本科毕业论文（设计）
论文（设计）题目：
基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计
学院：机械工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：机自054
学号：0503016837
学生姓名：邹俊辉
指导教师：赵丽梅
2009年6 月19 日
贵州大学本科毕业生论文（设计）
诚信责任书
本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
特此声明。
论文（设计）作者签名：
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目录
目录.........................................................................................................I 摘要....................................................................................................... V Abstract ....................................................................................................... V 第一章前言. (1)
1.1研究的目的及意义 (1)
1.2机械手在国内外现状和发展趋势 (1)
1.3主要研究的内容 (2)
1.4解决的关键问题 (3)
第二章执行系统的分析与选择 (4)
2.1执行机构坐标形式的选择 (4)
2.2执行机构的组成 (6)
2.3执行机构各部分的分析与选择 (6)
2.3.1 手部的选择 (6)
2.3.2 手臂结构的选择 (8)
2.3.3 机座结构的选择 (9)
2.4执行机构的工作原理 (10)
2.5执行机构简图 (10)
第三章驱动系统的分析与选择 (12)
3.1驱动系统的分析与选择 (12)
3.2机械手驱动系统的控制设计 (13)
3.3气动元件选取及工作原理 (14)
3.3.1 气源装置 (14)
3.3.2 执行元件 (15)
3.3.3 控制元件 (16)
3.3.4 辅助元件 (17)
3.3.5 真空发生器 (18)
3.3.6 吸盘 (18)
3.4气动回路的工作原理 (18)
第四章控制系统的分析设计 (22)
4.1控制系统的组成结构 (22)
4.2控制系统的性能要求 (22)
4.3传感器的选择 (23)
4.3.1 位置检测装置 (23)
4.3.2 滑觉传感器 (23)
4.3.3 视觉传感器 (24)
4.4控制系统PLC的选型及控制原理 (25)
4.4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (25)
4.4.2 PLC种类及型号选择 (30)
4.4.3 I/O点数分配 (30)
4.4.4 PLC外部接线图 (32)
4.4.5 机械手控制原理 (32)
4.5PLC程序设计 (34)
4.5.1 总体程序框图 (34)
4.5.2 初始化及报警程序 (36)
4.5.3 手动控制程序 (37)
4.5.4 自动控制程序 (39)
第五章总结与展望 (42)
参考文献 (43)
致谢 (44)
附录 (45)
基于PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计
摘要
机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。
通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。
关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，物料分拣。
The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC
Abstract
Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc.
In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance.
Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design.
Key words: manipulator ；pneumatic-driven；programmable logic controller (PLC)；automatic control；sorting materials
第一章前言
1.1 研究的目的及意义
机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。
随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化；并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。
可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。
适应工业需要，本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。
1.2 机械手在国内外现状和发展趋势
机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣
环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业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(FMS)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。
目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。
我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。
随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。
在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。
1.3 主要研究的内容
随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究物料分拣机械手以下几个方面的内容：
(1)物料分拣机械手执行系统的分析与选择
执行系统是由传动部件与机械构件组成，是机械手赖以实现各种运动的实体。主要
包括机身、手臂、末端执行器3部分组成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。执行系统的设计主要是对机械手的手部、手臂和机座进行设计。
