高频淬火机械手系统设计

1、高频淬火机械手系统的设计学 生：专 业：班 级：指导教师：摘 要机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动。并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。本课题拟开发高频淬火机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编程技术，结合相应

2、的硬件装置，控制机械手完成各种动作。关键词：机械手；PLC控制；梯形图ABSTRACTThe positive role of the manipulator increasingly known by people .first, it can partly replace human labor and can achieve the production requirements, follow a certain procedure, time and location to complete the artifacts transfer. Because it can greatly

3、 improve the working conditions and workers accelerate the realization of industrial production mechanization and automation pace. Therefore, by various advanced unit spent a great deal of attention and manpower to research and application. Especially in high temperature and high pressure and dust,

4、noise occasions, application is more widely. In China, the modern years also have developed quickly, and obtained a lot of results and every parts attention. This paper intends to develop sorting through the manipulator, material handling by German Siemens s7-200 PLC, the fluctuation, left and right

5、 sides of manipulator and grab motion control. We use programmable technology, combined with the corresponding hardware device, control and finish all kinds of actions.Keywords: manipulator; PLC control; ladder diagram第一章 绪论1.1 研究目的及意义1.1.1研究目的以可编程控制器为核心设计一个驱动淬火机械手控制系统，实现预订动作，完成对淬火工件的抓取和放置作业。机械手完成此项

6、工作需要保持所需的速度。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以淬火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。也是工业生产的一个重大课题，所以设计一个基于PLC的淬火机械手。1.1.2研究意义应用淬火机械手，有利于提高工件的搬运、抓取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、有灰尘、噪声、臭味或有其它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，大大地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，以淬火

7、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。可以减少人力，便于有节奏的生产，因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。对推动我国现代化工业生产具有重要意义。1.2 国内外研究现状1.2.1国内研究现状目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组

8、合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。自21世纪之后，我国的工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围。在应用专业机械手的同时，相应的发展通用机械手，研制出示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。淬火机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。国内机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。我国

9、国家“863机械手技术主题自成立以来一直重视机械手在产业中的推广和应用，以及推进机械手技术以提升传统产业，利用机械手技术发展高新产业。虽然目前国内生产工业机械手的企业并不多，很多产品的生产技术还主要依靠进口，高科技的技术主要还掌握在国际龙头厂商手里。但政府正在使用各种办法加大中国装备制造业在市场中占据的份额，井提供优惠措施鼓励更多企业使用机械手及技术以提升技术水平。国内越来越多的企业在生产中采用了工业机械手，各种机械手生产厂家的销售量都有大幅度的提高。1.2.2国外研究现状国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指

10、定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测。重点是研究视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定

11、的作业程序来完成规定的操作。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。随着科学与技术的发展，机械手的应用领域也不断扩大。目前，机械手不仅应用于传统制造业，如采矿、冶金、石油、化学、船舶等领域，同时也已开始扩大到核能、航空、航天、医药、生化等高科技领域以及家庭清洁、医疗康复等服务业领域中。1.3研究思路与主要内容机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被人们所淘汰；微机控制系统虽然在智

12、能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC由于高的可靠性、抗干扰能力强、操作方便、维修容易、易于实现机电一体化、环境要求低、易于扩展和维护、体积小巧等优越性，在工业控制中有着很广泛的运用，所以优先选择PLC。本文主要完成了高频淬火机械手的PLC控制系统的设计。首先第一步，分析机械手控制系统。包括系统的控制方式、机械手控制的基本工艺和控制要求、操作面板的布置。第二步，根据控制系统进行高频淬火机械手控制系统的PLC控制的硬件设计。包括PLC的选型、输入输出端的地址分配、控制系统的电气原理图。第三步，进行软件设计。根据设计

13、的复杂程度，可以将程序设计分为两个阶段，即程序的总体结构设计和各部分程序设计。第四步，进行程序综合与模拟调试。1.4总体方案设计根据课题设计任务书的要求，确定总体方案：（1）抓重：10kg（2）坐标形式：圆柱坐标（3）自由度：3（4）手臂运动参数：运动名称符号行程范围速度伸缩X300mm小于200mm/s升降Z200mm小于100mm/s回转180小于90（）/s手指夹持范围：棒料，半径40mm60mm。定为方式：机械挡块（行程开关）。驱动方式：液压驱动。控制方式：PLC（可编程序控制）定位精度：2mm。机械手的工作原理图如图1-1所示手部1采用夹钳式，具体为单支点回转型夹紧机构。动力采用单作

