1、學 生 畢 業 設 計（論 文）論文題目： 機械手電氣控制設計 姓 名： 學 號： 專業班級： 所屬系部： 指導老師： 職稱： 完成時間： 目 錄 摘 要3Abstract4第一章 緒論51.1 機械手簡介51.2機械手的設計的簡介5第二章 機械手控制要求和總體設計72.1機械手控制要求72.2 PLC的由來和定義92.3 PLC的特點和主要應用92.4機械手的總體設計10第三章 機械手的硬件和軟件設計113.1PLC的I/O分配113.2各種按鈕選擇133.3總體流程設計133.4軟件系統設計143.5系統設計中的問題及解決方法143.5.1硬件方面的問題143.5.2軟件方面的問題153.

2、5.3安裝調試方面的問題15第四章 總結17附件附圖 梯形圖：18附表語句表：23參考文獻25致謝26摘 要傳統的自動控制裝置在機械手控制過程中,由于可靠性差、故障多、維修困難等原因,已經不能滿足機械手控制的需求。以多關節機械手為研究對象,采用三菱 FX2N-48MR 可編程控制器( PLC) 對其都電磁閥裝置進行順序控制,可以較好地解決這一問題,詳細討論了機械手系統的機械結構、工作原理及PLC 系統控制,運用應用指令可以方便快捷的完成編程。 實踐證明，機械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產率和自動化水平。工業生產中經常出現的笨重工件的搬運和長期頻繁、

3、單調的操作，如果沒有機械手那么工人的勞動強度是很高的，有時候還要用行車員工件，生產速度大大延緩，這種情況采用機械手是很有效的。此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染環境條件下進行操作，更顯示其優越性，有著廣闊的發展前途。關鍵詞：機械手；PLC；控制系統；FX2N48MRAbstractTraditional automatic control device in robotic control process, the reliability, failure and more, maintenance difficulties and other reasons, can

4、 no longer meet the demand for robotic control. To multi-joint robot as the research object, FX2N-48MR Mitsubishi programmable logic controller (PLC) devices to its order of solenoid valves are controlled, can solve this problem discussed in detail the mechanical manipulator system structure and wor

5、king principle and PLC control system, the use of application instructions can be convenient and efficient completion of programming. Practice has proved that robots can replace the heavy manual labor, significantly reduce labor intensity and improve working conditions, improve labor productivity an

6、d automation. Industrial production in the often cumbersome and long-term frequent handling of the workpiece, the operation of monotonous, if not mechanical hand that labor intensity is high, and sometimes even employees with travel documents, the production rate significantly delayed, this mechanic

7、al hand is very effective. In addition, it can heat, cold, deep water, the universe, radioactive and other toxic and pollute the environment to operate under the conditions, but also demonstrate its superiority, has a broad development prospects.Keywords: Manipulator; PLC; control system; FX2N48MR 第

8、一章 緒 論在工業生產和其他領域的某些工作中，人們經常處于高溫或者有毒等對人身健康有損害的環境中從事重復的勞動，這樣生產成本不但高，而且又危及人們的生命安全。隨著工業自動化的發展、生產效率的提高和勞動強度的增大，機械手的出現使這些問題得到了較好的解決，把人們從重復繁重的機械勞動中解放出來，處理更加復雜的生產過程，既能提高產品質量，又可以使人們受到較小的傷害。機械手一般由耐高溫、耐腐蝕的材料制成，多用于惡劣的生產環境，以及要求精度較高的工作場合。1.1 機械手簡介機械手的出現和發展已經使傳統工業生產發生了根本性變化，從手工式、機械式的生產跨越到自動化、智能化的生產。一般的工業機器人指的就是一個機

9、械臂帶動一個簡單的夾緊機構組成，此類機器人用來完成大范圍的工件轉移或者加工，卻不能實現精細操作的功能，同時由于傳統機器入的各個部件的尺寸通常較大，其運動定位的精度就不高，所以無法進行裝配及微小的操作。普通的機械手手爪結構多為形狀簡單的夾鉗式、托持式和吸附式等，只能用來抓握形狀規則而且固定的工件，其抓握能用性非常有限，如果工件為不規則物體且沒有對應的夾具，就無法對其進行操作。但是隨著工業化的進展，勞動強度和工作量的增大，容易造成對工人的傷害，同時，在一些具有危險性和未知的環境中，需要一些精密的控制，所以對于能適應各種工件形狀的機械手的需求越來越多，于是機械手就逐漸發展起來了。1.2機械手的設計的