(2)物料分拣机械手驱动系统的分析与选择
驱动系统是向执行系统各部分提供动力的装置。通过对液压、气压、电气三种驱动方式的比较，本设计选择气压驱动的方式。内容包括气动元件的选择及其工作原理、气动回路的设计和气动原理图的绘制。
(3)物料分拣机械手控制系统的设计
控制系统是机械手的指挥系统，它控制驱动系统，让执行系统按规定的要求和时序进行工作。本机械手采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制，主要包括对PLC的型号选择、传感器类型进行选择、I/O口的选择、对控制系统原理图、自动程序梯形图的绘制等内容。
1.4 解决的关键问题
1 解决机械手机械结构的设计问题，要求机械手结构简单、经济、具有一定的代表性。
2 执行部件的运动精度的问题。
3 机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制系统的协调问题。
4 元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。
5 传感器的类型选择。
第二章执行系统的分析与选择
机器手的执行结构是机械手赖以实现各种运动的实体。执行机构的布局类型直接影响到机械手的工作性能。
2.1执行机构坐标形式的选择
机械手的基本型式较多，按手臂的坐标型式而言，主要有四种基本型式：直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式。下面就各型式机械手作简单的分析对比：
1、直角坐标式机械手
直角坐标式机械手是适合于工作位置成行排列或与传送带配合使用的一种机械手。它的手臂可作伸缩、左右和上下移动，按直角坐标形式X、Y、Z三个方向的直线进行运动。
其工作范围可以是一个直线运动；两个直线运动或三个直线运动。如在X、Y、Z 三个直线运动方向上个具有A、B、C三个回转运动，即构成六个自由度。
直角坐标式机械手的优点：
（1）产量大，节拍短，能满足高速的要求；
（2）容易与生产线上的传送带和加工装配机械相配合；
（3）适于装箱类、多工序复杂的工作，定位容易变更；
（4）定位精度高，载重发生变化是不回影响精度；
（5）易于实行数控，可与开环或闭环数控机械配合使用。
缺点：机械手的作业范围较小。
2、圆柱坐标式机械手
圆柱坐标式机械手是应用最多的一种型式，它适用于搬运和测量工件。具有直观性好，结构简单，本体占用的空间较小，而动作范围较大等优点。
圆柱坐标式机械手的工作范围可分为：一个旋转运动，一个直线运动，加一个不在直线运动所在的平面内的旋转运动；二个直线运动加一个旋转运动。
圆柱坐标式机械手有五个基本动作：
（1）手臂水平回转；
（2）手臂伸缩；
（3）手臂上下；
（4）手臂回转动作；
（5）手爪夹紧动作。
圆柱式机械手的特点是在垂直导柱上装有滑动套筒，手臂装在滑动套筒上，手臂可做上下直线运动和水平面内做圆弧状的左右摆动。
3、球坐标式机械手
球坐标式机械手是一种自由度较多，用途较广的机械手。它的工作范围包括：一个旋转运动；二个旋转运动；二个旋转运动加一个直线运动。
球坐标式机械手可实现八个动作：
（1）手臂上下动作，即俯仰动作；
（2）手臂左右动作，即回转动作；
（3）手臂前后动作，即伸缩动作；
（4）手腕上下弯曲；
（5）手腕左右摆动；
（6）手腕旋转运动；
（7）手爪夹紧动作；
（8）机械手的整体移动。
球坐标式机械手的特点是将手臂装在枢轴上，枢轴又装在叉形架上，能在垂直面内作圆弧状上下俯仰动作，它的臂可作伸缩，横向水平摆动，还可以上下摆动，工作范围和人的手类似。它的特点能能自动选择最合理的动作路线。所以工作效率高。另外由于上下摆动，它的相对体积小，动作范围大。
4、关节式机械手
关节式机械手是一种适用于靠近机体操作传动型式。它像人手一样有肘关节，可以实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄的空间工作。关节式机械手，早在四十年代就在原子能工业中得到应用，随后在开发海洋中应用，有一定的发展前途。
关节式机械手有大臂和小臂的摆动，以及肘关节和肩关节的运动。它还具有上肢结构，可实现近似于人手操作的机能。为具有近似人手的操作机能，需要研制最合适的结构。
机械手型式的选择首先是从满足它的运动要求方面进行考虑，然后从机械手的复
杂程度以及经济情况等方面来考虑。本设计中的机械手主要动作为机械手手臂的左右移动，升降移动和机械手的整体旋转。
直角坐标式机械手虽然具备手臂的伸缩上下、左右直线运动等动作，但是不具备机械手整体旋转动作，所以不考虑用直角坐标式机械手。
球坐标式机械手和关节式机械手对动作要求方面足够满足要求，但是它们的结构都比较复杂，有很多动作是不必要的，显得浪费和增加了制造的成本和难度。
圆柱坐标式机械手能满足手臂伸缩、手臂上下、手臂回转动等动作。可以将手臂回转动作改换成机械手的整体转动就可以满足本设计中机械手的动作要求。这样的修改并没有改变机械手的总体结构，只是进行了局部变动，使得整个系统经济、实惠，所以确定用圆柱坐标式机械手。
2.2 执行机构的组成
工业机械手的执行系统主要以下机械部分组成：
（1）手部是机械手直接握持工件或工具的部分。
（2）臂部是机械手用来支持腕部与手部实现较大的运动范围的部件。
（3）立柱支承手臂并带动它升降、摆动和移动的机构。
（4）机座是机械手用来支撑臂部，并安装驱动装置及其他装置的部分。
2.3 执行机构各部分的分析与选择
2.3.1 手部的选择
1 手部形式的确定
手部就是用来握持工件或工具的部分。由于被握持的工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态的不同，手部机构也是多种多样。常用的手部结构按其握持原理可以分为如下两类:
1）夹持式
夹持式手部的结构与人手类似，是工业机械广泛应用的一种手部形式。它主要由手指、传动机构、驱动机构组成。其又可分为内撑式、外夹式和内外夹持式，区别在于夹持工件的部位不同，手爪动作方向相反。
夹持式手部设计时应注意以下事项：
（1）手指应有一定的开闭范围。
（2）手指应具有适当的夹紧力。
（3）要保证工件在手指内的定位精度。
（4）结构紧凑，重量轻，效率高。
（5）通用性和可换性。
2）气吸式
气吸式手部又称为真空吸盘式手部，它是通过吸盘内产生真空或负压，利用压差而将工件吸附，是工业机械手常用的一种吸持工件的装置。它由吸盘、吸盘架及进排气系统组成，具有结构简单、质量轻、不易损伤工件、使用方便可靠等优点；但要求工件上与吸盘接触的部位光滑平整、清洁、被吸附工件材质致密，没有透气空隙。主要适应于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、纸张及塑料等表面光滑工件的抓取。
气吸式又可分为：
负压吸盘：真空式、喷气式、自挤式空气吸盘。
磁力吸盘：永磁吸盘、电磁吸盘。
