简易型悬臂式机械手设计

1、毕业设计（论文）论文题目年 级： 2011年春学 号： 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化指导老师： 2013年12月5日目录中文摘要与关键词3一、绪论4二、机械手结构设计5三、机械手机械设计83.1机械手驱动方式选择83.2气动回路设计83.3机械手各部件设计103.4本章小结17四、控制系统设计184.1控制方式选择184.2位置传感器184.3控制语言选择184.4PLC程序流程设计184.5输入输出信号204.6I/O地址分配224.7PLC控制程序设计244.8本章小结30五、抗干扰设计31六、人机界面设计33七、机械手系统可行性分析41结论与总结42致谢43参考文献44摘要

2、 机械手是一种模仿人的手部动作，并按设定的轨迹、程序和要求代替人手搬运、抓取工件或使用工具的一种装置。气动机械手最大的特点就是以空气作为动力传递介质，使用气缸、气压泵、阀门或其它装置作为传动机构。本文主要进行了机械手的控制系统设计、抗干扰设计、人机界面和机械气动结构设计。机械手由plc作为它的控制系统，可按照程序编辑的顺序进行工件的抓取、放下和移动。机械手机械结构由气缸、气爪和连接件组成。气动结构设计主要是通过计算选择合适的气缸，设计合理的气动回路。关键词 机械手；气缸；PLC。一、绪论1.1悬臂式机械手的主要应用悬臂式机械手在注塑行业应用较多。当注塑机生产产品时，先将塑料融化再向闭合的模具中

3、注入融化液体，等塑料凝固后，打开模具取出产品。在这一过程中塑料融化再注入凝固的时间是大体固定的，也就是说取出产品的速度越快，注塑机的生产效率越高。1.2设计目的机械手技术在我国应用十分广泛，几乎所用行业都有应用。随着我国工业的发展，自动化生产线上的恶劣更加环境、工艺更加复杂，导致生产过程中的手工取料和加工成型之间存在着效率、速度、精度、安全等方面的一系列问题。因此自动取料机械手取代手工取料已成为一种必然。同时，机械手还可以进一步满足生产自动化的要求，大幅度提高生产了效率、保证生产质量。目前市场上缺乏一种能够在各种工业环境下使用并具有较高的可靠性而且成本较低的工业取料机械手。本文设计一种新型注塑

4、工业取料机械手以提高生产效率。1.2本章小结说明了悬臂式机械手的应用范围和本设计的设计目的。二、机械手结构设计2.1机械手动作要求图2-1机械手动作顺序引拔进下行抓取上行引拔退旋出下行抓放上行引拔退引拔进旋入原点本文设计的悬臂式注塑机取料机械手，需要完成的动作有：上行。下行、引拔进、引拔退、旋入、旋出、夹、夹放，这lO个动作相互组合。具体动作顺序如图2-1所示2.2机械手技术参数确立（1）坐标形式，圆柱坐标系（2）最大抓取重量，5kg；（3）最大工作半径，400mm；（4）机身升降行程，150mm，升降速度，250mm/s；（5）机身旋转范围0-180，旋转速度，90/s，启动时间0.5s；（

5、6）臂部最大伸缩行程200mm，伸缩速度200mm/s，启动时间0.1s；2.3机械手总体结构为了满足机械手手臂伸缩，机身升降，机身旋转这些动作。本机械手主要有三大部分组成。（1）根据机械手的手部即末端抓取机构和成品的接触方式。本设计采用气爪。由于抓取是直接下行抓取，取出后为直接下行抓放，气爪不需要旋转所以不需要手腕结构。采用一个气缸带动机气爪来实现手部抓取与抓放动作的实现。（2）臂部，通过一个直线缸实现臂部伸出与缩回动作的实现。图2-2机械手总体结构图（3）机身，通过一个直线气缸实现机身上升与下降动作的实现，通过一个回转缸实现机身旋出与旋入动作的实现。机械手的总体结构如图2-2所示2.4机械