14、用液压缸2驱动夹紧，反向则由弹簧复位而松开手指。手臂的伸缩采用双作用液压缸驱动，伸缩过程采用双导管导向，在导向的同时，亦起到了一定的支撑作用，大大减少活塞杆的受力。夹紧缸的压力油经其中一导管进入缸内，此结构能使油管布置更加紧凑。手臂的回转采用摆动液压缸驱动，此摆动缸设计成输出轴固定不动，而使缸体转动从而带动整个手臂回转运动。双作用液压缸5驱动手臂做升降运动。图1-1 机械手工作原理图第二章 机械手PLC控制系统设计2.1 机械手控制系统的分析机械手控制系统主要采用以机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式

15、不灵活及功率消耗大等缺点，目前已经逐渐被人们所淘汰；微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC由于高的可靠性、抗干扰能力强、操作方便、维修容易、易于实现机电一体化、环境要求低、易于扩展和维护、体积小巧等优越性，在工业控制中有着很广泛的运用。所以优先选择PLC。2.2 机械手控制的基本工艺和控制要求图2-1机械手动作示意图如图2.1所示，是一台工件传送的气动机械手的动作示意图。作用是把工件从A处传动到B处，气动搬运机械手的升降和左右移动分别由2个具有双线圈的两位电磁阀驱动汽缸来实现。其中，上升和下降

16、对应的电磁阀线圈分别为YV1和YV2，左行和右行对应的电磁阀线圈分别为YV3和YV4。电磁阀线圈得电，就始终保持现在的动作，等到相对的另一个线圈得电为止。此机械手的的夹紧和松开动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的汽缸来实现。线圈YV5断电的时候就夹紧工件，得电的时候就松开工件，以防止停电时的工件跌落，机械手的工作臂都设有上下限位和左右限位的位置开关SQ1，SQ2和SQ3，SQ4。夹紧装置不带限位开关，它通过一定的延时来实现其夹紧动作。此机械手在最上面、最左边且除松开的电磁线圈YV5通电外，其他线圈全部断电的状态为机械手的原位。图2-2机械手动作过程其动作过程分为一下八步，具体过程如图2-2所示

17、。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到位时，碰到下限位开关，下限电磁阀断电，停止下降。同时接通夹紧电磁阀，停止下降。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，停止右移。若此时工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到位，碰到下限开关，下降电磁阀断电，停止下降。同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，碰

18、到左限位开关，左移电磁阀断电，停止左移。至此，机械手经过了八步完成了一个周期的动作。图2-3控制盘面板布置图机械手的操作方式分为手动操作和自动操作方式。自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作的方式。手动操作方式手动操作当时是用按钮实现对机械手的每一步运动单独进行控制。比如，当选择上/下运动时，分别由上升/下降按钮控制。当选择左/右运动时，分别由左移/右移按钮控制。当选择夹紧/放松运动时，分别由夹紧/放松按钮控制。自动操作方式单步操作：每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。单周期操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后就停止。连续操作：机械手从原点开始，

19、按一下启动按钮， 机械手的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作工程中，如按停止按钮，则机械手将继续完成此周期的动作，回到原点后自动停止。图2-3所示是可编程控制器控制面板布置图。由工作方式选择开关。根据不同的工作方式，包括手动/自动方式选择、手动方式的操作按钮、自动方式中的三种操作方式选择和操作按钮。另外，面板上还应该设置电源供给按钮、紧急停车按钮、电源指示灯以及机械手原点指示灯。2.3 机械手PLC控制的硬件设计西门子的SIMATIC S7-200系列PLC是一类小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、检测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，

20、还是相连成网络都能实现复杂的控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比。S7-200系列的出色表现在以下几个方面。极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯功能以及丰富的扩展模块。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大的功能。适用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。运用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，橡胶化工机械，电梯控制等等。所以本课题的机械手控制系统的PLC选用西门子S7-200类型。2.3.1

21、PLC的选型西门子226CPU集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连续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。它有13K字节程序和数据存储空间，6个独立的30kHZ高速计数器，2路独立的20kHZ高速脉冲输出，具有PID控制器，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块化扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可以完全适应于一些复杂的中小型控制系统。再考虑冗余的设计要求，I/O点需要10的冗余量。通过对系统的分析，该机械手控制共有18个输入点