真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附头的空气而形成真空，故称真空式。喷气式吸附的工作原理是当压缩空气高速进入喷嘴时，由于管路的开始段截面积是逐渐收缩的，所以气流速度逐渐增大，在管路的最小截面处，气流速度达到临界速度，此时的气体受压，密度加大。在排气管路中因界面逐渐增大，气流膨胀减压而使密度大大下降，致使气流速度继续增高，在吸气口处形成负压。吸附头与吸气口连同，故形成真空，以吸住工件。自挤式空气吸盘的工作原理是将软质吸盘按压在工件的表面，挤出吸盘内的空气、从而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的导磁性，利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸附材料工件。磁吸式手部不会破坏被吸附表面质量，但是由于被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑，影响正常工作。
通过以上对手部的分析真空式具有结构简单、质量轻、不损伤工件、使用方便、不影响机械手的正常工作等优点。而且满足所设计机械手的要求，所以选用真空式吸盘。
真空吸盘机构如图2.1所示。
图2.1 吸盘机构图
2.3.2 手臂结构的选择
手臂是机械手的主要部分，是支撑手腕、手指和工件并使它们运动的机构。手臂一般有三个运动—伸缩、旋转和升降。手臂的基本动作是将手部移动到所需的位置和承受抓取工件的最大重量，以及手臂本身的重量。
1 手臂的组成：
(1)动作元件，如油缸、汽缸、齿条、凸轮等是驱动手臂运动的部件。
(2)导向装置，是保证手臂的正确方向及承受由工件的重量所产生的弯曲和扭转力矩。
(3)手臂，起着连接和承受外力的作用。
2手臂设计的要求：
(1)手臂承载能力大、刚性好、自重轻。
(2)手臂的运动速度要适当，惯性要小。
(3)手臂的动作要灵活。
(4)位置精度要高。
(5)通用性要强。
3手臂的结构
手臂的伸缩和升降运动一般采用直线油（气）缸驱动。
手臂作直线运动的结构，基本上是由驱动机构和导向装置所组成。驱动机构一般用油缸、油马达加齿轮、齿条来实现直线运动。往复直线油（气）缸可以分为以下几种。
双作用单活塞杆油缸:液压机械手中实现手臂的往复运动用得最多的是双作用单活塞杆油缸。活塞在油压下作双向运动。机构上可以是油缸体固定、活塞杆运动；也可以是活塞杆固定，而缸体运动。
双作用双活塞杆油缸：当需要很大的行程时，将油缸做的很长、体积很大，则加工上有困难。如做成伸缩式双活塞杆油缸，既能满足行程要求，油缸的体积又小。其缺点是一次行程有两种速度。
丝杆螺母机构：该机构传动的特点是易于自锁，但传动效率低。如采用滚珠丝杠，效率可以提高，但因其较长，制造比较困难。
本机械手的手臂有往复的直线运动，不需要很大的行程，考虑到结构的简单性和设计的经济性，选用缸体固定活塞杆运动的双作用单活塞杆气缸。
4导向装置
机械手手臂在进行伸缩运动时，为防止手臂沿伸缩方向向中轴线转动、加大承载能力，以及提高运动精度，必须设有导向装置。手臂的导向装置系根据安装形式、结构及负荷等条件来确定。常用的有单导向杆和双导向杆，本设计中，伸缩运动中选用双导向杆。
2.3.3 机座结构的选择
机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，是支撑起机械手全部重量的构件。对其结构的要求是刚性好、占地面积小、操作维修方便和造型美观。
机座结构从形式上分为落地式和悬浮式，或分为固定式、可移动式和行走式。无论哪一种形式，机械手工作时机座一定予以固定。可移动式的机座在停置时能够刹车定位，以保证机械手工作时的位置精度。根据本机械手的设计要求选用落地固定式机座。
机座的结构与机械手的总体布置有关，对专用机械手而言，传动和控制部分通常是单独布置，故机座比较简单或不设机座。对通用机械手而言，传动部分布置在机架内部或后下方，控制部分则布置在机座的后上方或单独布置一个控制箱。
物料分拣机械手手臂需要一个旋转模块，摆动气缸就要固定在机座上。如果水平缸、垂直缸和手部机构直接安装到摆动气缸的输出轴上，机构虽然简单，但摆动气缸的轴向受力增大，对气缸的自身要求较高，并易造成摆动气缸的损坏。同时，机械手本身重心偏离立柱轴线以及各气缸运动产生的冲击都形成作用在摆动气缸转动轴上的倾覆力矩，
所以采用一个连接组件，将机械手立柱以上的重量和倾覆力矩由机架来承担。连接组件主要由四部分组成：双向推力球轴承、底座、转台和扣罩。如图2.2所示。选择双向推力球轴承而不是单向的，因为机座与转台在轴向上无法直接连接。采用双向推力球轴承就可以方便的将轴承内环与转台连接，外环用罩扣固定在底座上。另外，推力球轴承应选择公称尺寸较大一些的，这样可以更好的承受倾覆力矩。
1、底座
2、摆动气缸
3、双向推力球轴承
4、扣罩
5、转台
图2.2机座结构图
2.4 执行机构的工作原理
物料分拣机械手的结构主要由机座、立柱、水平手臂、垂直手臂、电磁阀和吸盘等组成。其中机座采用摆动气缸进行驱动，手臂及吸盘采用单活塞杆双作用气缸驱动。机械手的动作基本有伸缩、升降、左右旋转、吸物和放物等动作。其结构原理如图2.2所示。其动作顺序为：初始位置→A右旋→B前伸→C气缸下降→D吸物料→C上升→B收缩→A左旋→C气缸下降→D放物料→C上升→回到初始位置。机械手的动作在整个过程中都是连续可循环的。
2.5执行机构简图
根据前面机械手各部分的设计，可做出机械手大体结构简图，如图2.3所示，大图
见CAD图。
1右旋限位开关 2 左旋限位开关 3 回缩限位开关
4 前伸限位开关
5 上升限位开关
6 下降限位开关
A 摆动气缸 B前伸/回缩气缸 C上升/下降气缸 D 真空吸盘
图2.3 执行机构简图
第三章驱动系统的分析与选择
机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。机械手的驱动系统根据动力源的不同，分为液压、气压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。目前采用的主要有液压、气压、电气这三种驱动方式。
3.1 驱动系统的分析与选择
液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保护，可自行润滑，使用寿命长。但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油源，成本较高，工作噪声较大。
电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便。但是由于这种驱动方式价格昂贵，限制了在一些场合的应用。因此，人们寻求其他一些经济适用的驱动方式。
气压驱动具有价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在工业机械手中应用较多。另一方面，气动技术作为“廉价的自动化技术”，由于其元器件性能的不断提高，生产成本的不断降低，被广泛应用于现代化工业生产领域。在现代化的成套设备与自动化生产线上，几乎都配有气动系统。据统计：在工业发达国家中，全部自动化流程中约有30﹪装有气动系统，有90﹪的包装机械，70﹪的铸造、焊接设备，50﹪的自动操机、40﹪的锻造设备和洗衣设备、30﹪的采煤机械，20﹪的纺织机械、制鞋业、木材加工、食品机械，43﹪的工业机器人装有气压系统。日、美、德等国的气动元件销售平均每年增长超过10-15﹪。许多工业发达国家的气动元件产值已接近液压元件的产值，且仍以较大速度发展，气动机械手技术已经成为能够满足许多行业生产实践要求的一种重要使用工具。
表3.1给出了各种控制方式的比较：
表3.1 各种控制方式的比较
