1、学年论文（课程论文、课程设计）题 目： 机械手电气控制系统设计 作 者： * 学 号： * 专业年级： 电气 06* 所在学院： 电气工程学院 指导教师： * 职 称： 讲 师 2009 年 7 月 3 日机械手电气控制系统设计*（新疆大学电气工程学院电气 063，乌鲁木齐 830008）摘要：机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。此机械手我们采用三菱 FX2n 系列 PLC 进行控制，同时根据机械手的控制要求和特点，确定了 PLC 的输入输出分配，设计出梯形图并进行现场
2、调试。关键字：PLC ；机械手；控制方案ROBOT CONTROL SYSTEM ELECTRICALXun Wang(Xinjiang University School of Electrical Engineering 063 Electrical, Urumqi 830008)Abstract: The mechanical hand in a dedicated machine and automatic production line is widely used, mainly for moving or loading and unloading parts of the re
3、peated movements in order to achieve automation. The design of the manipulator using joint structure. The action by the hydraulic-driven by the solenoid valve control. We use this manipulator Mitsubishi FX2n Series PLC control, at the same time manipulator control in accordance with the requirements
4、 and characteristics of the PLC to determine a distribution of input and output, design and debugging ladder.Keywords: PLC; Manipulator; control0引言机械手在工业自动化生产中得到了广泛的应用，如：机械手在电镀车间把电镀零件从原位送到镀槽，从镀槽送到回收液槽等中的应用、机械手在工厂自动化运输线中把工件从一条传输带搬到另一条传输带上的应用等等。它可以减少人的重复操作，还可以完成人无法完成的操作，从而大大提高工业生产效率。可编程序控制器（PLC ）已在工业生
5、产过程的自动控制中得到了广泛的应用。它是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置，它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点。通过此次课程设计来进一步了解机械手和 PLC1机械手控制设计要求11 机械手的控制方案（1）机械手的启始位置在左高位，左限位开关 3 的常开触点 005 是闭合的，按下启动按钮 1 其常开触点 000 闭合，由于下限位开关 2 的常闭触点 004 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，停止按钮 2 的常闭触点 001 也是闭合的，所以机械手下降的线圈 003 得电，机械手下
6、降线圈 003 的常开触点 003闭合并自锁，机械手开始下降。（2）当机械手下降到指定位置时，下限位开关 2 的常开触点 004 自动闭合，因为左限位开关 3 的常开触点 005 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，机械手放松 6 的常闭触点 005 是闭合的，所以机械手夹紧的线圈 004 得电，机械手夹紧线圈 004 的常开触点 004 闭合并自锁，机械手停止下降并夹紧工件。（3）机械手上升线圈 002 的常闭触点 002 是闭合的，所以非积算型定时器 0 线圈得电，经过 5s 延时，非积算型定时器 0 的常开触点 0 自动闭合，上限位开关1 的常闭触点 003 是闭合的，
7、急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，所以机械手上升线圈 002 得电，机械手上升线圈 002 的常开触点 002 闭合并自锁，机械手夹着工件开始上升。（4）当机械手上升到指定位置时，上限位开关 1 的常开触点 003 自动闭合，由于松限位开关 5 的常闭触点 007 是闭合的，右限位开关 4 的常闭触点 006 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，从而机械手右移 1 的线圈得电，械手右移线圈的常开触点 000 闭合并自锁，机械手停止上升并开始右移。（5）当机械手到达右侧，右限位开关 4 的常开触点 006 自动闭合，常闭触点006 自动断开，由于松限位开关 5 的常闭