6、手坐标系选择目前，注塑机取料机械手市场上取料机械手按照坐标类型来分，可分为直角坐标式、球坐标式、圆柱坐标式、关节坐标式等类型。（1）直角坐标式这是一种只能上下左右前后直线移动的机械手。会有3个自由度，即为X、Y、Z 轴方向自由度，X、Y、Z轴相互垂直。这种机械手结构非常简单（2）圆柱坐标式机械手可以引拔进、引拔出、上升、下降还可以以柱为轴旋转运动、结构也比较简单，而且精度较高。（3）球坐标式这种机械手不但可以水平旋转，还可以垂直旋转。结构复杂（4）多关节式顾名思义由多个关节组成，一般有手指、大臂、小臂组成，非常灵活，可以绕过物体抓取工件。结构复杂综合考虑到圆柱坐标式结构简单且精度较高，故选用圆

7、柱坐标式。2.5本章小结对机械手的坐标形式、总体结构、动作流程、进行了设计并确立了技术参数。三、机械手机械设计3.1机械手驱动方式选择机械手的驱动方式直接影响着机械手的性能。驱动方式的选择需要根据实际情况决定。表2-1根据实际工作情况对以下驱动方式进行了比较，以便选取适合的驱动方式。伺服电机驱动气动液压驱动能耗小能耗一般能耗大动作快、精度高动作快、精度一般较慢、精度一般智能化程度高智能化程度一般智能化程度低用于轻载和中载场合用于轻载场合用于重载场合可以实现复杂动作很难实现复杂动作很难实现复杂动作工作环境好工作环境一般工作环境较差结构简单结构复杂结构复杂需要伺服电机需要电机、气泵需要电机、液压泵

8、表2-1不同驱动方式优缺点比较通过对液压、气动、电动三类三种驱动方式的优缺点分析比较。液压驱动以高压油为工作介质，抓取能力强传动平稳，但对密封性要求高。气压驱动是最简单、最廉价的驱动方试，是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。气压式的特点是：动作快、结构简单、成本低廉。但是工作稳定性较差，冲击大因为空气是可以压缩的所以适用于高速、大量装备且精密度要求不高的环境中工作。电力驱动是目前机械手中应用最多的驱动方式，多采用交流伺服电机。较精密的注塑机机械手采用交流伺服或交流伺服与气动相结合的驱动方式。综合考虑，气动驱动机械手与其它2种驱动方式的机械手相比，具有结构简单、轻便、成本低、无污染、寿命长、可

9、靠性高、安装和维护简单等优点。所以在本设计中采用气动驱动机械手。3.2气动回路设计气动回路主要是由气源、各种控制阀以及执行气缸等组成。3.2.1机械手气动回路图手部 伸缩气缸 升降气缸 转动气缸3.2.2气源压缩空气是气动系统的动力源，在空气压缩机产生的压缩空气。为了保证气动系统的正常工作，必须冷却，减压，纯化，油雾化和稳压等一系列压缩空气处理，所以我们必须有压缩空气净化装置，包括冷却器，油水分离器及储气罐。在本设计中，供气系统为压力稳定的高压空气泵，选用威速特AB02-10空气增压泵。输入压力设置为0.25MPa，输入之前已冷却，纯化，减压，稳压处理，为确保空气质量，压缩空气通过过滤减压阀减

10、压过滤，在过滤减压连接到各种压缩空气控制阀阀和两个气缸的腔。3.2.3换向阀换向阀门是一种非常重要的气动控制阀，用于管路中的空气的流动方向的改变和控制通断，从而控制执行元件的运动方向。电磁换向阀是利用电磁力来完成阀芯移动来实现换相的。因为它能实现电气联合作用，容易和PLC控制设备配合，因此得到了广泛的应用。根据机械手的需要，选择8个单向阀和8个节流阀组成控制阀用于气缸的延时调速，以及4个两位五通换向阀用于控制活塞的气缸活塞的运动方向，气缸的输出力的方向。阀体都有一个手动开关，用于在断电情况下以机械方式移动阀芯。选型都采用日本SMC公司生产的sy3000系列。3.2.4检测系统主要由设置在手臂升

11、降、伸缩，和回转气缸上的6个限位磁性开关组成。作用是对机械手的行程进行判断和检测，作为机械手控制系统的输入信号。达到控制机械手按照规定顺序完成动作。3.3机械手各部件设计机械手整体结构如下图3.3.1手部设计气爪抓取注塑件时机械手应当具有足够的夹持力，当加持力一定时不同结构的所需的驱动力不同。还要有一定的张开范围可以足够抓住成品件。综合以上2点本设计选用2指齿轮式气爪。如图所示夹取的成品件重为5kg手指的张开角度为=120、b=120MMR=24MM、摩擦系数为f=0.10根据结构传动示意图计算驱动力公式为P=N根据手指夹持工件的方位计算的握力为N=0.5tg（-）=0.5*5*tg（60-5