通过以上三种驱动方式的比较选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本。
3.2 机械手驱动系统的控制设计
根据物料分拣机械手的要求，在驱动系统中气缸的运动方式主要有两种：（1）直线运动（缸体固定，活塞杆运动）；（2）摆动（缸体固定）。其气动驱动系统原理图如图3.1所示。
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：生产过程自 姓名： 学号：121 2014年06月26日
设计任务书 设计任务书 设计目的： 1、学习PLC电气控制系统的开发过程和系统设计思路； 2、锻炼实际应用程序开发能力； 3、提高电气制图、流程图绘制及办公文档编辑能力。 设计要求： 1、设置机械手复位按钮 机械手每次的工件输送过程，都应该从初始位置开始。定义右转到位、上行到位、退回到位及手指张开到位同时满足时为机械手初始位置。开机运行时，机械手应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，机械手停在非初始位置，按下复位按钮即可实现复位。 2、设置单步/连续切换开关 a.在单步模式下按下启动按钮(若机械手处于初始位置，则开始运行；否则，按下复位键，使机械手复位)→伸出→下行→手指夹紧→上行→左转→下行→手指张开→上行→退回→右转→停止 b.在连续模式下按下启动按钮，上述动作依次发生，但回到初始位置之后，继续下一个工件的传输过程。连续模式下，按下停止按钮，待本次工件传输工作结束后，停止运行。
《PLC技术与工程应用》课程设计报告书 目录 目录 ......................................................................................................... I 1 设计思路或方案选择 ............................................................. - 1 -1.1 机械手简述 ............................................................................. - 1 - 1.1.1 设计功能及硬件组成 ............................................................ - 1 -1.2 系统组成 ................................................................................. - 2 - 1.2.1 输出驱动单元......................................................................... - 2 - 1.2.2 输入检测单元......................................................................... - 3 - 1.3 PLC工作原理 .......................................................................... - 3 - 2 硬件电路设计 ............................................................................... - 4 -2.1 输入输出接口电路介绍 ......................................................... - 4 - 2.1.1 输入电路板............................................................................ - 4 - 2.1.2 输出板电路............................................................................ - 5 - 2.1.3 驱动电路 ............................................................................... - 5 - 2.1.4 控制电路原理图 ..................................................................... - 6 -2.2 I/O分配表 .............................................................................. - 6 - 2.2.1 输入信号 ............................................................................... - 6 - 2.2.2 输出信号 ............................................................................... - 7 - 2.3 机械手运动示意图 ................................................................. - 7 - 3 软件设计......................................................................................... - 8 -3.1 总流程图及说明 ..................................................................... - 8 -3.2 重要程序及说明 ..................................................................... - 9 -
材料分拣系统控制系统设计单片机
**大学**远程教育 毕业设计 题目：材料分拣系统控制系统设计（单片机） 入学年月 姓名代xxx 学号110xxxxx 专业机电一体化 联系方式 13xxxx 学习中心 xxxxx 指导教师XXXXXXX___ 完成时间 X月XX日 目录
1 绪论 (1) 1.1 自动分拣系统的定义 (1) 1.2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 (1) 2 系统硬件设计 (2) 2.1 传感器的选型 (2) 2.1.1 电感式传感器 (2) 2.1.2 电容式传感器 (3) 2.1.3 颜色传感器 (5) 2.2 限位开关的设计 (6) 2.3 电磁阀的设计 (7) 2.4 PLC的选型 (8) 2.5 PLC输入输出接线端子图 (9) 3 系统软件设计 (10) 3．1 控制系统流程图设计 (10) 3.2 PLC梯形图程序设计 (11) 3.3 整体梯形图 (12) 3.4 PLC程序指令表 (12) 4 总结 (14) 参考文献 (15)
