1、 plc應用課程設計報告設計題目： plc在集選控制電梯中的應用專 業 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 設計時間 杭州職業技術學院友嘉機電學院 年 月 日2 目 錄電梯控制系統11.1設計目的21.2設計環境32.設計方案32.1電梯繼電器控制系統的優缺點32.1.1電梯繼電器控制系統的優點32.1.2電梯繼電器控制的缺點：32.1.3 plc及在電梯控制中的應用特點32.2電梯的工作原理52.2.1電梯的基本原理52.2.2集選控制系統電氣控制系統的組成及相互關系72.3電梯plc的i/o點數的分配和機型選擇72.4拖動回路、門電路及系統連接.92.5控制系統各環節的作用及實現102.5

2、.1層樓繼電器電路的實現102.5.2指令和召喚回路112.5.3選向回路122.5.4選層電路132.5.5電梯的運行線路142.5.6電梯門的控制14機械手系統控制163.概述163.1設計目的173.2設計環境174.系統設計方案174.1 系統硬件配置及組成原理174.2 工作原理184.3機械手搬運機構184.4系統接線圖設計195. 控制系統設計205.1控制程序流程圖設計205.2控制程序設計205.2.1程序應考慮的問題205.2.2梯形圖216.系統調試及結果分析246.1 系統調試及解決的問題246.2 結果分析247.結論247.1體會收獲247.2參考文獻248.教師評

3、語259.成績25電梯控制系統1.概述1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發明歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經發展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。 生活在繼續，科技在發展，電梯也在進步。電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關操縱，按鈕控制，信號控制，集選控制、人機對話等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控；雙層轎箱電梯展示出節省井道空間，提升運輸能力的優勢，變速式自動

4、人行道扶梯大大節省了行人的時間；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圓形觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。 電梯是隨著高層建筑的興建而發展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯,自動扶梯在現代社會,電梯已像汽車、輪船一樣,成為人類不可缺少的交通運輸工具。據統計,美國每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數。當今世界,電梯的使用量已成為衡量現代化程度的標志之一。追溯電梯這種升降設備的歷史,據說它起源于公元前236年的古希臘。當時有個叫阿基米德的人設計出-人力驅動的卷筒式卷揚機。1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現,繼而又在

5、英國出現水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力,這才出現名副其實的電梯,并使電梯趨于實用化。1900年還出現了第一臺自動扶梯。1949年出現了群控電梯,首批46臺群控電梯在紐約的聯合國大廈被使用。1955年出現了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現了速度達8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業國只成了無觸點半導體邏輯控制電梯。1967年可控硅應用于電梯，使電梯的拖動系統筒化，性能提高。1971年集成電路被應用于電梯。第二年又出現了數控電梯。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發展時期。實際上，電梯是根據外部呼叫信號以及自身控

6、制規律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的，因此，電梯控制系統應采用隨機邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（plc）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區別。國內廠家大多采用答二種方式，其原因在于用plc控制有許多優點： 1，可靠性高，由于采取了一系類的plc高可靠性的措施，plc的平均無故障時間（mtbf）一般可

7、達3-5萬小時。而且plc的環境適應性也很強，它能在工業環境下可靠地工作；2，編程簡單，plc最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現場工程技術人員掌握。當工作流程需要改變時，可以現場改變程序，使用方便、靈活；3，體積小、結構緊湊、安裝、維修方便。plc的體積小，重量輕，便于安裝。一般plc都具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能。可編程控制器不僅充分利用微處理器的優點來滿足各種工業領域的實時控制要求，同時也照顧到現場電氣維護人員的技能和習慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言

8、和模塊化的軟件結構，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學、調試和查錯都很容易。用戶買到所需要的plc后，只需按說明書或提示，做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作，就可以靈活而方便地將plc應用于生產實踐，而且用戶程序的編制、修改和調試都不需要具有專門的計算機編程語言知識。plc現在已經成為現代工業控制三大支柱（plc、cad/cam、robot）之一，以其可靠性、邏輯功能強、體積小、可在線修改控制程序、具有遠程通信聯網功能、易與計算機接口、能對模擬量進行控制、具備高速記數與位控等高性能模塊等優異性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數繼電器等組成的繼電-接觸控制系統，在機械、化工、石油、

