机电一体化毕业设计论文柔性制造系统中装配单元的设计.doc

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1、陕西航空职业技术学院机电工程系2012届毕业设计（论文）陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）毕业设计（或毕业论文）题目：柔性制造系统中装配单元的设计系（部） 机电工程系 机电一体化技术 学生姓名 * 班级学号 * 指导教师 * 2012 年 4 月 2 日毕业设计任务书 机电工程 系 机电一体化技术 专业学生姓名 * 学号 * 一、毕业设计题目： 柔性制造系统中装配单元的设计 二、毕业设计时间 2012 年4月2日三、毕业设计地点： 陕西 航 空 职 业 技 术 学 院 指导教师 * 2012 年 4 月 2 日目 录第一章 装配单元简介11.1 装配单元概述11.2 装配单元的结构组成2第二

2、章 装配单元的设计与选用62.1 机械手腕部的结构设计62.2PLC的选用82.2.1可编程序控制器的选型及工作过程82.3 PLC程序的实现112.4可编程序控制器的连接132.5可编程序控制器的工作过程142.6可编程序控制器的使用步骤142.7可编程序控制器的输入输出保护15第三章 装配单元的系统控制设计173.0装配单元机械手装置控制系统的设计方案173.0.1机械手的运动173.0.2机械手的驱动方案设计173.0.3 机械手的坐标型式与自由度173.0.4 机械手的控制方案设计183.0.5 机械手的技术参数列表193.1机械手可编程序控制器控制方案203.2可编程控制器的抗干扰措

3、施233.3 PLC应注意的问题及解决方法253.3.1工作环境253.3.2安装与布线253.3.3外部安全26第四章 电、气路的设计与调试274.1装配单元的气路设计与连接274.2装配单元的电路设计与接线294.3 装配单元的程序编制与系统调试30结 论31致 谢32参考资料33第一章 装配单元简介1.1 装配单元概述装配单元是将生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料仓库的物料按按生产需要进行分配，并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的过程。装配单元总装实物图如下。竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料加紧与松开，

4、完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径落入由气动摆台构成的物料位置转换装置，由摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持后位移，并插入以定位的半成品工作中。1.2 装配单元的结构组成 由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程，而且配有自身的物料仓库，因此它的结构组成包括：简易物料仓库，物料分配机构气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感安装支架等其他附件。简易物料仓库简易物料仓库是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在物料分配机构的底座连接孔中，

5、并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆柱的破坏。物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。为了能对料仓缺料时及时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器，并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。如下图：简易物料仓库中的物料外型一致，颜色分为黑色和白色。2.物料分配机构它的动作过程是由上下安装水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。当供气压力达到规定气压后，打开气路阀门，此时分配机构底部气缸在单电控电磁阀的作用下，恢复到初始状态-该气缸活塞杆伸出，因重力下落的物料被阻挡，系统上电并正常运行后，当位置变换机构料

6、盘旁的光电传感器检测到位置变换机构需要物料时，物料分配机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出，将与之对应的物料夹紧，使其不能下落，底部气缸活塞杆缩回，物料掉入位置变换机构的料盘中，底部气缸复位伸出，上部的气缸缩回，物料连续下落，为下一次分料做好准备。在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开官，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯点亮，并将检测到的信号传送给控制系统的PLC。物料分配机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器，使控制过程更准确可靠。3. 物料位置变换机构该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台驱动料盘旋转180度，并将摆动到位信

7、号通过磁性开关传给PLC，在PLC的控制下，实现有序，往复循环动作。见下图：4. 机械手机械手是整个装配单元的核心，变换机构有物料的信号传送至PLC，在半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下，机械手从初始状态执行装配操作过程。整体外型如图所示：PLC驱动与竖直气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，磁性开关检测到下移到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将加紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开位置变换机构的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前

8、端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。在整个机械手动作过程中，除了气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及手指组成的机械手按程序自动运行。5.半成品工件的定位机构 输送单元送来的半成品工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。如图所示。6.电磁阀组就是将多个阀集中在一起组成的一组阀，每一个阀的功能是彼此独立的。装配单元的

9、阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如下图所示。这些阀分别对物料分配，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。第二章 装配单元的设计与选用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技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它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。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。2.在装配作业中应

