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械手PLC控制系统电气控制系统设计

第一部分:机械手PLC控制系统电气控制系统设计

一、机械手PLC控制系统电气控制系统设计任务书

1．机械手PLC控制系统工艺的技术要求

随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况

也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，

同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作

内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或

自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体

造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、

搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器

人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产

的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛

应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手

部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、

重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附

型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来

实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、

伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中

任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关

键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也

越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手

每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的

信息，形成稳定的闭环控制。

借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。

基于此思路设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高

了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻

了劳动强度，节约了成本，提高了生产效率，具有十分重要的意义。

同时，借助组态软件的辅助作用，大大提高了系统的工作效率。因此，

在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以

减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。

机械手PLC控制系统分别由：牵引工作台水平移动的电机M1，

牵引手臂上下移动的电机M2，机械夹钳，左限位行程开关，右限位行

程开关，上限位行程开关，下限位行程开关，以及检测A点、B点是

否有工件的光电开关。机械手ＰＬＣ控制系统原理图如图２－１－１

所示：

图２－１—1机械手动作示意图

机械手的工作是从原点下降Ａ点抓取工件移动到右端，当Ｂ点工

件未被移走是机械手不下降，等待工件移走后下降到Ｂ点，并放开机

械夹钳，机械手臂向上移动到上限位然后回到原点开始下一个工作周

期。

机械手PLC控制系统可由手动控制和自动控制。自动控制时，当

按下起动按钮或A点检测到工件时机械手开始工作。

机械手ＰＬＣ控制系统对被抓取工件和所处环境工艺要求会有不

同，可改变相应的部件进行调整，但电气控制系统已能满足需求。

2．机械手PLC控制系统动力设备

机械手PLC控制系统中所使用的动力设备（牵引工作台水平移动

的电机M1、牵引机械手臂上下移动的电机M2），均采用三相交流异

步电动机。

3．机械手PLC控制系统电气控制系统设计要求

（1）控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理

选配PLC机型和I/O接口。

（2）可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并

可实时整定参数。

（3）PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。

（4）为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热

保护、控制系统短路保护等。

（5）绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，

编制PLC的I/O接口功能表。

（6）选择电器元件、编制元器件目录表。

（7）绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配

线图等。

（8）采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。

二、机械手ＰＬＣ控制系统电气控制系统总体设计过程

1．总体