12、24）=25（N）即得到P=N=245（N）然而实际驱动力为又因为传动为齿轮传动得出=0.94，=1.5。当抓取工件最大加速度为3g时=1+3g/g=4所以=245*1.5*4/0.94=1563（n）由于本气缸选择单向作用缸，气缸位置为常开，当气爪抓取物件时必须克服常开弹簧的反作用力和活塞工作阻力，计算如下=式中；作用在活塞上的推力弹簧的反作用力气缸工作时受到的阻力P气缸压力弹簧的反作用计算如下= (1+S)=式中；弹簧刚度1弹簧预压量S活塞行程弹簧钢丝直径弹簧平均直径n弹簧有效圈数弹簧材料剪切模量、取79.4pa设计中考虑到负载率得出=计算得到单向常开作用气缸直径为D=带入计算得到=367

13、7.46（N/M）=(1+S)=220.6N得出D=65.23mm查有关手册取65mm又有d/D=0.2-0.3所以d取18mm3.3.2臂部设计手臂的主要作用是支撑手部抓取，并带动抓取件做伸缩以及在机身的带动下旋转运动，主要承受自身重力、手部重力以及夹持的成品的重力。具体动作为伸出、缩回。臂部的伸缩由伸缩气缸提供动力，臂部伸缩的方向，与机身升降方向以及手部抓取成品后的重力方向垂直。当手臂伸出到最大行程时承受的弯矩最大 ,根据设计需要，机械手伸缩行程为200mm，需要抓取5kg的成品，气爪为铝合金制成密度为根据密度则可算得其质量为爪部于臂部连接板材料为45钢计算其质量为气爪和连接板加上成品共约

14、17kg重量。由于设计要比实际预留一点预量所以按20kg计算，得到伸缩气缸的最大横向负载为F=20*9.8=196n当手臂运动时受力主要为摩擦力和惯性力所以气缸连杆的作用力大小为式中摩擦力为活塞自身摩擦和手臂于伸缩轨道之间的摩擦力之和。惯性为、G为手臂移动部件总重，为速度变化，为动作完成所需时间。气缸导向杆的材质为钢材为0.2。G=9.8*20=196=0.2*196=39.2n前文设计要求手臂的伸缩速度为200mm/s，设置启动时间为0.1s。即=200mm/s、=0.1s=40n、所以=39.2+40=79.2N当推力由活塞杆输出时D=公式中；D气缸直径（M）F作用在气缸上的推力（N）总机

15、械效率P初选工作气压Pa（气缸工作压力）由上式可以推出伸缩气缸的驱动力 =39.2+40=79.2N即Dp*1/479.2,可以推出D=14.18mm考虑到预留一些实际量所以缸径取20mmd=0.20.3D取5mm3.3.3.1机身升降设计机械手的机身负责支撑臂部和手部的升降和旋转，根据设计要求机身的升降行程为150mm机身升降所需的驱动力为F=臂部测定其质量为10kg=10*9.8=98n=（+）g=17*9.8=166.6n=ma=（+）a式中；a5（m/s）加速度=ma=（+）a=（10+17）*5=135n=*k式中；k摩擦系数由于材质为钢材取0.2=*k=270*0.2=54n可以推

16、出F=98+166.6+135+54=453.6n气缸工作时通过初选气压与作用在气缸杆上的负荷用以下公式可以计算出气缸的缸径。当推力由活塞杆输出时D=公式中；D气缸直径（M）F作用在气缸上的推力（N）总机械效率P初选工作气压Pa当拉力由活塞杆输出时D=公式中；d活塞杆直径当气缸工作时气缸为上下运动气缸杆朝下，所以上升时还要克服自身的重力作用和抓取物的负荷。因此采用输出拉力时的公式D=又由于d=0.3D所以推出D=35.835mm设计中考虑到预留一点余量，所以缸径选择D=40mm、d=12mm3.3.3.2机身转动设计机身的旋转是通过回转气缸产生转力实现转动的转动中主要克服转动惯性力和摩擦力可以