10、用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。5.宇宙及海 2.1 机械手腕部的结构设计机器人的手臂运动（包括腰座的回转运动），给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动位置，而安装在机器人手臂末端的手腕，则给出了机器人末端执行器在其工作空间中的运动姿态。机器人手腕是机器人操作机的最末端，它与机器人手臂配合运动，实现安装在手腕上的末端执行器的空间运动轨迹与运动姿态，完成所需要的作业动作。1.机器人手腕的自由度数，应根据作业需要来设

11、计。机器人手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器人腕部的灵活性愈高，机器人对对作业的适应能力也愈强。但是，自由度的增加，也必然会使腕部结构更复杂，机器人的控制更困难，成本也会增加。因此，手腕的自由度数，应根据实际作业要求来确定。在满足作业要求的前提下，应使自由度数尽可能的少。一般的机器人手腕的自由度数为2至3个，有的需要更多的自由度，而有的机器人手腕不需要自由度，仅凭受臂和腰部的运动就能实现作业要求的任务。因此，要具体问题具体分析，考虑机器人的多种布局，运动方案，选择满足要求的最简单的方案。2.机器人腕部安装在机器人手臂的末端，在设计机器人手腕时，应力求减少其重量和体积，结构力求紧凑

12、为了减轻机器人腕部的重量，腕部机构的驱动器采用分离传动。腕部驱动器一般安装在手臂上，而不采用直接驱动，并选用高强度的铝合金制造。3.机器人手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。4.机器人的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。5.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。6.手腕各关节轴转动要有限位开关，并设置硬限位，以防止超限造成机械损坏。通过对数控机床上下料作业的具体分析，考虑数控机床加工的具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，

13、本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。具体的手腕（手臂手爪联结梁）结构见图2-1。图2-1手爪联结结构图2-2 机械手控制图1在传输带A端部，安装了光电开关PS，用以检测洋的开发。 2.机械手在原位时，按下起动按钮，系统起动，传送带A运转。当光电开关检测到物品后，传送带A停。 3传输带A停止后，机械手进行一次循环动作，把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转）上。 4.机械手返回原位后，自动再起动传送带A运转，进行下一个循环。 5按下停止按钮后，应等到整个循环完成后，才能使机械手返回原位，停止工作。 6.机械手的上升下降和左移右移的执行

14、结构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现，每个线圈完成一个动作。 7.抓紧放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成，线圈通电时执行抓紧动作，线圈断电时执行放松动作。 8.机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。9.抓紧动作由压力继电器控制，当抓紧时，压力继电器动合触点闭合。放松动作为时间控制（设为2s）。2.2 PLC的选用2.2.1可编程序控制器的选型及工作过程一、可编程序控制器的选型PLC选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下，尽量保证工作可靠、维护使用方便以及最佳的性价比。1、对于工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC；2、PLC

15、一般是根据其输入输出点数及存储器容量的大小分类，在PLC选型之前首先确定系统I/O点数利存储器容量。3、PLC一般可以通过三种方式进行编程。一种是厂家提供的普通手持式编程器编程，一般只能用于厂家规定的语句表中的语句进行编程；另一种是在普通计算机上运行专用的编程软件来编程，支持的编程语言多编程操作非常方便；第三种是厂家专用图形编程器编程，这类编程器采用梯形图编程，方便直观，我们此次设计就是采用梯形图编程。装配单元所需的I/O点数较多。其中，输入信号包括来自按钮指示灯模块的按钮、开关等主令信号，单元各构件的传感器信号灯；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到步进电动机驱动器的脉

16、冲信号和驱动方向信号。此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮指示灯模块的指示灯、蜂鸣器等，以显示本单元或系统的工作状态。由于需要输出驱动步进电动机的高速脉冲，因此PLC应采用晶体管输出型。基于上述考虑，选用西门子S7-226ACDCDC型PLC，共24点输入，16点晶体管输出。PLC安装在模盒中。PLC引出线连接到面板上的安全插孔处。面板上每一输入插孔旁都设有一个钮子开关，该开关的 2根引出线分别连接到PLC输入端的公共参考点和相应的输入点，开关扳倒接通位置时，使该输入点ON，可以用于程序调试。须注意的是，在调试后要把开关扳回OFF位置，以免影响程序正常进行。除了CPU221外，S7-200的其他

