减压炉控制系统123456.doc

目录
第一章 机械手概况 2
1.1搬运机械手的应用简况 2
1.2机械手的应用意义 2
1.3机械手的发展趋势 3
1.4 PLC在机械手中的应用 3
第二章 搬运机械手总体设计方案 5
2.1搬运机械手结构及其动作 5
2.2机械手的控制过程 5
2.3机械手的控制要求 5
第三章 搬运机械手硬件系统设计 7
3.1机械手的结构 7
3.2电气控制的设计 7
3.3操作面板及动作说明 7
3.4 I/O分配 8
第四章 搬运机械手的软件系统设计 10
4.1梯形图的总体设计 10
4.2各部分梯形图的设计 10
第五章 结果分析 17
课程设计心得 18
参考文献 19
第一章 机械手概况
1.1搬运机械手的应用简况
在科技的不断发展，机械化、自动化不断的发展，为我们的生产生活带来了诸多的便利，尤其在工业生产中，许多大型的装备货物，并不是人力能进行搬运的，这就为机械手的应用带来了诸多的发挥空间。
在现代的工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
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)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。
(3)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。
(4)宇宙及海洋的开发。
1.2机械手的应用意义
在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：
1.可以提高生产过程的自动化程度
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
2.可以改善劳动条件、避免人身事故。在高温、高压、低温、低压、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
3.可以减少人力，快速生产
应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。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。
1.3机械手的发展趋势
机械手发展经历三代第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。
在国外机械制造业中，工业机械手应用较多发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。
视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。
手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。
现在机械手的发展趋势是：
1 重复高精度
2模块化
3节能化
4机电一体化
1.4 PLC在机械手中的应用
1.PLC的应用概况
PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。
按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面。
1）. 用于逻辑控制
这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。
2）. 用于模拟量控制
PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。
3）. 用于机械加工中的数字控制
现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。
4）. 用于工业机器人控制
5）. 用于多层分布式控制系统
2.PLC在机械手中的应用
机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;
编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广; 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。

第二章 搬运机械手总体设计方案
2.1搬运机械手结构及其动作
本机械手用于生产线上工件的自动搬运，根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图2—1所示：
图2—1机械手的动作周期
2.2机械手的控制过程
如图3—2所示由A、B两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作，A缸通过一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧、放松，B缸通过一双电两位四通电磁阀控制机械手的升降；由小车实现机械手的移动。该小车由两台电动机驱动，一台是高速，一台是慢速。当小车前进时以慢—快—慢的形式进行，返回时按慢—快—慢的形式后退。当工件从传送带传输到机械手下方时，工件碰压行程开关SQ1，B缸活塞杆伸出，带动机械手下降，下降至终点碰压行程开关SQ3与机械手夹钳相连的A缸活塞杆收进，机械手将工件夹紧；当工件夹紧到位时，行程开关SQ5动作，B缸的活塞杆收进，把工件提升；当工件提升到最高位置时碰压行程开关SQ4，启动小车慢速右行；当小车碰压行程开关SQ7时转为快速行走；接近终点时小车碰压行程开关SQ8，转为慢速行走；行至右端行程开关SQ9，小车停止前进；停留5秒后，B缸活塞杆再次外伸，机械手下降至终点，A缸活塞杆外伸带动夹钳松开，将工件放下；然后机械手上升，小车以慢—快—慢的形式沿原路返回，恢复到图示所示的原点位置。
2.3机械手的控制要求
为了便于生产加工、维修、调整设置的工作方式选择开关。分为手动和自动操作，其中自动操作中包括了：单步、单周期、连续；手动操作包括手动和回原位的操作。
手动操作：供维修用，即用按钮对机械手的每一步动作单独控制。例如，当选择手动操作时，按下上升/下降按钮，机械手在满足条件情况下即执行相应的动作，其它动作以此类推。
回原位：当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时，再次通电将操作方式选择置于回原位位置，按下复位按钮，机械手即可按最短路径的原则返回到原点位置。
单步运行：供试用，即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止。
单周期运行：供首次检验用，当机械手在原点时按下启动按钮，机械手自动执行一个周期后停止在原点位置
连续运行：正常使用，当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始的执行各工步动作。
该机械手在自动工作状态时，应先将其工作方式选择开关放在“返回原位”，并按下返回原位按钮，对状态器进行置位，然后再将工作方式选择开关放置自动工作方式下。若自动工作状态解除，则硬件工作方式选择开关放置于“手从操作”位置。

