系 （院機電工程系
學生姓名陸曉佳
專業班級機電11c4
學號111011420
指導教師周敏
2023年 4月 12日
摘要在工業生產和其他領域內，由於工作需要，人們經常和搜到高溫，腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工作的勞動強度，甚至危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用於可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用於柔性自動線。
plc機械手設計主要是依靠限位開關和電磁閥的控制及推動來實現的。機械手的所有動作均採用電控制、氣壓驅動。它的上公升/下降、左移/右移和左旋轉/右旋轉均採用雙線圈雙位電磁閥推動氣壓缸完成。
機械手的動作轉換依靠限位開關來控制並且按照一定的順序動作。在機械手運動的過程中會安裝檢測燈來檢測其運動的啟停。本設計所用機械部件有模擬機械手爪，電氣方面有可程式設計控制器（plc）、開關電源、電磁閥、等部件。
按鈕發出兩路脈衝到機械手驅動，控制它的前後移動由氣動閥y4控制，左右移動由氣動閥y5控制，左右旋轉由氣動閥y6控制，夾緊和放鬆由氣動閥y7控制，另外還有啟動和停止兩個按鈕。機械手自動完成全部動作。
關鍵詞： 電磁閥限位開關繼電器機械手目錄
目錄一 plc的介紹1
（一） 可程式設計控制器的產生和發展1
（二） plc的基本組成1
（三） plc的特點2
二 plc機械手介紹4
（1） plc機械手的原理及流程圖4
（2） 電路中主要元器件的介紹5
1 電器繼電器的原理及應用5
2 電磁閥的工作原理及應用5
3 接近開關的工作原理及應用6
三應用plc設計機械手的步驟7
（1） 輸入輸出點分配表7
（2） 機械手的接線圖7
（3） plc機械手的程式設計8
1 plc機械手的梯形圖語言8
2 plc機械手指令表語言10
四 plc機械手的程式除錯13
（1） 控制系統的程式除錯步驟13
（2） 除錯過程中要注意的事項13
結論14
致謝15
參考文獻16
傳統的繼電器--接觸器控制系統，由繼電器、接觸器和各種開關按一定的邏輯關係用線連線而成。要改變控制邏輯，需要重新佈線、連線，甚至要增減元器件，由於接線多，非常費時費力。因此只適用於工作模式固定、控制邏輯簡單、大批量生產的製造裝置和一些自動化程度較低的製造裝置。
20世紀60年代末，隨著大規模積體電路技術、計算機技術、自動控制理論的發展，以及汽車製造業日益激烈的競爭對生產線具有柔性的要求，美國通用汽車公司首先提出了將繼電器—接觸器控制的簡單易懂、使用方便、**低廉的優點，與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優點結合起來，將繼電器—接觸器控制的硬體連線邏輯轉變為計算機的軟體邏輯程式設計的設想。2023年美國數字裝置公司（dec）根據上述設想，研製開發出世界上第一台可程式設計邏輯控制器。20世紀80年代超大規模積體電路的出現，產生了cpu、單板計算機、單片計算機，可程式設計邏輯控制器具有了通用性、易用性和易學性，plc得到進一步發展，不僅具有繼電器的邏輯控制特性，也具有了連續控制的特性，plc也因此更名為可程式設計控制器。
2023年1月國際電工委員會（iec）對可程式設計控制器定義如下：「可程式設計控制器是一種數字運算電子系統，專為工業環境下應用而設計。它採用可程式設計序的儲存器，用來在內部儲存執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，並通過數字或模擬量的輸入和輸出，控制各種型別的機械或生產過程。
可程式設計控制器及其有關裝置，都應按易於與工業控制系統連成乙個整體，易於擴充的原則設計。」
現場控制或檢測元件輸入給plc各種控制訊號，通過輸入介面電路將這些訊號轉換成cpu能夠接收和處理的訊號。輸出介面電路將cpu送出的弱電控制訊號轉換成
現場需要的強電訊號輸出，以驅動電磁閥、接觸器等被控裝置的執行元件。
1) 輸入介面
輸入介面用於接收和採集兩種型別的輸入訊號，一類是由按鈕、轉換開關、行程開關、繼電器觸頭等開關量輸入訊號；另一類是由電位器、測速發電機和各種變換器提供的連續變化的模擬量輸入訊號。
2) 輸出介面
輸出介面電路向被控物件的各種執行元件輸出控制訊號。常用執行元件有接觸器、電磁閥、調節閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。輸出介面電路一般由微電腦輸出介面電路和功率放大電路組成，與輸入介面電路類似，內部電路與輸出介面電路之間採用光電耦合器進行抗干擾電隔離。
微電腦輸出介面電路一般由輸出資料暫存器、選通電路和中斷請求邏輯電路整合在晶元上，cpu通過資料匯流排將輸出訊號送到輸出資料暫存器中，功率放大電路是為了適應工業控制要求，將微電腦的輸出訊號放大。
3) 其它介面
若主機單元的i/o數量不夠用，可通過i/o擴充套件介面電纜與i/o擴充套件單元(不帶cpu)相接進行擴充。plc還常配置連線各種外圍裝置的介面，可通過電纜實現序列通訊、eprom寫入等功能。
4) 程式設計器