9、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業都得到廣泛的應用。總之，電梯的控制是比較復雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統為電梯控制的發展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經無法滿足與適應電梯控制的要求和發展，與plc相比較，存在質的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難設計出質量優良的電梯控制系統，而現在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。plc是專門為工業過程控制而設計的控制設備，使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運行中

10、的關鍵技術。本設計針對我國電梯業的現狀，將可編程序控制器(plc)應用于五層電梯進行邏輯控制， 在介紹電梯基本結構的基礎上，分析了電梯的工作原理，并提出了基于plc電梯控制系統設計的實現方案。1.1設計目的明確集選控制電梯的電工作原理。實踐plc用于集選控制電梯的技術實現。1.2設計環境硬件：pc機軟件：gppw2.設計方案2.1電梯繼電器控制系統的優缺點2.1.1電梯繼電器控制系統的優點1) 所有控制功能及信號處理均有硬件實現，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。 2) 系統的保養、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。 3) 大部分電器均為常用控制電器，

11、更換方便，價格較便宜。 4) 多年來我國一直生產這類電梯，技術成熟，已經形成系列化產品，技術資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 2.1.2電梯繼電器控制的缺點： 1) 系統觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現較復雜的控制功能，使系統的控制功能不易增加，技術水平難以提高。 3)電磁機構及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統控制精度難以提高。 4) 系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 5) 由于線路復雜，易出現故障，因而保養維修工作量大。費用高；而且檢查故障困難，費時費工。 總之，電梯繼電器控制系統故障率

12、高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經常造成停梯，給乘客人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現人身事故。所以目前電梯的繼電器控制已經很少使用了。 2.1.3 plc及在電梯控制中的應用特點 1）plc簡介及其特點plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：plc英文全稱programmable logic controller ,

13、中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程.“plc是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”plc的特點

14、：可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。配套齊全，功能完善，適用性強plc發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代plc大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用plc組成各種控制系統變得非常容易。易學易用，深受工程技術人員歡迎plc作為通用工業

15、控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產的品種底部

16、尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。2）plc的應用領域目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。開關量的邏輯控制這是plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量

17、。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（analog）和數字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算

18、法程序，完成閉環控制。pid調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。數據處理現代plc具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統； 通信及聯網plc通信含plc間的通信及pl

19、c與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的plc都具有通信接口，通信非常方便。2.2電梯的工作原理2.2.1電梯的基本原理 1.電梯基本原理。電梯是機械、電氣緊密結合的大型機電產品。主要由機房、井道、轎廂、門系統和電氣控制系統組成。井道中安裝有導軌，轎廂和對重有曳引鋼絲繩連接，曳引鋼絲繩在曳引輪上，曳引輪由曳引電動機拖動。轎廂和對重都裝有各自的導靴，導靴卡在導軌上。曳引輪運轉帶動轎廂和對重沿各自導軌做上下相對運動，轎廂上升，對重下降。這樣可通過控制曳引電動機來控制轎廂的起動、加速、運行、減

20、速和平層停車，實現對電梯運行控制。下圖為傳動方式電梯的原理示意圖。2.控制要求電梯的控制方式有：轎內手柄開關控制、轎內按鈕開關控制、轎外按鈕開關控制、信號控制、集選控制和群控等幾種。集選控制方式是將廳外召喚箱發出的外召喚信號與轎內操縱箱發出的內指令信號進行記憶，并和其他專用信號（如層樓、減速、平層和安全等信號）加以綜合分析后，由電梯司機或乘用人員控制電梯運行的控制方式。主要控制要求如下：有司機或無司機控制。自動開關門。到達預定停靠層站，提前減速，平層停車時自動開門。到達上、下端站，提前強迫減速。廳外有召喚裝置，轎內有指令裝置，能自動記憶召喚和指令，響應之后能自動將召喚和指令消除（召喚和指令的記