17、得出总驱动力矩且 式中；合外力矩B角加速度I转动惯性可以看出这个式子与牛顿第二定律是对应的,当回转轴是圆柱体轴线时I=公式中；m转动部分的质量r受力半径m=m手+m臂部 +m机身升降部分=17+10+20=47kgr=80mm计算可得I=47*0.08*0.08/2=0.1504（kg*m）前文设计要求机械手的旋转速度为90/s，设置启动时间为0.5s，且I=0.1504（kg*m）推出=0.1504*90/0.5=27.072（n*m）由于机械手摩擦部件为钢材故摩擦系数K=0.2得出=0.2*27.072=5.4144（n*m）又由于得出27.072+5.4144即32.4864（n*m）回

18、转气缸输出转矩公式为公式中；M输出扭矩（nm）P供气压力（Mpa）b叶片轴长度（m）D缸体直径(m）输出轴直径(m) d叶片轴直径(m)得出且D=0.3d可推出D=0.0252713(M)即D25.27mm考虑到设计中预留一点余量故缸体缸径取30mm3.4本章小结本章第一部分在分析气动机械手的使用要求和应用特点的基础上，选择了驱动方式，设计了气动回路、气源、换向阀等。并对机械手的手部、臂部、机身分别进行了设计。四、控制系统设计4.1控制方式选择PLC(Programmable Logic ControUer)也叫可编程控制器， PLC的方式工作为循环扫描，PLC按照控制周期先读入所有输入点的信

19、息，这些信息被处理之后，再刷新每一个输出点。所以PLC的系统具有很强的抗干扰能力。PLC的梯形图编程语言简单易用，甚至可以在现场进行定制程序。在本设计中考虑到气动控制发展趋势，其控制系统应由大型而复杂变的简单，编程和修改会越来越容易。还考虑到机械手控制中无论是硬件还是软件，应满足的功能完备性、实用性、稳定性、可靠性、系统可扩展和维护性好等基本要求。以及成本等因素后选择采用PLC为机械手的控制器。争取最大化的发挥PLC控制器的优势，克服其缺点。4.2位置传感器在各个气缸上装上磁感应开关气缸行程到达限位磁性开关的位置时，磁感应开关闭合把位置信号传输给PLC。机械手下降电磁阀1个，负责启动机械手的下

20、降；机械手夹放电磁阀1个，负责启动机械手夹放物品；机械手上升电磁阀1个，负责启动机械手的上升；机械手旋出电磁阀1个，负责启动机械手的旋出；机械手旋入电磁阀1个，负责启动机械手的旋入。4.3控制语言选择现代工业控制用PLC其主要对象为工厂的技术人员，而PLC的发展很大程度上得益于计算机技术与半导体工业的发展，但是计算机语言编程系统相对复杂如（c语言）不方便掌握，有别于传统电气工程师的习惯。所以PLC不适用计算机语言编程系统，而是使用面对对象、面对控制过程控制语言。主要有五种编程语言分别是顺序功能图、梯形图、功能图、指令表、结构化文本。梯形图是使用最为广泛的PLC编程语言，它是在继电控制原理上发展

21、出来的一种语言。梯形控制图于继电器控制原理图类似可以直观反应逻辑顺序于流程。这种方法简答高效适合编程经验较少的编程者或者比较大型的程序设计，所以我在这个设计中采用这种方法及使用梯形图编程语言。4.4PLC程序流程设计PLC控制系统，在科研、生产以及社会生活等许多领域的应用越来越广泛。应用PLC正确、合理的完成气动机械手的控制，首先应了解PLC结构特点和工作原理的，这是控制系统程序设计的一个重要的部分。综合分析成品的工艺流程和机械手的动作顺序，在一个成品的生产流程中机械手的动作主要是引拔进、下行、抓取、上行、引拔退、旋出、引拔进、下行、抓放、上行、旋入。具体过程如图4-1所示。图4-1机械手动作

22、过程引拔进下行上行抓取引拔退旋出引拔进抓放下行上行引拔退模具打开信号一周期动作完成旋入PLC程序主要是检测各个位置传感器的信号以及注塑机发出信号，控制各个电磁阀开关的动作，使得机械手按照上图动作过程进行动作，配合注塑机取出工件实现整个工作的自动化。程序整体采用模块化设计，设计为自动运行程序、手动调试程序、公共处理程序、错误检查及报警处理程序等几个模块。Plc程序的总流程如图4-2所示。是是是是否否否否否Plc初始化系统程序是否第一次循环调用第一次循环初始化公共程序看门狗时钟中断出错报警，显示出错信息中断返回看门狗时钟设置是手动模式？是自动工作模式？回原点模式？手动模式自动工作程序回原点自动工作