第三章 搬运机械手硬件系统设计
硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计。
3.1机械手的结构
设计其结构如图3—1所示

图3—1 机械手的结构示意图
图中设置9个行程开关SQ1—SQ9用于检测工件、小车、机械手的位置及机械手夹钳的夹紧、放松状态，并对系统实施控制。其中SQ1为工件是否到位的检测开关；SQ2为小车原位检测开关；SQ3、SQ4分别为机械手下降上升是否到位检测开关；SQ5、SQ6分别为机械手夹紧放松检测开关；SQ7、SQ8分别为小车速度转换开关；SQ9为小车运动停止开关。
3.2电气控制的设计
包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机M1由接触器KM1、KM2分别控制其正传和反转；快速电动机M2由接触器KM3和KM4分别控制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生。
3.3操作面板及动作说明
根据控制和生产工艺的要求，控制操作包括手动和自动，手动又包括手动步进、回原位操作，自动控制包括单步、单周期、连续的操作。故操作方式选择开关设置有五个档位。手动工作方式下，手动动作包括上升、下降、放松、快进、慢进、快退、慢退和复位，故设置六个动作看官按钮。各个动作进行的同时均设有动作指示灯。另外设有启动停止按钮。
3.4 I/O分配
I/O设备即所需的I/O点数如下表所示：
信号
I/O设备
I/O点数
信号
I/O设备
I/O点数
输   入
操作方式选择旋钮开关
手动时运动选择按钮
启动停止按钮
行程开关
5
8
2
9
输   出
交流接触器控制线圈
电磁阀
动作指示
原点指示
4
3
8
1
表3-1 I/O点数
根据I/O点的分配要求及考虑10%到15%的I/O裕量，本设计PLC采用F1—60MR 36/24型，样图见图3-4所示：
控制电路设计主要是PLC输入、输出接线的设计，其I/O分配如图3—3所示。

图3—2  PLC I/O接线控制图

第四章 搬运机械手的软件系统设计
机械手动控制属顺序控制，故其手动程序采用普通的PLC控制指令控制，自动程序采用步进梯形指令控制
4.1梯形图的总体设计
按照机械手控制和工艺流程的要求，在选择“手动方式”时应执行手动程序；在选择“回原位”时应执行回原
位程序；在选择自动程序时应执行自动程序。其中自动程序要在启动按钮按下时才执行。故梯形图的总体构成如图4-1所示。

图4-1搬运机械手PLC控制梯形图总体构成
4.2各部分梯形图的设计
1.通用部分梯形图设计
通用部分梯形图分为三部分：
1）. 状态器的初始化。初始化状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关置于“返回原位”（X514接通）时，按下复位按钮（X507）时被置位，在“手动操作”（X510）接通时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动做复位操作，即在方式选择开关位于“手动操作”或“返回原位”时，中间状态器同步复位。故初始化梯形图如图4-2所示，（如果状态器要在供电时从断电前
条件开始继续工作，则不需要M71）。
图4-2 状态器初始化梯形图
2）. 状态器转换启动。若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位后按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步一步的向下传递，即可进行转换。在执行“连续程序” 时，转换启动继电器M575一直保持到停机按钮按下为止。另一面采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时，从初始状态器开始进行转换，故其梯形图如图4-3所示。

图4-3状态器转换启动梯形图
3）. 状态器转换禁止梯形图。激活特殊辅助继电器M574并用步进梯形指令控制状态器转换时，状态器的转换就被自动禁止。
在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并自保持，操作停止在现行工步。当按下停止按钮时，从现行工步重新开始工作，M574应复位，即重新允许新转换。
在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但没按下一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一次。
在“手动”工作方式时禁止进行状态转换。在手动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除，M574复位，。
PLC在启动时，用初始化脉冲M71和M574自保持，以此禁止状态转换，直到按下启动按钮。故状态器转换禁止梯形图如图4-4所示。