8、触点 007 是闭合的，下限位开关 2 的常闭触点 004 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，停止按钮 2 的常闭触点 001 也是闭合的。闭合，机械手下降的线圈 003 得电，机械手下降线圈 003 的常开触点 003 闭合并自锁，从而机械手停止右行，机械手开始下降。（6）当机械手下降到指定位置时，下限位开关 2 的常开触点 004 自动闭合，常闭触点 004 自动断开，右限位开关 4 的常开触点 006 是闭合的，由于松限位开关 5 的常闭触点 007 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，机械手放松 6 的线圈 005 得电，机械手放松 6 的常开触点
9、 005 闭合并自锁，常闭触点005 自动断开，机械手停止下降并放下工件。（7）当松限位开关 5 的常开触点 007 闭合时，非积算型定时器 1 线圈得电，经过 3s 延时，非积算型定时器 1 的常开触点 1 自动闭合，上限位开关 1 的常闭触点 003 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，所以机械手上升线圈002 得电，机械手上升线圈 002 的常开触点 002 闭合并自锁，机械手放下工件开始上升。（8）当机械手上升到指定位置时，上限位开关 1 的常开触点 003 自动闭合，常闭触点 003 自动断开，右限位开关 4 的常开触点 006 是闭合的，左限位开关 3的常闭触点
10、005 是闭合的，急停按钮 3 的常闭触点 002 是闭合的，松限位开关5 的常开触点 007 是闭合的，从而机械手左移 2 线圈 001 得电，机械手左移线圈的常开触点 001 闭合并自锁，所以机械手停止上升并开始左移。（9）当机械手到达左侧，左限位开关 3 的常闭触点 005 自动断开，从而机械手左移线圈 001 失电，机械手停止左移，完成一次循环，进入下一次循环。通过以上机械手的动作过程分析，可见这个控制方案能够实现机械手把工件从一个工位搬到另一个工位的控制要求，实现单次和多次的自动循环过程。12 写出机械手 PLC控制 I/O接口，设计出机械手动作过程的流程图，运用编程软件，编写好机械
11、手运动梯形图和指令表。2硬件配置（I/O 接口）表 1输入信号 输出信号名称 代号 输入点编号 名称 代号 输入点编号启动按钮 SB1 X000 机械手右移 KM1 Y000停止按钮 SB2 X001 机械手左移 KM2 Y001急停按钮 SB3 X002 机械手上升 KM3 Y002上限位开关 SQ1 X003 机械手下降 KM4 Y003下限位开关 SQ2 X004 机械手夹紧 KM5 Y004左限位开关 SQ3 X005 机械手放松 KM6 Y005右限位开关 SQ4 X006松限位开关 SQ5 X0073流程图31 机械手控制系统机械手控制系统机械手工作示意图如图 4 所示和机械手系统
12、结构图如图5，在工业控制中一般都用绿按钮做为启动按钮，红按钮做为停止按钮。机械手控制系统要求由一个绿按钮（启动按钮）1 控制机械手启动，一个红按钮（停止按钮）2 控制机械手停止，一个急停按钮 3 控制机械手紧急停止。机械手运行过程中由上限位开关 1、下限位开关 2、左限位开关 3、右限位开关 4、松限位开关 5 等作为辅助控制。机械手控制系统能实现从左高位为起点的一个循环过程。机械手在左高位启动首先下降，当机械手下降到工件位置时停止下降并夹紧工件，接着机械手夹着工件开始上升，当机械手上升到指定高度后开始右移，当机械手向右移动到指定位置时开始下降，当机械手下降到可以放工件的位置时停止下降并放下工
13、件，然后机械手开始上升，当机械手上升到指定高度后开始左移直到起点位置，完成一次循环过程。图 1 机械手示意图主控柜状态显示位置传感器主控面板可编程控制器液压驱动系统 机械手图 2 机械手的系统结构图32 机械手控制流程机械手控制流程根据机械手的动作过程，我们首先画出机械手示意图如图 1 所示，根据控制要求，设计出机械手 PLC 控制流程图（如图 6）图 3 机械手 PLC 控制流程图4梯形图和指令程序表41 机械手 PLC控制梯形图（图 4到图 7）图 4 完成机械手的下降和夹紧图 5 完成机械手的上升图 6 完成机械手的右移和放松图 7 完成机械手的左移由于本次机械手设计采用的是三菱 FX2
14、n 系列进行设计的，而梯形图的编写用的是 STEP_7-MicroWIN 软件编写的，所以在兼容性上两者是不相兼容的，但是我们此次要求的是掌握好此软件，能运用此软件进行简单梯形图的绘制。42 机械手 PLC控制指令程序表0 LD X0001 AND X0052 LD X0063 ANI X0074 OR B5 OR Y0036 ANI X0047 ANI X0028 ANI X0019 OUT Y00310 LD X00411 AND X00512 OR Y00413 ANI X00214 ANI Y00515 OUT Y00416 ANI Y00217 OUT T018LD T019 OR T120 OR Y00221 ANI X00322ANI X00223 OUT Y00224LDI X00725 AND X00326 OR Y000 27 ANI X006 28 ANI X00229 OUT Y000 30 LD X004 31 AND X006 32OR Y005 33 ANI X007 34 ANI X002 35 OUT Y005 36LD X007 37 OUT T1 K30 38 LD X003 39 AND X00640 OR Y001 41ANI X005 42ANI X002 K50 43 AND X007 44 OUT Y001 45 END