23、程序检测系统是否出错？错误处理并告警程序结束图 4-2PLC程序总体流程图其中自动工作模式是整个程序设计的核心部分，即从模具中取出成品工件，放置传送带上。回原点工作模式的作用就是使机械手回到初始状态以便与进入启动自动工作运行程序，手动调试工作模式主要用于排除故障，调试机械手各个部件是否可以正常工作。4.5输入输出信号 本控制系统有11输入开关量，分别为系统启动按钮1个 负责整个系统的启动；系统停止按钮1个 负责整个系统的停止；选择按钮1个 负责机械手自动控制和检测的切换；机械手的启动按钮1 负责检测时每个机械手的启动；机械手的停止按钮1 负责检测时每个机械手的停止；注塑机检测开关1 负责检测模

24、具夹上是否有物品；下降限位开关1 负责检测机械手到达最低位置；夹放检测开关1 负责机械手夹放物品的检测；上升限位开关1 负责检测机械手到达最高位置；右旋出位开关1 负责检测机械手是否右旋转180°；左旋入位开关1 负责检测机械手是否左旋转180°序号输入信号名称电气符号1总启动按钮SB12总停止按钮SB23自动/手动选择按钮SB34机械手启动按钮SB45机械手停止按钮SB56注塑机物品检测开关SQ17机械手伸出限位开关SQ28机械手下降限位开关SQ39机械手夹紧检测开关SQ410机械手缩回限位开关SQ511机械手上升限位开关SQ612机械手旋出位开关SQ713机械手旋入位开

25、关SQ8序号输出信号名称电气符号1机械手伸出电磁阀YV12机械手下降电磁阀YV 23机械手夹放电磁阀YV 34机械手缩回电磁阀YV 45机械手上升电磁阀YV 56机械手旋出电磁阀YV 67机械手旋入电磁阀YV 7本次设计中共13个输入量，共7个输出量，共计20点。选用了S7200系列CPU224，CPU224具有14点输入/10点输出，I/O点数共计24点。4.6I/O地址分配根据机械手的输入信号为13个，输出信号为7个，建立I/O地址分配表。建立输入信号地址分配表如表3.3所示：表3.3输入信号地址分配表序号名称地址1SB1I0.02SB2I0.13SB3I0.24SB4I0.35SB5I0

26、.46SQ1I0.77SQ2I1.28SQ3I1.39SQ4I2.010SQ5I2.111SQ6I2.212SQ7I2.313SQ8I2.4建立输出信号地址分配表如表3.4所示：表3.4 输出信号地址分配表序号名称地址1KA1Q0.02KA 2Q0.13KA 3Q0.24KA 4Q0.35KA 5Q0.46KA 6Q0.57KA 7Q0.6建立通用辅助继电器地址分配表如表3.5所示：表3.5 通用辅助继电器地址分配表序号名称地址1自动方式M0.02手动方式M0.13机械手动作中M0.24系统停止M0.34.7PLC控制程序设计4.7.1机械手控制程序当机械手在初始位置时I2.2=1（上升限位开

27、关闭合）；且I2.4=1（旋入限位开关闭合）；且I2.1=1(缩回限位开关闭合)；且Q0.3=0（缩入电磁阀断开）即为可以伸出状态：且Q0.5=0（旋出电磁阀断开）即不可以旋出，则Q0.0=1（伸出电磁阀闭合）即伸出手臂；并且M0.2=1（辅助继电器）即机械手自动程序启动。梯形图如图所示。M0.2( S )Q0.0( S )I2.4I2.2I2.1Q0.5Q0.3p机械手从原始位置伸出当Q0.0=1（伸出电磁阀闭合）即机械手伸出；且I1.2 =1（伸出限位开关闭合）即机械手伸出到位；I2.4=1（旋入限位开关闭合）；I2.2=1（上升限位开关闭合）即上升到位，为了下一步缩回机械手则Q0.0=0