1 绪论 1．1 自动分拣系统的定义 自动分拣是指货物进入分拣系统到指定的分配位置为止，都是按照系统设定的指令靠自动装置来完成的。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求能够经过不同方式，如可经过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。 1．2 自动分拣系统研究现状及发展趋势 中国自动分拣机的应用大约始于1980年代,近期的市场兴起和技术发展始于1997年。自动分拣的概念先在机场行李处理和邮政处理中心得到应用, 然后普及到其它行业。随着业界对现代化物流的实际需求的增长,各行业对高速精确的分拣系统的要求正在不断地提高。这一需求最明显地表现在烟草、医药、图书及超市配送领域, 并有望在将来向化妆品及工业零配件等领域扩展。这些领域的一个共同特点是产品的种类繁多、附加值高、配送门店数量多、准确性要求高和人工处理效率低等特点。
一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按
课程设计任务书 一、设计任务： PLC机械手控制的实现 二、设计要求： 1.阐述机械手的工作原理 2.如何实现PLC对机械手的控制 3.机械手控制程序设计 三、设计期限 年月日至年月日
目录 第一节机械手的工作原理 1.1 机械手的概述 (1) 1.2 机械手的工作方式 (2) 第二节机械手控制程序设计 2.1 输入和输出点分配表及原理接线图 (3) 2.2 控制程序 (4) 第三节梯形图及指令表 3.1 梯形图 (8) 3.2 指令表 (9) 总结与评价 (10) 参考文献 (11)
第一节机械手的工作原理 1.1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）可在危险场合下工作，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。
1 1.2 机械手的工作方式 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。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。 1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。 图1 机械手传送示意及操作面板图
腾飞电子设计大赛设计课题：物料分拣系统PLC控制 系别电气工程系 组别第四组 组长陈强 组员李宏璋、高华、魏杰 指导老师严俊、华满香、钟燕科 完成时间2011年 11 月12日
一概述 PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。 本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。 材料分拣装置是模拟自动化工业生产过程的微缩模型，它使用了PLC控制、传感器、位置控制、电气传动和气动等技术，可以实现不同材料的自动分选和归类功能，并可配置监控软件由上位机监控。该装置采用台式结构，配有S7-200型CPU、传感器（光电式、电感式、颜色、磁感应式）、旋转编码器、交流电动机、输送带、气缸、电磁阀、直流电源、空气过滤减压器等是典型的机电一体化教学实验装置。 本系统采用的可编程控制器，只要结合不同的传感器，比如根据材料的属性、尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器，就可对不同的物料进行分拣，具有广泛的应用前景。
二、系统的技术要求及指标 1、输入电压：AC200～240V（带保护地三芯插座） 消耗功率：250W 2、环境温度范围：0～40℃ 3、气源：大于且小于 4、分拣功能 （1）能实行对铁物质的分拣 （2）能对铝物质的分拣 （3）能对黄色塑料分拣 （4）能准确的排除废物（前1、2、3都不能满足的物料 本次任务要求： 1）当料仓传感器检测到有物料后，按照一定的时间间隔或按照输送带上物料间隔适当(如物料的间隔不小于某个规定值)的原则，由PLC控制上料汽缸将物料送至输送带上。 2）输送带把物料依次带到各分拣工位。物料经过各分拣工位时，工位上的传感器会检测出是符合检出条件(即材质或颜色是否满足设定条件)，PLC得到传感器发出的符合检出条件信号(即信号有效)时，控制相应汽缸动作将物料推出传送带，送入相应下料斗。 3）PLC要通过输送带电机轴上的编码器跟踪物料的位置，当物料在前3各 分拣工位均未检出时，由第四各工位上的汽缸将物料推出传送带，送入下料斗。 三、使用方法 1、气源由二联体左侧进气口连接?6气管，另一端接气源。（非长期使用，不要向油杯里注油） 2、接通电源（启动按钮） 3、将物料放进竖井式料槽 4、运行方式： a.通电状态下，下料时下料传感器动作，传送带运行。电感传感器检测 到铁材料时，气缸1动作，将材料块推下。 b.电容传感器检测到铝材料时，气缸2动作将材料推下。 c.颜色传感器检测到非金属材料黄色块时，气缸3动作将材料块推下。 d.其它颜色非金属材料块送到SD位置时，气缸4动作将材料块推下。
1.电动机顺序的控制 要求：按下启动按钮后，电动机M1运转10S, 停止5S, 电动机M2与M1相反，即M1停止时M2运行，M2运行时M1停止，如此循环往复，直至按下停车按钮。 2.喷泉的控制 要求：有A、B、C、三组喷头，启动后：A组先喷5S;然后B、C同时喷，A停；5S后B 停；再5S后C停，而A、B又喷；再2S,C也喷；持续5S后全部停喷。再过3S重复前述过程 3.压力机控制 要求：压力机冲头停在上方原始位置，行程开关SQ1被压下，其常开触点闭合。按下启动按钮，其常开触点通电一次，液压电磁阀YV1接通，冲头下行。当冲头接触工件后压力迅速升高，压力继电器SP压力值达到预定值后，其常开触点闭合。保压5S,接通电磁阀YV2。冲头上升，返回原始位置再压住行程开关SQ1,冲头停止上升，按上述控制要求设计。 4．液压滑台自动循环运动控制 要求：液压滑台循环工作过程为预备、快进、工进、停留和快退五个工步，分别利用1000～1005作为各步的工进继电器，各工步转换条件由外设SB、SQ1、SQ2、SQ3和压力继电器SP提供，对应各步的动作作为驱动电磁阀YV1、YV2和YV3的线圈。 5.* 物料传送系统的控制 在自动物流生产线上，一般通过加工、检侧、包装等工位的传送带来运送加工的工作。 每套传送系统由不同电机控制，为节能运行，没有工件的传送暂不运行，检测到工件则启动传送带，工件到达传送带的尾端，启动下条传送带，如果前条传送带没有工件则停止运行。 动作要求：按启动按钮后加工工位的传送带开始运行，有工件运行到传送带的尾部时传感器动作，启动检测工位的传送带，再传送到尾部时传感器动作，启动包装工位传送带，该传送带启动2S后，前条传送带没有工件则停止运行。传感器检测到工件到位置3S后，若前条传送带没有工件停止运行。 6. 工业自动清洗机的控制 在工业现场有一种自动清洗机，工作时将需要清洗的部件放在小车上，按启动按钮后小车自动进入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小车再继续前行到另一位置B,然后返回到位置A，打开排酸阀门将酸性洗料放出，完成一次酸洗后。再加入碱性洗料，清洗过程同酸洗。等碱性洗料完全放出后，小车从位置A回到起始位置，等待下次启动信号。 动作要求：该清洗设备的小车前进后退通过电动机的正反转控制，酸性洗料的碱性洗料通过两个泵分别注入，通过打开电磁阀排放洗料，再这里洗料的注入和放出都通过时间控制，实际的清洗也可以用液位开关控制。 7．升降控制系统 有一个升降控制系统。在自动控制时，要求上升10S，停5S，下降10S，停10S，往复循环10次后停止运行。 8．车库自动门的控制系统 汽车到达车库门前，超声波开关接收到来车的信号，门电动机正传，门上升，当门上升到顶点碰到上限开关时，停止上升，汽车驶入车库后，光电开关发出信号，门电动机反转，门下降，当下降到下限开关后门电动机停止。