10、簡介傳統的機械手采用繼電器控制，由于其線路復雜、維護困難、可靠性差等缺點，無法滿足機械手控制的需要。可編程控制器(PLC)的出現使得這類問題得到解決，PLC控制，具有結構簡單、控制方便、可靠性高、編程簡單、功耗低和改造方便的特點。傳統的機械手無法完成精確的操作工作，所以使用PLC控制機械手，并且能夠完成動作要求精度高的工作。隨著社會進步和科學技術的發展，工業生產的操作方式也發生著革命性的變化，從手工作坊式的勞動，逐步演變成自動化、智能化的生產方式，人類也逐漸無法完成某些生產過程，所以為了適應生產的需要出現了特殊的生產工具機械手。與此同時也出現了一些新的生產活動，在這些生產活動中，有些是屬于高危

11、性的，對人體傷害較大，有些領域不適宜人類工作，而機械手則正好適應這類工作。第二章 機械手控制要求和總體設計2.1機械手控制要求該系統的控制方式由操作面板的轉換開關箭頭指向的位置決定(參見圖一). 上升下降左移右移放松夾緊單周期 自動手動回原點 X5X3 X7X6單步 x4原點SBSBSBSBSBSB啟動X1SB停止X2SBSBX17油泵啟停SBX16X14X12X10X15X13X11圖一 操作方式面板布置圖1.油泵啟動及停車：單按鈕操作，壓下油泵啟/停按鈕，油泵啟動，再壓一次，油泵停車2.機械手的操作分為手動和自動兩種操作方式手動手動：選擇手動方式，按手動按鈕，結合限位開關，對各個動作進行單

12、獨控制回原點：選擇回原點方式，按原點按鈕，機械手回原點自動單步：選擇單步方式，按啟動按鈕，機械手動作一個工步后自動停止單周期：選擇單周期方式，按啟動按鈕，機械手動作一個周期后自動停止，在動作過程中，按停止按鈕，機械手立即停止自動：選擇自動方式，按啟動按鈕，機械手周而復始動作，在動作過程中，按停止按鈕，機械手不立即停止，而是等到當前工作周期結束后再停止3.手動和自動兩種工作方式不僅能各自獨立工作，還能實現它們之間的互相轉換，自動轉換到手動時夾緊要保持，其它的都要復位；手動轉換到自動時，按下自動的任意啟動按扭，機械手能接著手動的動作繼續運行機械手在生產線上的主要任務是，將物品從傳送帶A點轉移至B點

13、，整個工作過程機械手包括以下動作：機械手移動動作輸入輸出信號定義如圖二所示。左上作為原點，工件按下降、夾緊、上升、右行、下降、松開、上升、左行回原點為一個工作周期的次序依次進行。上升下降、左行右行、夾緊松開均使用電磁閥控制液壓系統實現。左限位 x20原點啟動 x1夾 鉗夾 鉗左移 y12右移 y13右限位 x21上限位 x22上限位 x22下降 y11下降 y11下限位 x23下限位 x23上升 y10上升 y2放松 y15夾緊 y14圖二 機械手動作示意圖2.2 PLC的由來和定義可編程控制器(Programmable Controller)屬于計算機家族中的一員，是為了工業控制方面的應用而

14、設計制造的。早期的可編程控制器被稱為可編程邏輯控制器(programmable logical Controller)，簡稱為PLC，主要用來進行邏輯控制。隨著計算機技術的進步，相繼出現了微處理器和微型計算機，人們將微機的技術應用于這種裝置中，增加了運算、數據傳送和處理的功能，其功能大大超過了邏輯控制的范圍，因此，這種裝置被稱為可編程控制器，簡稱PC，但由于它和個人計算機(Personal Computer)的簡稱PC容易混淆，所以仍然稱它為PLC。可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境中應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，在其內部用于存儲用戶程序，并執行邏輯運算、順序控

15、制、定時、計數和算術操作等用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入肋出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按照方便與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。2.3 PLC的特點和主要應用為了滿足現代化工業生產日趨復雜，以及多樣化的特點(例如，實現邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作)，對控制的要求也各不相同，目前普遍需要通用性高的控制系統。PLC的出現受到了廣大工程技術人員的歡迎，其主要特點包括以下幾個方面。(1) 功能完善。 (2)控制系統結構簡單，通用性強。(3)編程方便，使用簡易。 (4)設計、施工和調試的周期短。(5)抗干擾能力強，可靠性高。