17、CPU型号都可以附加扩展模块，以增加I/O点数、扩展通信能力和一些特殊功能。S7-200的扩展模块包括：数字量I/O扩展模块 模拟量I/O模块 通信模块 功能模块 不同类型的模块可以组合搭配，一起做S7-200 CPU的扩展模块。 二、数字量I/O扩展模块数字量I/O扩展模块有：EM221：数字量输入扩展模块。包括 8点 x 24VDC 8 x 120/230VAC 16 x 24VDC EM222： 数字量输出扩展模块 4 x 24VDC/5A 4 x 继电器/10A 8 x 24VDC/0.75A 8 x 继电器/2A 8 x 120/230VAC/0.5A EM223：数字量输入/输出混

18、合模块 4 x 24VDC输入；4 x 24VDC/0.75A输出 4 x 24VDC输入；4 x 继电器/2A输出 8 x 24VDC输入；8 x 24VDC/0.75A输出 8 x 24VDC输入；8 x 继电器/2A输出 16 x 24VDC输入；16 x 24VDC/0.75A输出 16 x 24VDC输入；16 x 继电器/2A输出 不同类型的数字量模块可以同时连接到CPU后面，只要注意各自的电源连接就可以了。三、模拟量扩展模块除了CPU224 XP外有两通道输入/1通道输出的简单模拟量I/O组外，其他CPU都需要加模拟量扩展模块才能获得模拟量I/O能力。EM231：4通道电源/电流

19、模拟量输入 EM231 RTD：2通道热电阻温度输入模块 EM231 TC：4通道热电偶温度输入模块 EM235：4通道电压、电流输入/1通道电压、电流输出模块 四、通信模块除CPU本体上的通信口可以支持PPI/MPI和自由口通信之外，S7-200系列使用扩展模块支持更多的通信模式。这些通信模块有：EM277：PROFIBUS-DP/MPI通信模块。带DB-9插座，可连接到PROFIBUS-DP和MPI网络上。EM277也可以用于连接西门子的HMI产品 EM241：模拟音频调制解调器（Modem）模块，带RJ11电话插口。支持自动电话拨号等功能 CP243-1：以太网模块，带RJ45接口，可连

20、接到支持TCP/IP标准的以太网中，与西门子的其他CP243模块、CP343/CP443模块，或西门子软件（OPC Server）通信 CP243-1 IT：带因特网功能的以太网模块，除CP243-1的功能外，还支持FTP、HTTP、E-mail等IT功能 CP243-2：AS-Interface（执行器传感器接口）主站模块。AS-Interface从站可以连接到端子上。一个完整的系统还需要AS-Interface电源等设备 五、功能模块S7-200目前有一种特殊功能模块：EM253：定位处理模块，支持开环速度和定位控制。一般用于控制步进电机控制器和伺服电机控制器。支持RS422/RS-485

21、差动输出和漏极开路输出。每个模块可以控制一个轴。使用多个模块的情况下也不能进行复杂的插补计算 2.3 PLC程序的实现S7-200的数据主要分为：与实际输入/输出信号相关的输入/输出映象区：I：数字量输入（DI） Q：数字量输出（DO） AI：模拟量输入 AQ：模拟量输出内部数据存储区V：变量存储区，可以按位、字节、字或双字来存取V 区数据 M：位存储区，可以按位、字节、字或双字来存取M区数据 T：定时器存储区，用于时间累计，分辨率分为1ms、10ms、100ms三种 C：计数器存储区，用于累计其输入端脉冲电平由低到高的次数。CPU提供了三种类 型的计数器：一种只能增计数；一种只能减计数；另外

22、一种既可 以增计数，又可以减计数 寻址格式数据长度（二进制位）数据类型取值范围BOOL（位）1（位）布尔数（二进制位）真（1）；假（0）BYTE（字节）8（字节）无符号整数0 255；0 FF（Hex）INT（整数）16（字）有符号整数- 32768 32767；8000 7FFF（Hex）WORD（字）无符号整数0 65535；0 FFFF（Hex）DINT（双整数）32（双字）有符号整数- 2147483648 21474836478000 0000 7FFF FFFF（Hex）DWORD（双字）无符号整数0 4294967295；0 FFFF（Hex）REAL（实数）IEEE 32位单精