22、和6个输出点。根据PLC选型I/O点数和存储器容量要有一定的冗余量以及通信功能较强的要求，本课题控制主机类型选择德国西门子公司的S7-200 CPU226。表2-1 S7-200CPU226的主要参数输入点数输出点数扩展模拟量存储空间最大负载电流241635-24813K1000mA综上可知，CPU226的I/O点充足并且还有冗余，最大负载电流为1000mA以及其它功能均能满足本机械手控制系统需要，故该控制系统不必添加扩展模块。其主要参数如表2-1所示，形状图如图2-5所示。图2-5 西门子公司S7-200的形状图2.3.2 输入/输出端子地址分配机械手控制系统共用了18个输入量和6个输出量。

23、其中I/O具体分配如表2-2。表2-2输入输出分配表输入点输出点端子编号作用端子编号作用I0.0自动方式下启动Q0.0电磁阀下降线圈I0.1下限位开关Q0.1电磁阀上升线圈I0.2上限位开关Q0.2电磁阀左移线圈I0.3右限位开关Q0.3电磁阀右移线圈I0.4左限位开关Q0.4夹紧电磁阀线圈I0.5工件检测开关Q0.5机械手原点指示I0.6自动方式下停止I0.7手动/自动选择开关I1.0自动方式下步进操作I1.1自动方式下单周期操作I1.2自动方式下连续操作I1.3手动上升操作I1.4手动下降操作I1.5手动右移操作I1.6手动左移操作I1.7手动夹紧操作I2.0手动放松操作I2.1急停按钮2

24、.3.3 电气元件的选择(1) 按钮的选择按钮的选择原则：根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，紧急式等；根据用途，选用合适的型式，如钥匙式，紧急式，带灯式等；按控制回路的要求，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三扭，多钮等；按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。按钮的参数：一般规格为交流500V，允许持续电流为5A，红色按钮表示停止按钮，绿色按钮表示启动，为了区别按钮的颜色，按钮的选择为LA25-D,指带指示灯的按钮,额定电压为24V。(2) 行程开关的选择行程开关的分类：直动式，滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头。滚动式行

25、程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构复杂，价格也较贵，所以选择微动式行程开关，体积小，动作灵敏，适用于小型机构中使用。即型号为：LX32-4S(3) 接近开关的选择接近开关是一种对接近它的物体有“感知”能力的元件-位移传感器，利用传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通断的目的，当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。在设计中，接近开关SQ1-SQ4分别机械手上下左右运动的定位。接近开关分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡接近开关。其中霍尔接近开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。超声波接近开关适用检测不能或不可触及的目标，其控制功能不

26、受声、电、光等因素的干扰，检测物体可以是固体、液体、或粉末状态的物体，只要能反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥式开关等几部分组成，高频振荡式接近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡器，集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成。接近开关的产品种类十分丰富，常用的国产开关由LJ,3SG和LX18等。LJ5系列接近开关采用磁振荡原理，用来检测金属物体的存在。它采用国际统一的外形及安装尺寸，圆柱螺纹安装，外壳防护等级为IP65，允许周围温度范围为-25-30。同一产品适用电压范围为AC30200V,DC1030V（二线型）和（三线型），开关寿命可达3000万次以上，接近开关类型即为：LJ5A-1

27、0/330(4) 转换开关的选择转换开关是一种多档位，多触点，能够控制多回路的主令电器，可以用于控制小容量电动机的启动、转向、调速、正反转控制等，常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在此设计中机械手操作方式有手动，单周期，连续。所以选LW5系列的万能转换开关比较使用。(5) 刀开关的选择刀开关是一种手动电器，为了简单，方便，选择HD型单投刀开关，分为1级，2级，3级，其型号为HD13B-200/3(6) 时间继电器的选择时间继电器在控制电路中用于时间的控制，有JS23，JS27A,JS27A,JSK,7PR,SS-18等系列的时间继电器。经过调查对比，JS27系列时间继电

28、器是国内厂家90年代针对重电控行业特点开发的产品，适用于交流50HZ，电压至380V。直流电压至220V的电路中，控制延时通断，能在起重机工作振动和户外等工作，复合设计的要求，即时间继电器型号为JS27A(7) 接触器的选择接触器的选择原则：根据敷在性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流负载选择直流接触器；根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流；根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压；根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。根据以上原则，选择交流电磁式接触器，CJ12系列接触器适用于交流50HZ，额定工作电压至380V，额定电流至600A的电路中。拱远距离

