用M. 重慶：重慶大學出版社3劉祖潤.畢業(yè)設計指導.北京：機械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動與控制. 北京：中國礦業(yè)大學出版社5工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊. 北京：水利電力出版社致 謝 兩周緊張充實的課程設計就要結束了，回想起以往的美好時光，此時感慨萬千，首先感謝指導教師賴老師在課程設

14、計中對我的幫助，鼓勵和精心指導，賴老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄廓，關鍵是指導有方嚴格我們要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，其嚴以律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風，倍感溫馨。一股暖意細水長流，源自內心而又沐潤全身，微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠的祝福老師合家歡樂，一生平安。同時，也將祝福送給每一位幫助我的師長。同時感謝我的同學在我的課程設計過程其中對我莫大的鼓勵。謝謝你們，我所有的老師與同學。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！附錄電氣信息學院課程設計評分表項 目評 價優(yōu)良中及格差設計方案合理性與創(chuàng)造性（10%）

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