基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计

基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业
设计
机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。

在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。

因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一
种更加可靠、方便的方法。

本文介绍了使用XXX生产的
F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。

该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。

采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，
减少了维修量，提高了工效。

第一章 PLC的技术简述
1.1 PLC的定义
PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于
控制各种工业过程，包括机械手的控制。

PLC通过数字输入
和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。

1.2 PLC的特点
PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。

它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。

1.3 PLC的一般结构
PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。

其中，中央处理器是PLC的核心部件，负
责执行程序和控制设备。

存储器用于存储程序和数据。

输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。

1.4 PLC的基本工作原理
PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。

PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求
进行修改和升级。

PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。

第二章机械手控制系统的控制要求
2.1 工作对象的介绍
机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。

机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。

2.2 工作原理
机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。

机械手的运动规律包括左/右、上/下、夹/松等动作。

2.3 设备控制要求
机械手的控制要求包括手动操作和自动操作。

手动操作可以通过按钮进行控制，对机械手的每一种运动单独进行控制。

自动操作包括单步、单周期和连续操作。

此外，还需要对右工作台有工件的特殊情况进行处理。

为了使控制系统直观易懂，采用梯形控制方法进行编程。

第三章机械手的I/O分配表及控制系统的程序设计
3.1 机械手的I/O分配表
机械手的I/O分配表是将各个输入输出信号与PLC的输
入输出模块相对应的表格。

在设计控制系统时，需要根据机械手的运动规律和控制要求，确定各个输入输出信号的对应关系。

3.2 控制系统的程序设计
控制系统的程序设计是指根据机械手的运动规律和控制要求，编写相应的控制程序。

程序设计需要考虑到控制系统的稳定性、可靠性和实用性。

为了使控制系统直观易懂，采用梯形
控制方法进行编程。

在程序设计过程中，需要注意对右工作台有工件的特殊情况进行处理。

结论
本文介绍了基于三菱PLC的机械手控制系统设计方案。

该方案采用了梯形控制方法进行编程，实现了手动操作和自动操作。

采用PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。

该方案可为机械手控制系统的设计和应用提供参考。

致谢
感谢所有为本文提供帮助和支持的人员。

参考文献
1] XXX。

机械手控制系统设计[M]。

机械工业出版社。

2010.
2] XXX。

PLC技术及应用[M]。

机械工业出版社。

2008.
3] XXX。

机械手控制系统的设计与实现[D]。

XXX。

2012.
PLC是可编程控制器的缩写，是一种新型工业控制设备，利用集成电路和计算机技术发展而来。

它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便、体积小、重量轻等优点，在国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业自动化的支柱产品。

近年来，国内的PLC技术与产品开发应用方面
发展迅速，国产的机床设备已越来越快地采用PLC控制系统
取代继电接触控制系统，国产化的小型PLC性能也基本达到
国外同类产品的技术指标。

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第二章气动机械手控制系统的设计
在生产实际中，很多工作不能直接由人手完成，尤其是在恶劣的环境下工作。

为了提高生产效率、降低生产成本、保证产品质量、实现安全生产，我们设计了一种安全高效的气动机械手控制系统，利用PLC技术、气动技术和位置控制技术，
代替人手进行搬运、抓举等操作。

本系统采用各种检测装置进行位置检测，通过PLC做出相应的控制，模拟人手的部分动
作，按给定的顺序、轨迹和要求实现自动化操作。

本系统具有很强的实用性和广泛的应用范围，操作简单、扩展性强、可靠性高。

PLC软件编程简单易于修改，只要通过修改相应软件程序，就能实现更多更强的功能。

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第三章机械手的应用
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，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。

一般来说，机械手没有独立的控制装置，需要与其他设备配合使用。

有些操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。

机械手的应用范围广泛，可以应用于汽车、交通、运输等各行各业。

PLC的特点
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

其采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，并通过数学式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。

其强调了可编程序控制器直接应用于工业环境，必须
具有很强的抗干扰能力和广泛的适应能力，是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

可编程序控制及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器以及继电器式的程序控制器相比，在“可编程”方面有着质的区别。

后者通过硬件或硬接线的变更来改变程序，而PLC引入了微处理半导体存储器等新一代的微电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式实现“可编程”的目的。

PLC的特点主要有以下几个方面：可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，易于掌握；组合灵活使用方便；功能强，通用性好；开发周期短，成功率高。

PLC的一般结构
根据PLC实施控制的基本点分析，PLC采用了典型的计算机结构，主要由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路组成。