16、 (6)體積小，維護操作方便。 PLC在其產生的初期由于價格高等原因，使它的使用受到了限制。但近年來，PLC的應用逐漸廣泛起來，主要原因有兩個：一是微處理器的芯片和相關元件的價格不斷下降；二是PLC自身的功能大大增強。PLC的應用面很廣，在工廠自動化和計算機集成制造系統(CMS)內占有重要地位。目前PLC在國內外己廣泛應用于鋼鐵、采礦、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、造紙、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為六種類型：開關量的邏輯控制。模擬量控制。運動控制。過程控制。數據處理。通信及聯網。2.4機械手的總體設計機械手控制系統設計主要包括兩個方面：一個是機械方面

17、的設計（動作示意圖如圖圖三所示），另一個就是電氣控制方面的設計（信號輸入輸出 表格一）。這兩個方面既相互獨立，又有很多的聯系，在設計機械結構的時候不僅需要考慮電氣部分是否能夠實現，而且也要考慮是否存在加工時的問題，在設計電氣部分時，也要考慮是否有這樣的機械結構能夠滿足要求。第三章 機械手的硬件和軟件設計3.1PLC的I/O分配及PLC外圍接線圖I/O分配表x1啟動x12左移x2停止x13右移x3回原點x14加緊x4單步x15放松x5單周期x16油泵啟/停x6手動x17原點x7自動x20左限位X10上升x21右限位x11下降x22上限位x23下限位表格一 I/O分配表格PLC外圍接線圖圖三 PL

18、C的外圍接線圖3.2各種按鈕選擇及功能急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點，按下后旋轉復位：手動自動按鈕采用旋扭，一邊常閉，一邊常通；其余按鈕均采用觸點觸發方式，按下即接通，松開即復位。在此系統中，共用勒4個限位開關：上升限位開關、下降限位開關、左限位開關和右限位開關。限位開關主要是用來控制機械手在運動過程中的停止時刻和位置。 (1)上升限位開關。上升限位開關用于控制機械手在整體上升時的位置，防止機械手向上運動超出范圍。事先在機械工作平臺上方的合適位置上安裝好限位開關，當機械手逐漸上升，直到接觸到工作臺上方的限位開關時，PLC控制機械手停止上升。 (2)下降限位開關。下降限位開關用于控制機械手在整體下

19、降時的位置，防止機械手向下運動超出范圍。事先在機械工作平臺下方的合適位置上安裝好限位開關，當機械手逐漸下降，直到接觸到工作臺下方的限位開關時，PLC控制機械手停止下降。 (3)左限位開關。左限位開關用于控制機械手手臂向左運動時的定位，防止機械手手臂運動到位后過沖。事先在機械工作平臺的合適位置上安裝好限位開關，當機械手手臂向左運動，直到接觸到工作臺左邊的限位開關時，PLC控制機械手手臂停止向左運動。(4)右限位開關。右限位開關用于控制機械手手臂向右運動時的定位，防止機械手手臂運動到位后過沖。事先在機械工作平臺的合適位置上安裝好限位開關，當機械手手臂向右運動，直到接觸到工作臺右邊的限位開關時，PL

20、C控制機械手手臂停止向右運動。3.3總體流程設計 根據系統的控制要求，此機械手工作時的動作有以下幾個步驟。 (1)旋鈕置于自動方式，按下啟動按鈕，工作臺開始工作。 (2)機械手在油缸的驅動下上升至設定位置。 (3)機械手在到達設定的高度后，開始左移，同時左限位器檢測是否到位。 (4)若右限位檢測到位后，則機械手在油缸的驅動下下降至設定位置；下限位檢測若到位，則機械手在下限位抓緊工件。 (5)手爪抓緊工件后，機械手上升至設定位置。 (6)上升到位后，機械手開始右移至設定位置。 (7)手臂右移到位后，開始下降至設定位置。 (8)下降到位后，手爪松開，放下工件。 (9)放下工件后機械手再次上升至設定

21、位置。(10)上升到位后，就往左移，一個周期完成。（11）動作示意圖夾緊右移工件傳送機械左移下降上升放松工件 B點 A點圖三 動作示意圖3.4軟件系統設計 本文采用三菱 FX2N-系列可編程控制器設計開發的，它功能強大，既可以作為用戶開發控制程序使用，同時也可實時監控用戶程序執行的狀態。以上介紹了械手的機構設計，以及PLC的外圍電路連接，這是控制系統的基礎，該部分設計的好與壞直接影響控制系統的功能。軟件系統的設計都是在機械結構或硬件結構確定后才開始，一般采用自上而下的設計方式，即先設計出控制系統的框圖，然后按照具體的控制過程細化下去，接著完成梯形圖的設計，最后總成調試。3.5系統設計中的問題及