29、接通如分断电路及对电动机频繁进行等设备上。其型号为CJ12-600。(8) 熔断器的选择熔断器在电路中主要起短路保护的作用，用于保护线路，熔断器具有结构简单，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分段能力较高，限流能力良好等优点，熔断器有NT、RT、RL、FA4、RLS2等型式的熔断器，RT系列为有填封实熔断器，可在500V以下交流系统中作为过载及短路保护用，这种熔断器为螺栓连接，可以直接连在母线排上，尤其适合开关熔断器组选用，RT15熔断器最大额定电流400A，额定分段能力为100KA。(9) 电动机的选择电动机是选交流的，而电动机分为异步电动机和同步电动机两类，异步电动机主要用作电动机，

30、去拖动各类生产机械。由于异步电动机具有结构简单，制造使用方便，运行可靠，成本低，效率高等优点而得到广泛的运用。例如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品的加工机械；在农用电器方面的电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也都是用异步电动机拖动的。所以电动机选择交流异步电动机为好，即选择YZ系列的三相异步电动机，为笼型异步电动机。(10) 电磁阀的选择根据设计要求选择2个双线圈电磁阀和单线圈电磁阀1个，根据电磁阀选择原则决定型号为VF3230和型号为VF3130。综上分析，电气元件清单如表2-

31、3所示。表2-3 电气元件清单项目代号型号名称规格数量M1YZ三相交流异步电动机AC380V 4KW 1410r/min1SBLA25-D按钮10SQLX32-4S接近开关AC1000VA/3805SA选择开关1FURT15熔断器2YVVF3230双线圈电磁阀AC220V2YVVF3130单线圈电磁阀DC24V12.3.4 控制系统的电气原理图图2-6 电气原理图如图2-6所示为机械手控制系统的传统输入/输出电气原理图。由表2-2分析可知，该系统共18个输入和6个输出。结合图2-3控制面板布置图和该图一起使用，先选定工作方式(自动和手动)。自动工作方式下启动后，再设置相应运行模式，即自动方式下

32、步进操作、自动方式下连续操作。手动工作方式下启动后，只需要操作面板上相应动作的按钮即可实现所需的机械手的动作过程。另外，为了保证在紧急情况下能及时停车，设置一个急停按钮I2.1。当出现紧急情况时，按急停按钮，切断了各个动作的控制线圈回路。而此时PLC仍然可以正常工作，以保证系统的可靠性控制。当紧急情况解除后，再按一下急停按钮，线圈通电，系统又恢复正常。2.4 程序设计2.4.1 PLC的程序设计思想根据控制过程要求的复杂程度的差异，可以把程序结构形式分为基本程序和模块化程序。基本程序：既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，又可以作为组合中的单元程序。依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构

33、只有三种，即顺序结构、条件分支结构和循环结构。模块化程序：把一个总的控制目标程序分成多个具有明确控制任务的程序模块，分别对其编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种设计方法叫做哦快画程序设计。程序设计时常采用这种设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改，特别是用于复杂控制要求的生产过程。根据机械手控制分析可以知道，在每一种工作方式下机械手的动作是按原点-下降-夹紧-上升-右移-下降-放松-上升-左移-原点这一过程来完成的，系统通过相应的限位开关来判断是否完成相应的动作，完全是按照动作先后顺序来控制机械手。因此，每种工作方式下的机械手的动作选用顺序机构控

34、制，将各个工作方式下的控制动作模块组合在一起就实现了整个系统的控制功能。由此可见，该控制系统的设计选用了基本程序中的顺序结构和模块化程序来编写系统软件。这样设计系统能较简便的实现系统的控制要求。2.4.2系统的程序流程图系统设计流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出系统流程图，才可能顺利而便捷的写出梯形图或者语句表，最终完成程序的设计。所以绘制流程图是非常关键也是程序设计首先要做的任务。根据机械手顺序的动作过程，设计出机械手动作的流程图，如图2-7所示。图2-7机械手动作流程图软件设计的主要任务是根据要求将系统流程图转换为梯形图，这是PLC应用最关键的问题。程序的编写是软件设计的具体表现，简

35、单合理的流程能使系统稳定高效运行，而且便于系统软件的设计，一个良好的软件设计是软件设计者控制程序的生科理解和把握，体现了设计者丰富的软件设计技巧和方法。在控制工程的运用中，良好的软件设计更方便工程设计人员理解、掌握、调试系统与日常系统维护。图2-8 机械手控制系统主程序2.4.2 机械手控制系统主程序机械手控制系统由四个部分组成，即自动方式步进控制子程序、自动方式单周期控制子程序、自动方式连续控制子程序、手动控制子程序。如图2-8所示为该机械手控制系统主程序。为了实现机械手自动/手动方式的切换，本课题设置了一个I0.7，不对其动作时为手动操作，按下时为自动操作。自动方式子啊操作是通过按钮I1.