图4-4 状态器转换禁止梯形图
通过对3—7和3—8的分析可得出：在执行“手动操作”和“返回原位”程序时，M575一直不能被接通，而M574长期被接通，（按下启动按钮时除外）；执行“步进”程序时没按一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的转换可一步一步向下转换，直至按下停止按钮时，M574自锁，状态器的转换被禁止，操作停止在现行工序（再次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；在执行“连续程序”时，M575一直接通到按下停止按钮，此时M574一直不能接通。
2.手动操作梯形图
手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规继电器顺序方式来设计梯形图。“手动操作时”按下放松按钮时，机械手卡抓松开，当松开放松按钮时，机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持；按下上升按钮，上升输出Y435保持接通；按下下降按钮，Y436保持接通；在上限位按下慢进按钮，慢进输出Y430接通，至行程开关SQ7闭合，小车停止；快进、快退、慢退情况同慢进。
手动操作梯形图设置有互锁，只有在小车处于左限位（即X403闭合）或右限位（即X412闭合）时机械手的上升下降动作才能进行，只有当机械手处于下限位（即X404接通）机械手的加紧放松动作才可以手动控制；为了安全，同一个电动机的正反转线圈不能同时接通，设计中设计了自锁开关，防止线圈同时接通造成的短路。故手动操作时梯形图如图4-5所示。

图4-5  手动操作梯形图
3.返回原位梯形图 在“返回原位”状态下，“夹紧”与“下降”动作应被停止，上限位未动作时，应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限
位位置。
4.“自动”状态梯形图 图3—9表示了机械手自动工作时执行各工步的情况，表示了各工步的实现和转换的条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y436接通。自下限位置时，X404接通，转换为“夹持”过程；夹持电磁阀Y434复位，至加紧限位X406接通，转换为上升动作；当上限为开关SQ4闭合，X405接通，小车开始慢进动作。快进、慢进、延时、下降、加紧、上升、慢退、快退、慢退动作依次类推，如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作，称为顺序控制或过程步进型控制。

图4-6搬运机械手自动工作流程图
用状态器代替自动工作流程图的各工步，可得到4-7所示的功能表图：
图4-7 搬运机械手自动工作功能表图
根据图4-8所示的自动工作功能表图，可设计出自动操作时的梯形图如图3—12所示。

图4-8搬运机械手自动工作梯形图

第五章 结果分析
本综合实验主要应用于机加工生产，货物调运等场合。
搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又准确，提高了劳动生产率，保证了工件的质量，降低了工人的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。
可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手的控制系统的设计中起到了十分重要的作用。
本文就实验过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法,可以有效地提高系统的抗干扰能力,对PLC读、写,事件响应等通信时间可进行精确的控制,取得了良好的效果.
随着机械手应用的普及，机械手向着专用化，机械结构向模块化、可重构化的方向发展，机械手的动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化的方向发展，在PLC控制的过程中,还有许多的问题需要解决，PLC在机械手开发中的开发应用还有很大的空间。
课程设计心得
通过两周的课程设计，我从中获益匪浅。
在最初刚刚接到这个题目的时候，感觉无从下手，但是在之后查询各方面的知识，在网络中查找相关的内容，我对这个题目有了大概的了解，在之后的制作思考中，对其中的各方面更加的明朗，更加的清晰。
感谢老师给我们自主学习的机会，我在这期间，学习到了很多，感受到了很多，感觉到了自己过去的不足，感觉到了自己还有很多的提升空间，虽然开始很多的迷茫，但是现在，在我做出来之后，我对以后更加的有信心。
实践能够加深我们对知识的巩固，对我们知识在生活中的应用清晰明朗。参考文献
[1] 王炳实. 机床电气控制.第三版. 北京：机械工业出版社，2004年：146-162
[2] 王本轶. 机床设备控制基础. 北京：机械工业出版社，2005年：283-288
[3] 丁树模. 液压传动. 北京：机械工业出版社，2007年