p l c机械手课程设计Last revision on 21 December 2020
目录 1 2 (4) 3 (4) 4 PLC及机械手的选择和论证 (6) PLC的结构及基本配置 (6) PLC的选择及论证. (7) 6 软件电路设计及描述 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。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。 可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。 机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。 采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。 在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。 2 设计目的及主要内容 设计目的 1、培养plc设计能力； 2、扩展知识结构； 3、培养综合运用能力； 4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。 主要内容 1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模
中北大学 信息商务学院 课程设计说明书 学生：学号： 系：机械自动化系 专业：机械设计制造及其自动化 题目：数控技术课程设计 ——机械手自动操作控制的PLC程序设计 指导教师：职称: 职称: 2016年12月5日
中北大学 信息商务学院 课程设计任务书 2016/2017 学年第 1 学期 所在系：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：学号： 课程设计题目：数控技术课程设计 —机械手自动操作控制的PLC程序设计起迄日期： 2016年12月5日～2016年12月9日课程设计地点：中北大学信息商务学院 指导教师： 系主任：暴建岗 下达任务书日期: 2016 年12月 5日
课程设计任务书 1．设计目的： 通过对机械手自动操作控制的PLC程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用PLC。 2．设计容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 机械手将工件从A工作台搬到B工作台。机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分别用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀YV2控制。当工件搬到B工作台返回时，用光电开关SQ7发出无工件信号。 （1）采用部移位寄存器M100~ M117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（SQ1~SQ6）的状态检测来决定。 （2）夹紧或放松动作，分别用定时器T450、T451延时控制。 （3）采用具有保持功能的辅助继电器M202驱动夹紧阀。 通过本课程设计,完成 ①输入输出信号分析与PLC I/O分配图 ②PLC选型 ③主要元器件型号的选择 ④主接线图设计 ⑤完成梯形图设计并完成相应指令。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 要求独立完成机械手自动操作控制的PLC程序设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。
毕 业 设 计（论文）
题目： 物料自动分拣装置的 PLC 控制系统设计
姓名
黄建 军
学号
20110103159
专业
机电一体化技术
年级
2011 级
指导教师
陆莲仕
完成时间 2013 年 11 月 25 日
物料自动分拣装置的 PLC 控制系统设计
目录
第一章 绪 论 ......................................1
1.1 物料自动分拣的意义.........................................................................1 1.2 设计任务要求.....................................................................................2 1.3 设计任务分析.....................................................................................2
第二章 物料自动分拣装置结构及总体设计方案 ........... 3
2.1 机械构造分布.....................................................................................3 2.2 设计方案.............................................................................................5
第三章 系统硬件设计 .................................6
3.1 基本结构.............................................................................................6 3.2 主要组成部件.....................................................................................6
第四章 系统软件设计 ................................ 17
