1、摘 要在工業生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現場惡劣的環境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業機器人。工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。廣泛采用工業機器人，不僅可以提高產

2、品的質量與產量，而且對保障人身安全，改善勞動環境，減輕勞動強度，提高勞動生產率，節約原材料消耗以及降低生產成本，有著十分重要的意義。可編程控制器是繼電器控制和計算機控制出上開發的產品，逐漸發展成以微器處理為核心把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業自動控制裝置。本文應用三菱公司生產的可編程控制器FX系列PLC，實現機械手搬運控制系統，該系統充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統可靠穩定，時期功能范圍得到廣泛應用。關鍵詞：可編程控制器PLC，PLC的結構及基本配置，機械手，限位開關目 錄第1章 前言 1第2章 PLC及機械手的介紹及選擇 22.1.可編程控制器PLC 2

3、2.1.1PLC 慨況 22.1.2PLC的結構及基本配置 32.1.3PLC的選型 62.2機械手 62.2.1機械手簡介 62.2.2機械手的選擇 9第3章 設計主體部分 10第4章 課程設計心得.19第1章 前言一. 課程設計的性質與目的本課程設計是計算機控制技術教學計劃中不可缺少的一個綜合性教學環節，是實現理論與實踐相結合的重要手段。它的主要目的是培養學生綜合運用本課程所學知識和技能去分析和解決本課程范圍內的一般工程技術問題，建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法。通過課程設計使學生得到工程知識和工程技能的綜合訓練，獲得應用本課程的知識和技術去解決工程實際問題的能力。二. 課

4、程設計的內容1、 機械手搬運模擬系統復位：把PLC置RUN，按下SQ2和SQ4,手動使機械手回到原點（左移到位），手爪張開。啟動：按下啟動按鈕，機械手下降，按下SQ1,下端傳感器到位，位氣爪夾緊，機械手上升；當觸碰到SQ2時，上升到位，機械手伸出；當觸碰到SQ3，右移到位，機械手下降；觸碰到SQ1下降到位，氣爪張開，放松工件，機械手上升。當觸碰到SQ2時，上升到位，機械手縮回，到達原點，一次性搬運完成。循環上述動作。停止：按下停止按鈕，結束流程。三、課程設計任務1.準備任務：調查、研究機械手運行情況，列出所設計的機械手程序運行情況，鞏固說要運用的知識。2.畫出外部接線圖3.畫出I/O分配表4.

5、程序設計要求第2章 PLC及機械手的介紹及選擇2.1.可編程控制器PLC2.1.1PLC 慨況可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區別，用PLC表示。PLC是在傳統的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業控制裝置，目的是用來取代繼電器、執行邏輯、記時、計數等順序控制功能，建立柔性的程控系統。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規定：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運

6、算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預料：在工業控制領域中，PLC控制技術的應用必將形成世界潮流PLC程序既有生產廠家的系統程序，又有用戶自己開發的應用程序，系統程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。 2.1.2PLC的結構及基本配置一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC

7、，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。CPU的構成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，

8、經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。 CPU的運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的

9、高度集成，對CPU內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現就是它的工作狀態的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內存區等。I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系的，按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊

10、可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。底板或機架：大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模

11、塊構成一個整體。PLC 的外部設備：外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類1. 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。2. 監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。3. 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4. 輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。PLC的通信

12、聯網：PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的PLC新產品都有通信聯網功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。當然，PLC之間的通訊網絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產廠家采用工業標準總線，并向標準通訊協議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯網。了解了PLC的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發揮PLC所提供的

13、最佳功能。2.1.3PLC的選型考慮到機械手工作的穩定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用PLC作為核心控制器，各控制對象都必須在PLC的統一控制下協同工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16點輸入、16點輸出。三菱FX2N系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產品，是FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。性能規格：FX2N性能規格運轉控制方法 通過儲存的程序周期運轉I/O控制方法 批次處理方法（當執行END指令時） I/O指令可以刷新運轉處理時間 基本指令：0.08s應用指令：1.52至幾百微秒 ，指令編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形

14、圖能生成SFC類型程序程式容量 8000步內置 。2.2機械手2.2.1機械手簡介mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。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。機械手主要由手部和運動機構組成。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

15、，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。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，

16、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。機械手是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如：(1機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。(2在裝配作業中應用廣泛，在電子行業中它可以用來

17、裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件。(3可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環境工作，以代替人的勞動。(4可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。(5）宇宙及海洋的開發。(6軍事工程及生物醫學方面的研究和試驗。機械手簡述:機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執行機構、傳動系統、控制系統和輔助裝置組成。1執行機構機械手的執行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕。

18、支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。2傳動系統執行機構的動作要由傳動系統來實現。常用機械手傳動系統分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。3.控制系統機械手控制系統的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統的控制，使執行機構按要求進行動作動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。2.2.2機械手的選擇由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉的機械手類型。此機械手易于操作，性能可靠。第3章 設計主體部分3.1傳送帶機械手基本情況和控制要求在一條

19、自動生產線上，由機械手將傳送帶1上的物品傳送到傳送帶2上。機械手的上升、下降、左轉、右轉、夾緊、放松動作分別由電磁閥控制液壓傳動系統工作，并用限位開關及光電開關檢測機械手動作的狀態和物品的位置。傳送帶1、2均由三相鼠籠型異步電動機驅動。電動機應有相應的保護。機械手初始狀態為手臂在下限位（下限位開關SQ4受壓），手在傳送帶1上（右限位開關SQ2受壓）手指松開。機械手和傳送帶動作控制示意圖如圖1所示。機械手要求有3種控制方式：1）手動控制方式， 2）單周期控制方式，3）連續控制方式。SQ13.2傳送帶機械手控制PLC接線圖3.3主電路圖3.4操作控制面板3.5 I/O設備及I/O點分配表3.6分支控制梯形圖及總控制程序框圖3.7傳送帶機械手控制總梯形圖第四章 課程設計心得課程設計是把理論知識與動手能力結合起來的實踐性活動。 通過做課程設計鞏固平時所學的知識，也從中發現自己的理論知識的漏