21、憶和消除）。能自動選擇運行方向，在司機操縱下，能強迫決定運行方向（選向）。能根據指令和召喚的位置，自動選擇停靠層站，并自動平層停車（選層、平層）。廳外和轎內有指示電梯運行方向和所在位置的指示信號（層樓檢測與指層）。2.2.2集選控制系統電氣控制系統的組成及相互關系電梯的控制電路主要由轎內指令電路、門廳召喚電路、定向選層電路，起動運行電路、平層電路、指層電路、開關門控制電路和安全保護電路等8個部分組成。這些電路的相互關系如右圖所示。以上這些電路可構成有司機無司機控制、集選運行、消防運行和檢修運行等共7種工作方式，本書只介紹主要部分的控制。2.3電梯plc的i/o點數的分配和機型選擇i/o點數隨電

22、梯層數的多少而不同。一般輸入點較多可按電梯各部分來分：l）轎廂內指令按鈕，位子轎內的操縱箱上，每層各有一個。2）門廳呼喚按鈕，位于電梯的門廳口除頂層只有下呼和底層只有上呼外其余每層都有上、下呼按鈕。3）樓層感應器，位于電梯井道每一層的相應位置上，當轎廂到達每一層的相應位置時，樓層感應器干簧管觸點因隔磁板插入而斷開，該觸點信號用于選向、選層、轎內指令、門廳召喚的消號和指層電路等。4）平層感應器，位于轎廂的頂部，用于準確平層，由上平層感應器、門區感應器和下平層感應器組成，共占3個輸入點。5）開關門有廳門、轎門電氣觸點開關（目的是保證電梯廳、轎門都關好后，開關接通電梯才能運行）、關門極限開關、開門極

23、限開關和手動開關門按鈕等5個，共占5個輸入點。6）其他還有超載、上下極限、有司機/無司機方式選擇等輸入信號。輸出點有：上升接觸器km1、下行接觸器km2、快速接觸器kf,慢速接觸器ks、加速接觸器k1、第一減速接觸器k2、第二減速接觸器k3、開關門接觸器和樓層指示燈。i/o編號及分配如下：x000：換速信號 x001：上終端限位x002：下終端限位 x003：1內指令（含1上召）輸入x004：2內指令輸入 x005：3內指令輸入x006：4內指令（含4下召）輸入 x007：2上召輸入x010：3上召輸入 x011: 2下召輸入x012：3下召輸入 x013：門鎖信號輸入x014：平層信號輸入

24、x015：門區信號輸入x016：開門信號輸入 x017：關門信號輸入x020：強迫向上按鈕輸入 x021：強迫向下按鈕輸入x022：司機/自動運行方式 x023：檢修運行方式x024：安全觸板信號輸入 x025：直駛按鈕信號輸入 y000：換速動作輸出y001、y002、y003：樓層指層bcd碼輸出（y001為高位、y003為低位）y004：1內指令繼電器（含1上）y005：2內指令繼電器（含1上）y006：3內指令繼電器（含1上）y007：4內指令繼電器（含1上）y010：2上召繼電器y011：3上召繼電器y012：2下召繼電器y013：3下召繼電器 y014：上運行指示y015：下運行指

25、示 y016：上運行繼電器y017：下運行繼電器 y020：快車繼電器y021：快加速繼電器 y022：慢車繼電器y023: 1慢減速繼電器 y024: 2慢減速繼電器y025: 3慢減速繼電器 y026：開門繼電器y027：關門繼電器m101-m104:1-4樓層樓繼電器m106換速微分信號m1：向上運行監視 m2：向下運行監視m3：向上方向選擇 m4：向下方向選擇m5：向上方向控制繼電器 m6：向下方向控制繼電器m7：上召換速 m8：下召換速m9：指令換速 m11：強迫向上m12：強迫向下 m13：關門啟動m14：停車繼電器 m15：運行繼電器m16: 安全觸板繼電器 m17：直駛繼電器