28、（伸出电磁阀断开），并且为了下降抓取Q0.4=0（上升电磁阀断开），上升电磁阀已经断开则Q0.1=1（下降电磁阀闭合）。梯形图如图所示。Q0.4Q0.1( S )Q0.0( R )I1.2Q0.0I2.4I2.2pp机械手下降当Q0.1=1（下降电磁阀闭合）；且I1.2=1（伸出限位开关闭合）；且I1.3=1（下降限位开关闭合）即机械手伸出并已经下降到位；且I2.4=1（旋入限位开关闭合）即在旋入位置，为了抓取后上升则Q0.1=0（下降电磁阀断开）并且气爪为常开的单向作用缸可以直接闭合则Q0.2=1（夹放电磁阀闭合）。梯形图如图所示。I1.2Q0.1I1.3I2.4Q0.1( R )Q0.2(

29、 S )p机械手抓取工件当Q0.2=1（夹放电磁阀闭合）；且I1.2=1（伸出限位开关闭合）；且I1.3=1（下降限位开关闭合）；且I2.4=1（旋入限位开关闭合），上一步中下降电磁阀以断开则Q0.4=1（上升电磁阀闭合）手臂上升。并且伸出电磁阀也已经断开则Q0.3=1（缩回电磁阀闭合）手臂缩回。梯形图如图所示。I1.2Q0.2I1.3I2.4Q0.4( S )Q0.3( S )p机械手上升因为手臂抓取重物后不可以立即下降所以为了保持上升位置则Q0.4=1（上升电磁阀闭合）；且Q0.3 =1（缩回电磁阀闭合）；I2.2=1（上升限位开关闭合）；I2.1=1（缩回限位开关闭合）；机械手抓取后回到

30、原位；I2.4=1（旋入限位开关闭合），为了旋出后手臂可以伸出则Q0.3=0（缩回电磁阀断开），并且Q0.6=0（旋入电磁阀断开），则Q0.5=1（旋出电磁阀闭合）。梯形图如图所示。I2.4Q0.6Q0.5( S )Q0.3( R )Q0.3Q0.4I2.2I2.1p机械手缩入并旋出当Q0.5=1（旋出电磁阀闭合）；且I2.3=1（旋出限位开关闭合）；且I2.2=1（上升限位开关闭合）；且I2.1=1（缩回限位开关闭合），因为上一步已断开缩回电磁阀则Q0.0=1（伸出电磁阀闭合）并且为了放下重物后旋入Q0.5=0（旋出电磁阀断开）。梯形图如图所示。I2.3Q0.5I2.2I2.1Q0.0( S

31、 )Q0.5( R )p机械手伸出当Q0.0=1（伸出电磁阀闭合）；且I2.3 =1（旋出限位开关闭合）；I2.2=1（上升限位开关闭合）；I1.2=1（伸出限位开关闭合），为了放下重物后缩回则Q0.0=0（伸出电磁阀断开），并且Q0.4=0（上升电磁阀断开），则Q0.1=1（下降电磁阀闭合）。梯形图如图所示。Q0.4Q0.1( S )Q0.0( R )I2.3Q0.0I2.2I1.2pp机械手下降当Q0.1=1（下降电磁阀闭合）；且I2.3 =1（旋出限位开关闭合）；I1.3=1（下降限位开关闭合）；I1.2=1（伸出限位开关闭合），则Q0.2=0（夹放电磁阀断开），并且Q0.1=0（下降电

32、磁阀断开），则Q0.4=1（上升电磁阀闭合）。梯形图如图所示。Q0.1Q0.4( S )Q0.2( R )I2.3Q0.1I1.3I1.2pp机械手卸载工件并上升当Q0.4=1（上升电磁阀闭合）；且I2.2 =1（上升限位开关闭合）；I2.3=1（旋出限位开关闭合）；I1.2=1（伸出限位开关闭合），且伸出电磁阀已断开则Q0.3=1（缩入电磁阀闭合），旋出电磁阀以断开则Q0.6=1（旋入电磁阀闭合）。梯形图如图所示。Q0.6( S )Q0.3( S )I2.2Q0.4I2.3I1.2pp机械手缩回并旋入当Q0.3=1（缩入电磁阀闭合）；且Q0.6=1（旋入电磁阀闭合）；且Q0.4=1(上升电磁