23、度浮点数-3.402823E+38 -1.175495E-38（负数）；+1.175495E-38 +3.402823E+38（正数）； 0.0ASCII8个（字节）字符列表ASCII字符、汉字内码（每个汉字2字节）STRING（字符串）字符串1 254个ASCII字符、汉字内码（每个汉字2字节）图11 S7-200支持的数据格式2.4可编程序控制器的连接1、机与实现通信的条件带异步通信适配器的机与只有满足如下条件，才能互联通信：（）带有异步通信接口的才能与带异步通信适配器的机互联。还要求双方采用的总线标准一致，否则要通过“总线标准变换单元”变换之后才能互联。（）双方的初始化，使波特率、数据位

24、数、停止位数、奇偶校验都相同。（）要对的通信协议分析清楚，严格地按照协议的规定及帧格式编写机的通信程序。中配有通信机制，一般不需用户编程。2、机及与系列的串行通讯21 硬件连接机与系列不能直接连接，要经过单元进行的变换。22 系列的通信协议在机中必须依据互联的的通信协议来编写通信程序，因此先介绍系列的通信协议。（）数据格式系列采用异步格式，由位起始位、位数据位、位偶校验位及位停止位组成，波特率为，字符为码。（）通信命令系列有个通信命令，它们是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令。（）通信控制字符系列采用面向字符的传输规程，用到个通信控制字符。（4）传输过程机与系列之间采用应答方式通信，传输出

25、错则组织重发。2.5可编程序控制器的工作过程可编程序控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的。为此采用了循环扫描的工作方式。具体的工作过程可分为4个阶段。第一阶段是初始化处理。可编程序控制器的输入端子不是直接与主机相连，CPU对输入输出状态的询问是针对输入输出状态暂存器而言的。输入输出状态暂存器也称为I/0状态表.该表是一个专门存放输入输出状态信息的存储区。其中存放输入状态信息的存储器叫输入状态暂存器;存放输出状态信息的存储器叫输出状态暂存器。开机时， CPU首先使I/0状态表清零，然后进行自诊断。当确认其硬件工作正常后，进入下一阶段。第二阶段是处理输入信号阶段。在处理输入信号阶段，C

26、PU对输入状态进行扫描，将获得的各个输入端子的状态信息送到I/0状态表中存放。在同一扫描周期内，各个输入点的状态在I/0状态表中一直保持不变，不会受到各个输入端子信号变化的影响，因此不能造成运算结果混乱，保证了本周期内用户程序的正确执行。第三阶段是程序处理阶段。当输入状态信息全部进入I/0状态表后，CPU工作进入到第三个阶段。在这个阶段中，可编程序控制器对用户程序进行依次扫描，并根据各I/0状态和有关指令进行运算和处理，最后将结果写入I/0状态表的输出状态暂存器中。第四阶段是输出处理阶段。CPU对用户程序已扫描处理完毕，并将运算结果写入到I/0状态表状态暂存器中。此时将输入信号从输出状态暂存器

27、中取出，送到输出锁存电路，驱动输出继电器线圈，控制被控设备进行各种相应的动作。然后，CPU又返回执行下一个循环的扫描周期。2.6可编程序控制器的使用步骤在可编程序控制器与被控对象(机器、设备或生产过程)构成一个自动控制系统时，通常以七个步骤进行:(1)系统设计即确定被控对象的动作及动作顺序。(2) I/0分配即确定哪些信号是送到可编程序控制器的，并分配给相应的输入端号;哪些信号是由可编程序控制器送到被控对象的，并分配相应的输出端号.此外，对用到的可编程序控制器内部的计数器、定时器等也要进行分配。可编程序控制器是通过编号来识别信号的。(3)画梯形图它与继电器控制逻辑的梯形图概念相同，表达了系统中

28、全部动作的相互关系。如果使用图形编程器(LCD或CRT)，则画出梯形图相当于编制出了程序，可将梯形图直接送入可编程序控制器。对简易编程器，则往往要经过下一步的助记符程序转换过程。(4)助记符机器程序相当于微机的助记符程序，是面向机器的(即不同厂家的可编程序控制器，助记符指令形式不同)，用简易编程器时，应将梯形图转化成助记符程序，才能将其输入到可编程序控制器中。(5)编制程序即检查程序中每条语法错误，若有则修改。这项工作在编程器上进行。(6)调试程序即检查程序是否能正确完成逻辑要求，不合要求，可以在编程器上修改。程序设计(包括画梯形图、助记符程序、编辑、甚至调试)也可在别的工具上进行。如IBM-