中央处理器（CPU）一般由控制电路、运算器和寄存器组成，这些电路一般都集成在一芯片上。

CPU的主要功能是：
从存储器中读取指令、执行指令、准备取下一条指令、处理中断。

存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。

在PLC中使用的两种
类型存储器为RAM和ROM。

电源部件将交流电源转换成供PLC的中央处理器、存储
器等电子电路工作所需要的直流电源，使PLC能正常工作。

PLC内部电源是整体的能源供给中心，它的好坏直接影响
PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压
电源供电。

输入、输出部分是PLC的重要组成部分。

输入部分负责
将外部信号转换为PLC能接受的信号，输出部分负责将PLC
输出信号转换为控制对象能接受的信号。

输入、输出部分是PLC与外部设备进行信息交换的接口。

本文介绍了PLC与被控设备相连的接口电路，输入接口
电路将信号转换成中央处理器能够接收和处理的信号，输出接口电路将中央处理器送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动被控设备的执行元件。

现场输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成，输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成。

PLC的工作方式与微机有很大不同，它采用循环扫描方式。

用户程序按先后顺序存放，整个过程分为五个阶段：故障自诊断程序执行、检查通信请求、输入扫描、指令调出执行和输出刷新。

在输出刷新阶段，输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所需的电压或电流信号，以驱动被控设备。

本章介绍了机械手控制系统的控制要求，气动机械手的任务是搬运物品或器件时快速、准确。

工作原理是气动机械手从传送带A上取走一个物品时，该传送带向前步进一段距离，
以便机械手在下一个工作循环取走物品。

传送带A、B分别由
电动机M1、M2驱动，机械手的回转运动由气动阀Y1、Y2
控制，机械手的上、下运动由气动阀Y3、Y4控制，机械手的夹紧与放松由气动阀Y5控制。

设备控制要求是用PLC控制后，
气动机械手的动作要求包括机械手在原始位置时，按下启动按钮，机械手爪松开，传送带B开始运动，机械手手臂开始上升；机械手上升到上限位置后开始左旋；机械手左旋到左限位置后开始下降。

3.1 机械手的I/O分配表和控制系统的程序设计
根据气动机械手的控制要求，PLC的输入/输出地址表如表12.1所示。

气动机械手的PLC I/O电气接口图如图12.12所示。

其中，SQ1～SQ4为磁性开关，分别接PLC的X0～X3输入，Y1～Y5分别接电磁阀的YV1～YV5输出。

PLC选用FX 系列任一型号PLC均可以。

气动控制回路使用时注意如下几点：
1.先将气泵启动，待压力到整定值后，可以分别在气阀的两头加上24V电压，观察上、下气缸、机械手爪气缸及回旋气缸动作的正确性。

2.按接口电路图连线，并检查接线正确与否。

3.输入程序，检查无误后，开启24V电源运行。

气动机械手的参考程序如图12.13所示。

由于机械手的动
作过程是顺序动作，每一步工艺均是在前一步动作完成的基础上，再进行下一步的操作，所以控制程序采用了步进顺控指令方法编程。

此外，气动机械手的启动必须在原位状态下才能启动，故必须使Y3、Y1、Y4先断电，使气缸均回到原点状态。

程序中使用了RST Y1、RST Y3、RST Y4等指令使Y1、Y3、Y4复位。

具体动作流程如下：
1.机械手下降到下限位置，状态开关SQ4动作，下降动作结束，传送带A启动。

2.传送带A向机械手向前进一个物品的距离后停止，机械手开始抓物。

3.机械手抓物，延时1秒左右时间，机械手开始上升。

4.机械手上升到上限位置，状态开关SQ3动作，上升动作结束，机械手开始右旋。

5.机械手右旋到右限位置，状态开关SQ1动作，右旋动作结束，机械手开始下降。

6.机械手下降到下限位置，状态开关SQ4动作，机械手松开，放下物品。

7.机械手放下物品经过适当延时，一个工作循环过程完毕。

机械手的工作方式为单步/循环。

实践证明，利用PLC技术和变频器调速技术以及机械传动构件，采用积木式架构，工程师可以快速为企业设计制造出机电一体化设备，成为提高产品质量、参与市场竞争的有力武器。

基于PLC控制的物料搬运系统能够自动循环搬运物料，使用夹手或真空吸盘吸附物料，具有多种用途功能。

气动系统的电磁换向阀采用汇流板集装，减少了占用空间，完成物料的搬运。

参考文献：
1.XXX.《可编程序控制器原理及应用》.广州：XXX，2002年。

2.XXX《可编程控制器原理及实验》.北京：XXX，2003年。

3.XXX.XXX.《可编程控制器基础及编程技巧》.广州：XXX，2002年。

4.XXX.《电气控制系统与可编程控制器》.北京：机械工业出版社。