33、阀闭合)；且I2.2=1（上升限位开关闭合）且I2.1=1（缩入限位开关闭合）；且I2.4=1（旋入限位开关闭合），则Q0.0=1（缩入电磁阀断开）；并且M0.2=1（辅助继电器）。梯形图如图所示。I2.4Q0.4I2.2Q0.6Q0.3I2.1M0.2( S )Q0.3( R )准备进入下一循环4.7.2机械手总控制程序当按下总启动按钮I0.0=1（总启动按钮闭合）；并且按下了自动/手动切换按钮I0.2=1（自动/手动按钮闭合）；且系统停止按钮没按M0.3=0（系统停止辅助继电器），则自动启动M0.0=1（机械手自动方式辅助继电器）。梯形图如图所示。M0.0（ M0.0 ）I0.0I0.2M

34、0.3机械手进入自动模式当机械手不需要自动运行时或者检修程序动作时，按下总启动按钮I0.0=1（总启动按钮闭合）；且没按了自动/手动切换按钮I0.2=0（自动/手动按钮断开）；且系统停止按钮没按M0.3=0（系统停止辅助继电器），则手动启动M0.1=1（机械手手动方式辅助继电器）。梯形图如图所示。M0.1（ M0.1 ）I0.0I0.2M0.3机械手进入手动模式当机械手手动启动时M0.1=1（机械手手动方式辅助继电器）；机械手启动按钮按下I0.3=1（机械手启动按钮闭合）；且I0.4=0（机械手停止断开），则调用机械手控制程序。梯形图如图所示。SBR-0ENM0.1I0.3I0.4机械手手动调

35、用控制程序4.8本章小结本章选择了plc作为控制器，选择了控制语言，设计了plc程序流程，确立了输入输出信号并分配了i/O地址，对机械手控制程序和总控制程序进行了编程。五、抗干扰设计5.1软件的抗干扰设计在注塑机的实际生产中，由于生产现场，温度高、成品粘连等干扰严重。本文设计了硬件抗干扰和软件抗干扰。以下逐一分析抗干扰的方法以及抗干扰措施。5.1.1辐射干扰辐射干扰就是电磁辐射，目前通讯事业高速发展，空间中的高频电磁场越来越多，而供电线犹如一根天线，空间中的各种高频电磁都会在其上产生感应电压，当其数值达到一定程度时也会对PLC系统构成辐射干扰。故本设计中的所有线缆均采用屏蔽线缆并加设屏蔽罩5.

36、1.2电源干扰电网电压下陷、波动、浪涌、尖峰电压等都会在PLC工作时通过电源内阻耦合造成系统工作紊乱对整个控制系统造成比较严重的干扰，在本设计中采用DC/DC变换器进行电源隔离，可以防止多个设备共用一个电源引起电源内阻干扰，利用DC/DC转换器单独对各电路供电，可以保证电路不受电源中的信号干扰。5.1.3接地系统引入的干扰接地是电子设备所必须的。但是在实际中往往由于零地不分，造成各个接地点电位不等存在电位差造成回路电流，所以本设计采用单点接地的方式接地，即接地线路与单独一个参考点相连这种接地方式可以有效防止来自两个不同子参考点的电流经过同样的路径返回而导致的阻抗耦合。5.1.4抖动现象对于注塑

37、机开模信号这种开关量的输入信号， 经常会出现“抖动”现象即由于干扰而出现的时通时断的现象。为了解决这一问题在本设计中采用延时重复采样，即先进行对输入型号的采样，如果输入信号输入信号为高电平延就延迟一段时间在进行采样，如果2次都是高电平就认为电平为高，如果后一次采样不为高电平则认为前一次采样的信号是由于抖动而造成的干扰信号忽略该信号。5.1.5动作时间定时器机械手的每个动作时间都是相对固定的，如果超过这个相对固定时间还没有收到机械手位置传感器反馈信号就说明系统受到干扰没有按时完成程序动作或者其他原因导致出现错误。所以在本设计中，每一个动作完成的相对时间上加设一个定时计时器，如果在定时计时器的时间

38、内动作没有到达则转入出错处理程序，若在定时器时间内检测到执行动作完成后的限位信号则取消计时器转入下一步。以机械手机身下降过程为例；LD 机身下行步SET 机身升降缸下降AND 机身升降缸下降到位RSET 机身升降缸下降RSET 机身下行SET 机身上行步LD 机身上行步TIM 007 #105.1.6看门狗设计PLC程序执行时间与用户程序长度有关，长度越长时间越久，但是当程序长到一定程度的时候，PLC扫描周期的时间却基本固定。而且程序在执行过程中如果受到严重的干扰的话程序跑飞现象可能会出现，这时程序的执行时间将会被严重的延迟可能会远远超出一个扫描周期。本设计针对这一情况专门设置了一个看门狗中断