程式設計器作用是將使用者編寫的程式**至plc的使用者程式儲存器，並利用程式設計器檢查、修改和除錯使用者程式，監視使用者程式的執行過程，顯示plc狀態、內部器件及系統的引數等。程式設計器有簡易程式設計器和圖形程式設計器兩種。簡易程式設計器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進行聯機程式設計，適合小型plc的程式設計及現場除錯。
圖形程式設計器既可用語句形式程式設計，又可用梯形圖程式設計，同時還能進行離線程式設計。
5) 電源
plc的電源將外部供給的交流電轉換成供cpu、儲存器等所需的直流電，是整個plc的能源供給中心。plc大都採用高質量的工作穩定性好、抗干擾能力強的開關穩壓電源，許多plc電源還可向外部提供直流24v穩壓電源，用於向輸入介面上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。
1) 可靠性高,抗干擾能力強
由plc的定義可知道，它是專門為工業環境下應用而設計的，因此在設計時從硬體和軟體上都採取了抗干擾的措施，提高了其可靠性。
①硬體措施：遮蔽、濾波、隔離、採用模組式結構
②軟體措施：故障檢測、資訊保護和恢復、設定了警戒時鐘wdt、對程式進行檢查和檢驗
2) 通用性強，使用方便
使用者在進行控制系統的設計時，不需要自己設計和製作硬體裝置，只需根據控制要求進行模組的配置。對於乙個控制系統，當控制要求改變時，只需修改程式，就能變更控制功能。
3) 採用模組化結構，使系統組合靈活方便
plc的各個部件，均採用模組化設計，各模組之間可由機架和電纜連線。系統的功能和模組可根據使用者的實際需求自行組合，使系統的效能**更容易趨於合理。
4) 程式語言簡單，易學，便於掌握
plc的主要使用物件是廣大的電氣技術人員，所以為了便於工程技術人員方便學習和掌握plc的程式設計，採用了與繼電器接觸器控制原理相似的梯形圖語言，易學易懂。
5) 系統設計周期短
由於系統硬體的設計任務僅僅是根據物件的控制要求配製適當的模組，而不要去設計具體的介面電路，這樣大大縮短了整個設計所花費的時間，加快了整個工程的進度。
6) 安裝簡單,除錯方便,維護工作量小
plc控制系統的安裝接線比繼電器接觸器控制系統少的多，只需將現場的各種裝置與plc相應的i/o端相連。plc軟體設計和除錯可在實驗室進行，用模擬實驗開關代替輸入訊號，其輸出狀態可以觀察plc上的發光二極體，也可以另接輸出實驗板。模擬除錯好後，再將plc控制系統安裝到現場，進行連機除錯，這樣既省時間又很方便。
由於plc本身的可靠性高，又有完善的自診斷能力，一旦發生故障，可以根據報警資訊，迅速查明原因。如果是plc本身，則可用更換模組的方法排除鼓掌。這樣提高了維護的工作效率，保證了生產的正常進行。
1．機械手在原始位置時（右旋到位）動作，按下啟動按鈕，機械手臂開始上公升，機械手放鬆，機械手開始前進。
2．機械手上公升到上限位置，狀態開關動作，上公升動作結束，機械手開始左旋。
3．機械手左旋到左限位置，狀態開關動作，左旋動作結束，機械手開始抓緊。
4．機械手抓緊到抓緊位置，狀態開關動作，抓緊動作結束，機械手開始右旋。
5．機械手開始右旋，狀態開關動作，抓緊動作結束，機械手開始下降。
6．機械手下公升到下降位置，狀態開關動作，下降動作結束，機械手開始後退。
7．機械手右旋到右限位置，狀態開關動作，右旋動作結束，機械手開始下降。
8．機械手後退到後退位置，機械手開始放鬆，乙個工作迴圈過程完畢。
9．機械手的工作方式為：單步。
機械手的動作順序如下：機械手初始位置是後退、下降、逆時針旋轉均到底部，機械手成放鬆狀態。當按下啟動按鈕後，機械手開始前進，前進到底碰到限位開關，前進動作停止，機械手開始上公升，上公升到頂端，碰到限位開關，上公升動作停止，機械手開始執行順時針旋轉動作，順時針旋轉到底，碰到限位開關，旋轉動作停止，機械手開始執行夾緊動作，碰到限位開關，夾緊動作停止，機械手開始執行逆時針旋轉，逆時針旋轉到底，碰到限位開關，逆時針旋轉動作停止，機械手開始下降，下降到底部時，碰到限位開關，下降動作停止，機械手執行後退動作，碰到限位開關，後退停止，機械手放鬆，此時回到初始位置， 乙個週期動作完成。
根據機械手的動作順序，可以畫出如圖2.1所示的流程圖：
圖2.1 機械手控制系統流程圖
繼電器的工作原理和特性：繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統（又稱輸入迴路）和被控制系統（又稱輸出迴路），通常應用於自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種「自動開關」。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
電磁繼電器的工作原理和特性：電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要**圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。
當線圈斷電後，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對於繼電器的「常開、常閉」觸點，可以這樣來區分：
繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點，稱為「常開觸點」；處於接通狀態的靜觸點稱為「常閉觸點」。
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