可编程控制器原理及工程应用论文.doc

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目录

TOC\o1-3\h\z\u摘要 2

第一章 绪论 3

第二章机械手的工作原理 4

2.1机械手的工作原理 4

第三章机械手控制系统的硬件设计 5

3.1机械手的控制要求 5

3.2机械手的工作方式 5

3.3自动方式下误操作的禁止 7

3.4机械手操作面板布置 8

3.5控制器的选型 8

3.6PLC的I/O地址分配 9

3.7PLC外部接线设计 11

第四章机械手控制系统软件设计 13

4.1机械手控制主程序流程图 13

4.2机械手控制程序设计 14

第五章结语 28

摘要

机械手具有成本低廉、结构简单、抗干扰性强等特点，已经应用于各种生产行业中。本文介绍了机械手控制系统以及外部接线，重点介绍了机械手的PLC控制系统的设计。

绪论

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高科技技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，这就更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

PLC在工业生产过程自动控制领域得到了广泛的应用，具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用等优点；气动技术中的压力介质来自于空气，环境污染小，容易实现控制工程，是实现自动化控制的重要手段之一，尤其在非污染行业占有重要的地位。本文阐述了机械手的控制原理、机械手装置和PLC控制系统的相关设计。

机械手的工作原理

2.1机械手工作原理

机械手工作时，首先由PLC发出电控制信号给电磁阀；电磁阀动作输出气信号到气控阀；气控阀接到信号后，将动力输给气缸；气缸运动，运动到指定行程时，触及机械阀；机械阀将气信号传到气电继电器；气电继电器将电信号传至机械手控制系统；PLC根据气缸到位情况，按程序执行下一步动作。系统工作原理框图如图2-1所示。

图2-1系统工作原理框图

第三章机械手控制系统的硬件设计

3.1机械手的控制要求

机床自动上下料机械手的动作包含执行手爪的加紧与松开，手腕的旋转，水平手臂的伸缩，垂直手臂的升降，以及手臂的旋转。机械手各个部分的动作均由液压实现驱动，而液压缸的动作是由相应的电磁阀控制。其中，手臂升降、手臂伸缩、手臂回转及手腕回转分别由双线圈的三位四通的电磁阀控制，例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；而当下降碰到下限行程开关时，下降电磁阀断电，机械手下降停止。当上升电磁阀通电时，机械手上升；而当上升碰到上限行程开关时，上升电磁阀断电，机械手上升停止。

执行手爪的夹紧与放松，采用常开式夹紧装置，通过单作用活塞缸的弹簧、单线圈的两位三通电磁换向阀与液控单向阀来控制实现。其中，当电磁阀线圈不通电时，执行手爪在弹簧的作用下恢复到夹紧状态，其过程是由定时器进行控制，而当电磁阀线圈通电时，通过液压油进入活塞缸内压缩弹簧使执行手爪张开，其过程是由压力继电器进行控制。执行手爪的夹紧与松开到位状态通过夹紧到位指示灯与松开到位指示灯显示。

结合机械手的设计要求，为了确保安全，机械手在自动运行状态下，只有当机床处于运行状态下并发出上料命令后方可进行上料过程的一系列的动作；当机床处于停止工作状态下并发出下料命令后方可进行下料过程的一系列的动作。同时在上料动作开始前，从工件运输台上抓取工件时，也要先判断运输台上有无工件可取。机械手在执行手腕、手臂的旋转与手臂的伸缩、升降动作时通过相应的行程限位开关控制动作始末状态的实现。机械手在上料或下料的过程中执行每个动作时必须到位方可进行下一工步的动作。

3.2机械手的工作方式

机床自动上下料机械手用于机床加工工件的柔性自动生产线中，代替人工工作，从而减轻工人劳动强度，节约加工辅助时间，提高劳动生产效率和生产力。通过上述对机械手的工作过程的控制要求分析，设计了机械手的动作方式为手动和自动两种工作方式。

1．自动工作方式：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手的动作将自动的、连续的周期性循环。在工作中若按下停止按钮，机械手将继续完成一个周期动作后，回到原点位置。

机床自动上下料机械手自动工作方式下的作业流程如图3-1所示：

图3-1 机械手上下料工作过程流程图

当机械手处于自动运行的状态下，复位后，从机械手位于原点开始，按下启动键，工件运输台上检测到等待加工的工件，且机床发出上下料命令，手爪夹紧缸电磁阀通电，手爪由夹紧的常态开始松开，松开到位后，手爪停止松开；——→前伸电磁阀通电，机械手手臂前伸，前伸到位后碰到前限行程开关，前伸电磁阀断电，前伸停止；——→手爪夹紧缸电磁阀断电，手爪开始在复位弹簧的作用下抓住工件；——→上升电磁阀通电，机械手开始上升，上升到机床三角卡盘中心高度即到位，碰到上限位开关，上升电磁