4.1 I/O 分配表........................................................................................17 续表 ............................................................................................................. 18 4.2 接线图...............................................................................................19 4.3 软件控制流程图...............................................................................20 4.4 顺序控制功能图...............................................................................21 4.5 PLC 控制程序....................................................................................22
第五章 系统总成本估算 .............................. 28
5.1 系统使用的零部件...........................................................................28 5.2 系统总开支.......................................................................................29
第六章 毕业设计总结 ................................ 30
参考文献 ............................................ 31
《PLC技术与工程应用》课程设计任务书 课题名称：机械手电气控制系统设计 专业班级：电气自动化技术102班 河南机电高等专科学校自动控制系 2012-06-01
1、概述 机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。机械手机构控制涉及了PLC、传感器、电机驱动等技术。 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 1.1 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。 1.2 输入检测单元 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个行程开关作为控制器的输入信号。 2、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 2.1 输入接口电路板 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1：24V DC ；逻辑0：0V DC)。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
目录 1 课程设计目的 2 机械手工作过程及控制要求 2.1 机械手的工作过程 2.2机械手的控制要求 3 机械手的系统设计 3.1PLC的选择 3.2热继电器的选择 3.3熔断器的选择 3.4主电路的设计 3.5输入输出点的地址分配 3.6机械手程序设计（见附录） 4总结 5 参考文献
附录
1 课程设计目的 机械手采用PLC控制技术，大大提高了系统的自动化程度，提高了控制系统的可靠性。根据系统的控制要求综合运用了PLC技术，编程软件，机械手的电气控制系统进行课程设计，为机械手在实际应用中控制系统的设计提供借鉴。 根据工业机械手常规操作运行的特点画出时序图，根据画出的时序图以及各种综合情况选择PLC 型号，进行硬件系统的设计，根据PLC硬件系统及内部资源并画出工业机械手自动控制装置的 硬件系统图。 根据工业机械手的运行特点和要求利用所学的PLC的基本指 令进行程序设计。 根据设计的PLC硬件系统图进行接线，利用 STEP-Micro/WIN32编程软件将程序输入到PLC进行上机操作，直至调试正确。 通过编程及调试程序，了解掌握S7-200PLC的硬件构成及使用方法，摸索并积累编程的技巧经验，在调试中发现问题，分析问题，解决问题。 2 机械手工作过程及控制要求 2.1 机械手的工作过程 该机械手是一个水平、垂直位移的机械设备，其操作是将做工作台搬运到又工作台，由光耦合器VLC来检测左工作台有无工件。有工件才搬运，即使按下启动按钮，若检测到左工作台上无工件，系统也不能启动。图1是这种机械手的动作示意，其过程并不复杂，共6个动作，分3组，即上升、下降、左移、右移和放松加紧。
课程设计 PLC机械手课程设计 系部: 机械工程系 专业: 机电一体化技术班级: 机电10-12（3）班
摘要 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，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的一个重要组成部分。工业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。当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果,其应用已从单机自动化推广到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化。目前,机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围,重点发展铸锻、热处理方面的机械手,PLC可以按照所需要求完成机械手的设计,使机械手的设计简单化,大大节省了时间,提高了工作效率，减轻了劳动强度,改善作业条件。 本课题拟开发物料搬运机械手，采用西门子系列S7-200PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。
目录 1、PLC简介 2、机械手概述 3、控制系统硬件设计 4、PLC程序设计 5、程序描述 6、结束语
基于PLC的机械手控制设计 1、PLC简介: 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器 1.1可编程器的基本原理 PLC与普通微机在许多方面有相似之处,但其工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式,如在常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式下,有键按下或I/O动作则转入相应的子程序;无键按下或I/O不动作则继续扫描键盘和I/O口。PLC则采用循环扫描动作方式,在PLC中用户序按先后顺序存放, 2、机械手概述 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 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。