29、PC机，只要这个机器配有相应的软件。(7)保存程序调试通过的程序，可以固化在EPROM中或保存在磁盘上备用。2.7可编程序控制器的输入输出保护类别保护措施直流输入在需要保护的输入口反并接稳压二极管,稳压值低于输入口的 电压额定值交流输入在需要保护的输入口并接电阻与电容串联的组合交流感性负载在负载两端并联压敏电阻,或并联电阻与电容串联的组合(C=0.1UF;R:0.5W,100-200欧)直流感性负载在负载两端并联续流二极管(额定电流为1安左右)或齐纳二管第三章 装配单元的系统控制设计3.0装配单元机械手装置控制系统的设计方案 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求它们

30、具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件;明确工件的结形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求，尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实柔性转换和编程控制.3.0.1机械手的运动机械手以及其手部所夹持的工件（或工具）在空间的位置，由臂部、腕部等组成部件以及整机的各自独立运动的合成来确定。如图2所示，机械手通常可实现如下

31、的基本动作：手臂的运动：伸缩运动、回转运动、上下摆动（即俯仰）、升降运动。手腕的运动：回转运动、上下摆动、左右摆动。手部的运动：夹紧和松开。整机主体的运动：整机行走。机械手的每一个运动，必须要配有一个原动件，当各原动件按一定的规律运动时，机械手各运动部件随之作确定的运动，从而使机械手具有运动和位置的确定性。所以通过上述我采取了下列设计方案。3.0.2机械手的驱动方案设计由于气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小，成本低廉因此本机械手采用气压传动方式。3.0.3 机械手的坐标型式与自由度按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其坐标型式可分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式和关节式

32、按坐标系分类：（1)直角坐标机械手主机架由三个相互正交的平移轴组成，手臂可作前后伸缩、上下升降和左右横移三个动作，具有结构简单、定位精度高的特点。(2）圆柱坐标机械手由立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成，手臂可作前后伸缩、上下升降和绕立柱转动三个动作，这种结构占据空间位置小，活动范围大。(3）球坐标机械手由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，手臂可作前后伸缩、上下摆动（俯仰和左右摆动三个动作，该结构能以简单的机构得到较大的工作范围。(4）关节坐标机械手由大小两手臂和立柱等机构组成，大小臂间的联结为肘关节，大臂和立柱间的联结为肩关节，可实现三个方向的旋转运动，具有动作灵活、运动惯性小、动作范围大等

33、优点。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩及回转运动，因此，采用圆柱坐标型式。相应的机械手具有三个自由度，为了弥补升降运动行程较小的缺点，增加手臂摆动机构，从而增加一个手臂上下摆动的自由度。3.0.4 机械手的控制方案设计考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障

34、时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容

35、易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。3.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。根据以上特点，我选择了PLC作为我此次设计机械手的软件。3.0.5 机械手的技术参数列表一、用途:用于自动输送线的上下料。二、设计技术参数:1、抓重10公斤 (夹持式手部)5公斤（气流负压式吸盘）2、自由度数：3个自由度3、坐标型式：圆柱坐标4、最大工作半径：1500mm5、手臂最大中心高：1380mm6、手臂运动参数： 升降

36、行程 200mm升降速度 300mm/s回转范围 0 180回转速度 907、手腕运动参数：回转范围 0 180回转速度 180/s8、手指夹持范围：棒料 : 80150mm片料 : 面 积不大于0.5m Z9、定位方式：行程开关或可调机械挡块等10、定位精度：士0.5mml1,缓冲方式：液压缓冲器12.驱动方式：气压传动13、控制方式：点位程序控制3.1机械手可编程序控制器控制方案1、系统简介控制对象为圆柱坐标气动机械手。它的手臂具有两个自由度，即竖直方向的上、下;绕竖直轴的顺时针方向旋转及逆时针方向旋转。另外，其末端执行装置机械手，还可完成抓、放功能。以上动作均采用气动方式驱动，即用五个二