39、定时器安装在程序的开始执行阶段，看门狗技术就是不断监视程序循环周期时间，若发现时间超过PLC正常扫描周期，则认为程序运行出现错误，然后会引起看门狗时钟的中断，自动转入执行中断处理程序，使系统运行纳入正轨。简单来说，所谓的看门狗就是“在我复位你之前，你复位我”。在本设计中设置的看门狗定时器时间比PLC正常扫描周期稍微长一点，如果程序正常运行，那么每次定时器会在定时时间之前被初始化，所以不会引起中断。本设计中PLC另外设有一个间隔定时器，设置成单次中断模式，再在间隔定时器中放置系统出错处理。还在程序不能执行的地方设置死循环。程序结构如下；主程序开始STM 000 定时时间 中断子程序号SBN 中断

40、子程序号 ；主程序结束，中断程序开始RETEND5.2本章小结对机械手进行了抗干扰设计。六、人机界面设计6.1系统规划随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面需要由熟练的操作工人才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。而现在的人机界面产品就是为了解决这个问题。HMI产品即人机界面产品本身功能的日趋强大和完善，给控制系统的设计带来了极大的方便，同时也有效地简化设备的操作难度，因此越来越多的厂家选择了使用。对触摸屏人机界面程序的设计，首先要对整个系统的触摸屏画面做出总体规划。机械手的调试和使用完全是通过人机对话来完成的，一个好的手持终端可以增加机械手的操控性，操作起来简单方便，调整模具时安全可靠。

41、纵观现在的市场局势，大部分的机械手采用的是液晶显示屏，但也有少数还在使用黑白屏。而且机械手的人机界面屏幕易损耗往往使用寿命比较短，因为生产现场环境恶劣，有的屏幕一年左右就会迷糊不清，生产中难以操作易产生故障，所以本次设计选用了高端的手持终端WEIVIEW MT8080人机界面作为开发平台。本设计根据注塑机械手实际情况，共设计了系统登录画面，手动调试画面、参数设置模块、报警显示画面、自动化监控画面和帮助信息等基本画面，它们可以切换按钮实现画面切换。结构如图6-1所示。系统登录画面自动运行监控画面设置模块历史报警画面帮助画面手动调试画面配方数据设置画面触摸屏参数设置画面用户登录入密码管理画面控制参

42、数设置画面图6-1 触摸屏人机界面结构图6.2具体设计（1）手动调试画面主要用于调试机械手气缸是否能正常工作，以及机械手到达限位位置后各位置传感器的信号是否能正确反馈到PLC的输入端。设计如图6-2所示图6-2手动调试画面（2）历史报警画面用于查看系统历史报警信息。由于报警控件和动态报警控件只能显示最近几条报警信息，如果要查看全部的历史报警信息就要通过历史报警显示器控件。为了显示报警信息，首先PLC程序必须有出错检测程序，在出错检测程序中检测系统错误并在PLC的存储单元标志出错位置，另外在触摸端也要设置位报警登录或者类比报警登录并且创建错误信息注释，触摸屏工作时检测类位报警登录或者类比报警登录

43、中设置PLC错误存储单元标志是否已被设置，如果有错误标志就显示用户预先在报警登陆中创建的注释信息。设置如图6-3所示。图6-3历史报警画面（3）自动运行监控画面。自动运行监控画面用于系统的自动化运行模式，控制自动运行模式的启动和停止以及单步、单周期和连续等多种模式的切换，并且监控系统的运行状态及错误信息。如图6-4所示。图6-4自动运行监控画面（4）帮助画面用于显示控制系统的帮助信息。如图6-5所示。图6-5帮助画面（5）参数设置模块由用户登录画面、触摸屏参数设置画面、密码管理画面、配方数据设置画面和系统参数设置画面组成。如图6-6所示。图6-6用户登录画面系统的参数是关系到控制系统能否正常运行的关键数据，不能随意更改，为此添加了用于权限管理的用户登录画面，要进入后面的参数