22、解決方法在設計過程中，會由于缺少經驗或者考慮不周等各種原因，造成設計出的系統不能滿足控制的要求，或者沒有按照設計的要求來運行等問題主要來自于兩個方面：一個是機械結構方面的原因；另一個是軟件設計方面的時序問題。3.5.1硬件方面的問題 在硬件方面主要有機械結構的設計和PLC的外圍硬件連接部分。對于機械結構設計方面，完成一個多關節機械手的設計需要較好的機械設計與制造方面的知識，在設計過程中既要考慮整體結構的平衡性、各個部分的連接和動力配置及傳送問題，還要考慮它的可加工性，可加工性是整個系統的重中之重。因此在設計過程中，不僅需要設計整體的框架，同時還要考慮各種傳感器、限位開關，以及油缸和電磁閥的擺放

23、，預留出相應的位置和安排線路的空間，并且要考慮到各種設備的安裝，以及更換是否方便等問題。對于PLC連接外部設備方面，主要是一些按鈕和儀器、儀表的設置，還有對外圍一些電磁閥和繼電器的控制。注意考慮元件正負極的區別，并正確連接到PLC上，如果是對繼電器等進行驅動，在輸出點還需并聯突波吸收二極管等保護裝置，防止電流回流對PLC造成損壞。3.5.2軟件方面的問題 程序編寫完成后，首先要進行模擬仿真。模擬調試時，先從各個模塊單元入手，觀察輸入和輸出狀態指示燈，看它們是否按照所需的邏輯狀態亮和滅；對于中間繼電器的狀態則需要在裝置監控中觀察：對于計數器和定時器的值則可以在梯形圖下打開梯形圖監控，觀察它們值的

24、變化。再對整個程序進行調試，直到沒有時序錯誤符合工藝的控制要求。 同時，在調試時還可以發現硬件方面的錯誤，例如，PLC的接線或者外部連接與設計圖紙不同，此時若硬件改動比較方便則改動硬件：若改動起來比較麻煩，就可以在軟件上進行修改，既方便，又省時省力。 、對于自動過程的程序編寫，應按照邏輯關系進行編程；而對于手動控制，則采用狀態變量編程，盡量少用上升沿觸發等邏輯關系，容易造成控制錯誤或者設備不動作。3.5.3安裝調試方面的問題 雖然PLC的抗干擾能力較強，但是為了保證控制過程的可靠性，仍然需要采取一定的損干擾措施，主要有以下幾項措施。 (1)電源回路的雜波可以通過電源導線進入控制裝置，這種雜波對

25、系統中各種電氣設備危害很大，容易造成評論PLC誤動作。可采取屏蔽變壓器和電源濾波等方式預防。 (2)通過接地也可以有效地防止電磁干擾。 (3)PLC的布線要盡量遠離高壓、高頻等設備。在調試的時候，會出現控制動作與設計思路不同，首先要用GX的編程軟件監控程序執行過程，觀察相關觸點的狀態，根據現象找出可能出問題的觸點，看是否存在觸點無法接通或無法關斷的問題。在手動程序中，尤其要注意，機械手的每一個動作都是獨立的，其他動作沒有先后順序，所以在程序編寫過程中，需要注意不能使用上升下降沿等指令，最好使用狀態指令，即使用常開、常閉觸點；在自動程序過程中，由于采用了順序控制指令，所以需要先設計好機械手的工作

26、順序。若順序出現問題時，首先檢查程序編寫是否存在邏輯錯誤；然后利用編程軟件監控順序執行過程，先觀察每個動作的觸發是否能正常閉合或斷開，同時觀察每個狀態內的觸點是否被觸發。由于順序控制指令執行時，會同時復位上一個狀態元件，所以可以最后檢測每個狀態內的觸點閉合、斷開情況。第四章 總 結本文詳細講解了機械手的控制系統設計過程。該系統采用FX2N-系列的PLC作為控制主機，以其豐富的I/ O 接口模塊、高可靠性, 以及I/O和模擬輸入/輸出擴展模塊，通過按鈕和一些開關，對電磁閥、繼電器等設備進行控制，實現了機械手自動運行控制在機械手控制系統的設計中起到了十分重要的作用。但在PLC 控制的過程中,還有許

27、多問題需要解決,本文就設計過程中的幾項關鍵問題提出了自己的一些看法,經實踐證明,可以有效地提高系統的抗干擾能力,對PLC讀、寫,事件響應等通信時間可進行精確控制,取得了良好的效果。附 件附圖 梯形圖： 附表語句表： 0LDX01667RST Y0131OUTC1K368OUT Y0124SETM069LD X0205LDM070SET S126MPS72STL S127AND=C1K173SET M804312SETY01675LD M804313MPP76SET S1214ANDC1K178STL S219RSTY01679LD M804120RSTC180AND M804422RST M0