37、位五通电磁阀(每个阀有两个线圈，对应两个相反动作)分别控制五个气缸，使机械手完成伸、缩、上、下、旋转及机械手抓放动作。其中旋转运动用一组齿轮齿条，使气缸的直线运动转化为旋转运动。这样，可用PLC的8个输出端与电磁阀的8个线圈相连，通过编程，使电磁阀各线圈按一定序列激励，从而使机械手按预先安排的动作序列工作.如果欲改变机械手的动作，不需改变接线，只需将程序中动作代码及顺序稍加修改即可。另外 ，除抓放外，其余六个动作末端均放置一个限位开关，以检测动作是否到位，如果某动作没有到位，则出错指示灯亮。2、工业机械手的工作流程此机械手用于AB传送带之间的取放货物。当按下启动按钮之后，有如下动作:按启动后，

38、传送带A运行，直到触动光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位触动行程开关，机械手夹紧物体，2s后开始上升，面机械手保持夹紧。上升到位触动行程开关后左转，左转到位后下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运动，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A开始运行直到按下光电开关才停止，再次循环。3 I/0分配根据系统输入输出点的数目，选用OMRONC 28P型PC，它有16个输入点，标号为00000015; 12个输出点，标号为0500-0511.I/0分配输入输出启动X0A带运动Y1停止X6B带运动Y2A带限位开关X1机械手下降Y3上升到位左限位开关X2机

39、械手上升Y4上升到位右限位开关X4机械手右转Y5下降到位左限位开关X3机械手左转Y6下降到位右限位开关X5夹紧/松开Y7夹紧延时开关T0松开延时开关T1机械手I/O接线图5、梯形图设计根据机械手的逻辑时序图及1/0分配可看出：(1)手臂下降的条件:带触动限位开关（Y1为OFF,X1为ON），或机械手右转到位（X4为ON）并且机械手保持夹紧状态（Y7为ON）.(2)手臂上升的条件:机械手处于下限位开关处（X3或X5任意一个为ON）,延时开关接通（T0或T1任意一个为ON）.(3)手臂夹紧或松开的条件：机械手处于下限位开关处（X3或X5任意一个为ON），延时开关闭合（T0或T1为OFF）.(4)手

40、臂右转的条件:机械手上升到位触动左限位开关（X2为ON）.(5)手臂左转的条件: 机械手上升到位触动右限位开关（X4为ON）.6、机械手控制程序来源：( - 毕业设计机械手的PLC自动控制(续)_欧阳若无_新浪博客地址 指令 数据0 LD M80021 AND X0062 SET S03 STL S04 LD X0005 SET S206 STL S207 OUT Y0018 LD X0019 SET S2110 STL S2111 OUT Y00312 LD X00313 SET S2214 STL S2215 OUT Y00716 OUT T0 K2017 LD T018 SET S231

41、9 STL S2320 OUT Y00421 OUT Y00722 LD X00223 SET S2424 STL S2425 OUT Y00526 OUT Y00727 LD X00428 SET S2529 STL S2530 OUT Y00331 OUT Y00732 LD X00533 SET S2634 STL S2635 OUT T1 K2036 NOP37 LD T138 SET S2739 STL S2740 OUT Y00441 LD X00442 SET S2843 STL S2844 OUT Y00645 OUT Y00246 LD X00247 OUT S2048 RE

42、T49 END3.2可编程控制器的抗干扰措施自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定性和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用，但是由于它直接和现场的I/O设备相连，外来干扰很容易通过电源线或I/O传输线侵入，从而引起控制系统的误动作。PLC受到的干扰可分为外部干扰和内部干扰。在实际的生产环境下，外部干扰是随

43、机的，与系统结构无关，且干扰源是无法消除的，只能针对具体情况加以限制；内部干扰与系统结构有关，主要通过系统内交流主电路，模拟量输入信号等引起，可合理设计系统线路来削弱和抑制内部干扰和防止外部干扰。要提高PLC控制系统的可靠性，就要从多方面提高系统的抗干扰能力。分析硬件电路，提出硬件抗干扰措施1、PLC控制系统的安装和使用环境PLC是专为工业控制设计的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但是在PLC控制系统中，如果环境过于恶劣，或安装使用不当，会降低系统的可靠性。PLC使用环境温度通常在0 55范围内，应避免太阳光直接照射，安装位置应远离发热量大的器件，同时应保证有足够大的散热空间和通风条件。环境湿度一般应小于85%，以保证PLC有良好的绝缘。在含有腐蚀性气体