目录 中文摘要 英文摘要 1绪论 1.1课题的背景和意义 1.2材料分拣系统国内外研究现状 1.3材料分拣系统特点 1.4PLC简介及特点 1.5本课题的设计内容 2材料分拣系统工作原理和总体设计 2.1工作原理 2.2总体设计 2.2.1结构设计 2.2.2系统结构组成 3PLC 控制系统的硬件设计 3.1系统主回路设计 3.2 PLC控制系统的设备组成 3.3 CPU及数字量扩展模块选择 4PLC控制系统的软件设计 4.1PLC程序结构 4.2PLC编程 4.3PID控制的功能指令 5结论 致谢 参考文献 （附录）
基于PLC的材料分拣系统 摘要 随着社会的不断进步，市场竞争的日趋激烈，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。 本论文分析材料分拣系统的工作原理及系统的组成结构，采用稳定性较好的工控设备PLC对材料的运输、分拣进行实时控制。最后对系统的软硬件设计进行详细的介绍。本论文的材料分拣系统已在国内外许多实际的材料分拣系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统能极大的节省劳力，具有明显的经济效益和社会效益。 关键词：材料分拣；自动生产线；物料传送；PLC；
The material sorting system based on PLC Abstract With the development of society, market competition become very fierce.Every enterprise tries its best to improve production technology for improving the productivity efficiency, especially in the enterprises which need the technology of material sorting .Many years ago ,we use hand to sort material. This method has low production efficiency,but high production costs. So automatic sorting has become the only choice of enterprises. This paper analyzes the working principle of material sorting system and introduce the structure of the system.This system has used PLC which has a good stability.I use PLC to control the transportation of material and sorting. In the end, the system hardware and software designing were introduced in detail. The material sorting system in this paper has been used in many factories at home and abroad.And it has a stable and reliable performance and good effect in energy saving. Using this control system can save the labor and get obvious economic benefits and social benefits. Keywords: material sorting; Automatic production line; PLC;
《PLC机械手设计》 学院：物理与电气工程学院 班级： 11级自动化一班 小组成员：刘念（080311006） 张彪（080311016） 李超（080311035） 指导老师：查长礼 2014年1月1日
摘要： 随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械手主要作用是完成机械部件的搬运工作 关键词：机械手控制 PLC
目录 一.选题背景 （一）机械手的概述 (1) （二）PLC概况及在机械手中的应用 (1) 二．机械手的控制要求 (2) （一）机械手的工作原理 (2) （二）机械手的动作示意图 (3) 三．机械手控制的硬件设计 (3) （一）输入和输出点分配表 (3) （二）主电路图 (4) （三）设计接线图 (5) 四. 程序梯形图 (6) 五．心得体会 (9) 参考文献 (9)
一.选题背景 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)可在危险场合下工作，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）PLC概况及在机械手中的应用 （1）可靠性高、抗干扰能力强 PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。 （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 1
目录 摘要..................................................................................................................................I 1 设计目的和要求. (1) 1.1 目的 (1) 1.2 要求 (1) 2 机械手的工艺和控制要求 (2) 2.1 设备概况 (2) 2.1.1 工艺介绍 (2) 2.1.2 面板操作 (2) 2.2 控制要求 (3) 2.2.1液压系统油泵启动及停止 (3) 2.2.2机械手工作方式 (3) 2.2.3系统保护和报警功能。 (3) 3 PLC控制系统发设计方法。 (4) 3.1 确定输入输出 (4) 3.2 选着PLC的型号。 (4) 3.3 机械手设计框图： (4) 3.4 为PLC的输入输出编址 (4) 4 电气原理图设计 (6) 4.1主电路设计 (6) 4.2输入电路 (6) 4.3输出电路 (6) 4.4绘图注意事项 (6) 5 PLC程序设计 (7) 5.1主程序流程图 (8) 5.2 手动子程序 (9) 5.3回原点子程序流程图 (10) 5.4 单步流程图 (11) 5.5 单周期流程图 (12) 5.5自动流程图 (13) 5.6 程序调试 (13) 6 总结 (14) 附录1 机械手电气原理图 附录2 机械手梯形图
摘要 机械手主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，动力来源于液压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动、回原点、单步、单周期、自动五大部分。各个功能运用转换开关进行切换，切后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器，接通电磁阀。首先运用AUTOCAD绘制实际工程电气接线图，在实验室运用实验模拟设备，进行编程模拟。 关键字：机械手PLC 电气接线图电磁阀中间继电器