36、0、I1.1、I1.2分别选择步进控制、单周期控制、连续控制。在主程序中还分别设计了上升、下降、夹紧、左移、右移的线圈，分别由子程序中相应动作的中间继电器来控制。只要这些继电器中一个有信号都能使相应的线圈带电，进而使机械手执行对应的动作。控制机械手下降操作的中间继电器有M1.1、M2.0、M2.4、M3.0、M3.4、M4.0、M4.4只要其中一个有输入信号，都会使控制下降操作的线圈Q0.0通电，使得对应的电机推动汽缸运动，最终完成机械手的下降动作。另外，为了保证在紧急情况下能及时停车，在主程序各个控制动作的线圈处设置了一个急停按钮I2.1，此按钮为手动复位常闭按钮。当出现紧急情况时，按急停按

37、钮，可以切断各个动作的控制线圈回路，而此时PLC仍能正常工作，实现了对系统的可靠性控制。当紧急情况解除后，再按下急停按钮复位。线圈又通电，系统恢复正常。2.4.3 自动方式下步进控制子程序当选择开关拨到步进控制位置时进入步进控制子程序，完成机械手一步一步的动作。输入端I0.0为每一步的启动，由启动操作按钮来完成，I0.1为每一步的停止，由停止按钮来完成。按下I0.0，M2.0置位上电，会使主程序中的线圈Q0.0通电进而使控制机械手下降操作的电机完成下降动作；按下I0.1会使M2.0复位失电，机械手停止下降。然后进入夹紧动作的操作，其分析痛下降操作。程序完全是按照原点-下降-夹紧-上升-右移-放

38、松-上升-左移-原点这一过程来编写的。自动方式下步进控制子程序如图2-9所示。图2-9自动方式下步进控制子程序 2.4.4 自动方式下单周期控制子程序图2-10自动方式下单周期控制子程序当选择开关拨到单周期控制位置时，进入单周期控制子程序，完机械手一个周期的连续动作。输入端I0.0为单周期的启动，每接通一次，机械手自动完成一个周期连续操作，再回到原点后自动停止。各种动作的执行都是通过内部的继电器在主程序中完成。当需呀停止操作时，按下I0.1就可以结束操作。控制子程序如图2-10所示。2.4.5 自动方式下连续控制子程序当选择开关拨到连续控制位置时，进入连续控制子程序，完成机械手一个周期接着一个

39、周期循环的连续动作。输入端I0.0为连续控制的启动，I0.6为连续控制的停止输入端。当按下停止按钮后，机械手自动停止。控制子程序如图2-11所示。图2-11自动方式下连续控制子程序2.4.6 手动操作控制子系统通过操作方式选择开关，将操作方式开关拨到手动方式，进入手动操作控制子程序（SBR-0）。通过6个按钮，即上升按钮、下降按钮、左移按钮、右移按钮、夹紧按钮、放松按钮，来完成对机械手手动控制。具体程序如图2-12所示，上升、下降、右移、左移、夹紧/放松6种操作由内部继电器M1.0M1.4完成逻辑控制，通过内部继电器M1.0M1.4在主程序中完成控制。图2-12手动操作控制子系统2.5 本章小

40、结本章完成了机械手一的PLC控制系统的设计。首先，对搬运机械手的控制系统进行分析，得到机械手控制的基本工艺和基本的控制要求。其次，根据基本工艺和控制要求进行PLC控制系统的硬件设计。第一步，根据I/O接口数等对PLC的选型（西门子226CPU）；第二步，根据控制要求等对电气元件进行选择，得到控制系统的电气原理图。最后，进行程序的设计。第一步，表达PLC的程序设计思想；第二步，设计出控制系统的主程序；继而分别设计出自动方式下步进控制程序、单周期控制子程序、连续控制子程序和手动操作控制子程序。第三章 结论本次设计第一章主要先阐述了本次设计问题的的提出和研究现状与设计的目的。同时，通过分析当前机械手的发展现状来确定研究思路和主要内容。在第二章和第三章中分别设计了两个常用机械手的控制系统。在硬件设计中，通过阐述本设计中机械手的工作原理，对PLC的选型以及输入输出端口和电