26、t0：快加速時間 t1：停站時間t2：1慢減速時間 t3：2慢減速時間t4：3慢減速時間 t5：開門執行時間2.4拖動回路、門電路及系統連接1) 電梯控制的主回路如圖2）門電路及電氣安全回路如圖2.5控制系統各環節的作用及實現2.5.1層樓繼電器電路的實現 要對電梯進行控制，首要的問題就是反映電梯實際所在的位置（樓層）。層樓繼電器回路就是完成這一功能的。每一層對應一個層樓繼電器，電梯在哪一層，對應的樓層的層樓繼電器就會動作。 由于plc具有數據傳送、算術計算、數據比較處理等功能，所以用plc很容易實現層樓電路：啟用一數據寄存器d0,電梯在最下層端站時可講1送入d0，最上層端站時，將最高層數送入

27、d0；電梯每上升一層將d0分別與1、2、3······相比較，等于幾就說明電梯在幾層，這是驅動對應的層樓繼電器，實現層樓電路。2.5.2指令和召喚回路指令和召喚回路的作用是：將橋內指令和廳外召喚信號記憶并指示，當電梯響應后自動將其消除。記憶和消除可用plc的set和rst指令實現。（1）指令回路 指令回路梯形圖如圖所示。（2）召喚回路 由于出兩個端站外，其他各層均有兩個召喚（上召、下召），而且召喚的響應是順向響應.另外若電梯在直駛運行時不響應召喚。此時召喚應保留。所以召喚回路與電梯的運行方向以及是否直駛密切相關，為此在召喚回路中加入了

28、反映直駛和方向監視的繼電器m1和m2。召喚回路梯形圖如圖所示.2.5.3選向回路 選向回路的作用，是根據目前電梯的位置和指令、召喚的情況，決定電梯的運行方向。電梯方向的選擇，實際就是將指令和召喚的位置與電梯實際位置相比較，若前者在上（位置的上下）電梯則選擇向上，相反則選擇向下。方向的實現：首先由層樓繼電器形成選向鏈，然后將每層的指令和召喚對應接入。實際決定電梯的運行方向有以下三種情況。（1）自然選向 如上分析，電梯自動判斷并選擇方向。（2）強迫選向 若電梯工作在司機方式，可通過操縱箱上的向上或向下按鈕，來干預電梯的運行方向，即強迫使其向上或向下。（3）檢修選向 若電梯工作在檢修方式，同樣可使用

29、向上或向下按鈕，使電梯以檢修的速度向上或向下運行。2.5.4選層電路電梯運行中，為什么會在有些樓層停，在有些樓層不停，這是由選層電路決定的。選層意味著要減速（換速）準備平層停車。電梯的選層分指令選層和召喚選層，即因某層有召喚或有該層的指令使電梯在該層是否停車。其中指令選層是絕對的，若電梯運行正常，指令一定能使電梯在該層減速停車。召喚選層是有條件的，意識召喚選層必須滿足同向，即與電梯的運行方向一致，這就是所謂的“順向截車”；二是直駛時可將召喚屏蔽，即電梯直駛時，即使同向的召喚也不能使電梯減速停車。根據以上情況，電梯選層回路梯形圖如圖所示。2.5.5電梯的運行線路運行線路是電梯控制系統的核心。電梯

30、是有曳引電動機拖動（主回路），主回路的工作受運行線路的控制，以形成如圖24-11所示的速度曲線，決定電梯何時啟動加速，何時運行，何時減速，何時平層停車。所以電梯的主要性能指標（額定速度、舒適感、平層精度等）有運行線路決定。（1）啟動 電梯的啟動，方向是首要條件，門鎖（廳門轎門是否關好）等安全因素也是必要的。（2）減速 當電梯選中某層，意味著將在該層停車，到達換速點就應減速，為平層停車做準備。（3）平層停車 當減速運行到平層點時，說明轎門門檻與廳門門檻基本齊平，可以停車。即將主回路曳引電動機電源斷開，并實施電磁抱閘。2.5.6電梯門的控制門電路是電梯控制系統中較為獨立的單元。它的作用是實現電梯門

