plc技术与工程应用 机械手电气控制系统设计

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1、河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称：《PLC技术与工程应用》课题名称：机械手电气控制系统设计系部名称：自动控制系专业班级：计控102姓名：崔建彪学号：1014132332012年06月20日目录目录I1、引言12、系统总体方案设计22.1机械手系统硬件配置及组成原理22.2有关机械手的I/O系统变量定义及分配表63、控制系统设计73.1控制程序总流程图73.2控制程序设计思路83.3创新设计内容94、上位监控系统设计95、程序调试115.1调试设备115.2遇到的问题与解决方法116、心得体会12附录1参考文献13附录2程序清单14PLC技术与工

2、程应用课程设计1、引言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中

3、的一个重要组成部分。机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操

4、作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。随着人类的发展、文明的进步，工业正不断发展着，需要人们完成的工作量也不断增大（尤其是那种重复性大的工作，像传运货物），涉及到危险性的工作也日趋增多，这就迫使人们研究开发一种新装置，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作的一种装置，而机械手正是这样一种装置：它可代替人的繁重劳动以实现生

5、产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。-12-PLC技术与工程应用课程设计2、系统总体方案设计2.1机械手系统硬件配置及组成原理<一>输入、输出驱动单元该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到位。该设备共有8

6、个行程开关作为控制器的输入信号。机械手实验设备如图1所示。该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。图1.机械手实验设备-12-PLC技术与工程应用课程设计<二>输入/输出接口电路介绍机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路(如图2所示)的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板。图2.输入输出接口电路板<三>输入/输出接口电路

7、板输入接口电路板原理图如图3所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24VDC；逻辑0：0VDC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。图3.输入接口电路板电气原理图本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。各信号线对应的行程开关如表1所示。-12-PLC技术与工程应用课程设计表1.输入信号线与行程开关对应关系表输入信号线序号(自左到右)对应行程开关备注1左转到位2右转到位3退回到位4伸出到位5上移到位6下移到位7手指张开到位8手指夹紧到位输出接口(如图4所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输

8、出接口电路板。它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动