28、81SET S2023LD X02083STL S2024AND X02284OUT Y01125ANI Y01585LD X02326OUT M804486SET S2128LD M800088STL S2129IST X020 S20 S2789SET Y01436STL S090OUT T0 K1037LD X01493LD T038SET Y00194SET S2239LD X01596STL S2240RST Y00197OUT Y01041LD X01098LD X02242ANI Y01199SET S2343OUT Y010101STL S2344LD X011102OUT Y

29、01345ANI Y010103LD X02146OUT Y011104SET S2447LD X012106STL S2448AND X022107OUT Y01149ANI Y013108LD X02350OUT Y012109SET S2551LD X013111STL S2552AND X022112RST Y01453ANI Y012113OUT T1 K1054OUT Y013116LD T155STL S1117SET S2656LD X017119STL S2657SET S10120OUT Y01059STL S10121LD X02260RST Y014122SET S27

30、61RST Y014124STL S2762OUT Y010125OUT Y01263LD X022126LD X02064SET S11127SET S266STL S11129RET130END參 考 文 獻主要參考文獻：1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器2版 M北京: 中國輕工業出版社，20032 馬志溪電氣工程設計 M北京: 機械工業出版社，20023 齊占慶，王振臣電氣控制技術 M北京: 機械工業出版社，20024 史國生電氣控制與可編程控制器技術 M北京: 化學工業出版社，20035 郁漢琪電氣控制與可編程序控制器應用技術 M南京: 東南大學出版社，20036 張萬忠可編程控制器應

31、用技術 M北京: 化學工業出版社，20017 三菱微型可編程控制器手冊 MMITSUBISHI SOCIO-TECH，20038 吳曉君，楊向明電氣控制與可編程控制器應用 M北京: 中國建材工業出版社，20049 李道霖電氣控制與PLC原理及應用 M北京: 電子工業出版社，2004致 謝從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復修改，我經歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中，心情是如此復雜。如今，伴隨著這篇畢業論文的最終成稿，復雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。我要感謝我的指導老師XXX老師。從選題、定題、撰寫提綱，到論文的反復修改、潤色直至定稿，她為對我們認真負責，嚴謹

32、細心的指導著我們完成畢業論文完成。正是有了老師們的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業論文才得以順利完成。最后感謝三年里陪伴我的同學、朋友們，有了他們我的人生才豐富，有了他們我在奮斗的路上才不孤獨，謝謝他們。畢業設計（論文）開題報告論文題目機械手電氣控制設計一、選題的依據和意義：電氣采用三菱FX2N型可編程序控制器(PLC)進行控制設計,其目的是提高系統運行的可靠性和自動化程度,減輕操作工人的勞動強度和電氣維修工人的工作量及維護時間，以提高產品的質量、產量和勞動生產率。二、研究的主要內容：1、PLC及其他元氣件選型 2、控制柜面板及內部布置設計 3、進行硬件電路設計 4、設計相應的控制程序 5、模擬調

33、試并運行 6、編寫設計說明書，內容包括。三、研究的步驟、方法及進度安排：1. 選題階段：3月3日3月8日2. 開題階段：3月10日3月15日3. 一稿階段：3月16日4月16日4. 二稿階段：4月20日5月10日5. 終稿階段：5月12日5月22日6. 答辯評審： 時 間 另 行 確 定。四、主要參考文獻：1 張鳳珊電氣控制及可編程序控制器2版 M北京: 中國輕工業出版社，20032 馬志溪電氣工程設計 M北京: 機械工業出版社，20023 齊占慶，王振臣電氣控制技術 M北京: 機械工業出版社，20024 史國生電氣控制與可編程控制器技術 M北京: 化學工業出版社，20035 郁漢琪電氣控制與可編程序控制器應用技術 M南京: 東南大學出版社，20036 張萬忠可編程控制器應用技術 M北京: 化學工業出版社，20017 三菱微型可編程控制器手冊 MMITSUBISHI SOCIO-TECH，20038 吳曉君，楊向明電氣控制與可編程控制器應用 M北京: 中國建材工業出版社，20049 李道霖電氣控制與PLC原理及應用 M北京: 電子工業出版社，2004五、指導老師意見：簽名： 年 月 日 六、教研室意見：簽名： 年 月 日 畢業設計（論文）中期檢查表畢業設計（論文）題 目學生姓名學 號系 別專業/班級指導老師職 稱初稿意見：指導老師_年 月 日第二稿意