31、的開和關。電梯的門有兩種，一是轎門，即轎廂的門，門電路通常指轎廂的門控制電路。轎門是主動的，它由專門的門電動機拖動，實現門的開、關。門電路的主回路如圖24-4所示。另一種門是廳門，即各層門廳的門。廳門是被動門，不能自行開、關，只能由轎門帶動實現開、關。 一般情況下，當轎廂到達某層停車后，轎廂門上帶有門刀，會自動插入廳門的門鎖中，使門鎖打開。此時廳門在轎門的帶動下實現開、關，所以電梯若沒到該層，其廳門處于鎖閉狀態，不能打開，這是安全保障的要求。門電路的控制系統的聯系就在于這一點，由各廳門和轎門的門鎖電氣限位開關的常開觸點串聯后，作為門鎖信號（x013）。x013為on，表示全部門安全關閉，可正常

32、運行，否則不能運行。開、關門由門電動機驅動，通過開、關門繼電器kmj、gmj控制m的正反轉實現。因此，設計門的控制時只需考慮開與關門的情況，對應驅動kmj或gmj。（1） 開門情況上班開門、按鈕開門、觸板開門和門區前提開門。（2） 關門情況下班關門、按鈕關門、停站自動延時關門和強迫向上（向下）啟動關門。考慮以上因素后，門電路的梯形圖如圖所示。機械手系統控制3.概述機械手的起源它是在早期出現的古代機器人基礎上發展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發展，特別是1946年第一臺數字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發展。同時，大批量生

33、產的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發奠定了基礎。另一方面，核能技術的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質。在這一需求背景下，美國于1947年開發了遙控機械手，1948年又開發了機械式的主從機械手。 機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術控制機器人的關節，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現動作的記錄和再現。這就是所謂的示教再現機器人。現有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產品最早的實用機型（示教再現）是1962年美國amf公

34、司推出的“verstran”和unimation公司推出的“unimate”。這些工業機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手的組成機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自

35、由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。控制系統是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩定的閉環控制。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能 機械手的種類機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在

36、自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業中的應用能進一步發展鍛造設備的生產能力，改善熱、累等勞動條件。 機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手。3.1設計目的設計一個基于plc控制的機械手系統3.2設計環境硬件：pc機、亞龍光電機一體化實訓考核裝置軟件：gppw4.系統設計方案4.1 系統硬件配置及組成原理該裝置配置了可編程控制器（plc）、變頻器裝置、氣動裝置、傳感器、機械手、上料器、送料傳動和分揀裝置等實驗

37、機構。整個系統為模塊化結構提供開放式實訓平臺，實訓模塊可根據不同的實訓要求進行組合；同時學校還可以根據教學需要，配置不同品牌的（plc）模塊和變頻器模塊，也可以增加其它實訓模塊。系統的控制部分采用可編程控制器（plc），執行機構由氣動電磁閥-氣缸構成的氣壓驅動裝置，實現了整個系統自動運行，并完成物料的分揀。整個實訓考核裝置的模塊之間連接方式采用安全導線連接，以確保實訓和考核安全。4.2 工作原理按下啟動按鈕后物料從滑槽中滑下到物料臺，機械手伸出過5秒后機械手下降5秒后物料臺上升5秒后夾緊，物料臺下降機械手上升5秒后右轉機械手下降機械手松開，物料落入傳送帶，機械手上升再向左同時縮回。4.3機械手搬運機構整個搬運機構能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉、手爪上下、手爪緊松。手爪提升氣缸：提升氣缸采用雙向電控氣閥控制，氣缸伸出或縮回可