FX3U——80MR在搬运机械手PLC控制系统教学实现

前言：随着工业自动化的普及和发展，机器换人的控制器的需求量逐年增大，想学PLC编程的人越来越多，为方便我校学员掌握FX3U—80MR编程技能，通过机械手编程实现半天理论与半天实验教学。搬运机械手的应用主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药、家用各领域的生产流水线或货物装卸调运,降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代物流发展的要求。

本教学机械手的编程主要包括由两个虚拟的电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现机械手的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的模拟行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；机械手动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

关键词：电工人员编程机械手，南昌八一技校学PLC，工业信息化人才培养

项目文档目录

系统分析概况……………………………………………………………….1

第一章 模拟机械手的系统组成

1.1 模拟机械手的输出部分…………………………………………………2

1.2 模拟机械手的控制面板………………………………………………………3

1 操作面板及动作说明……………………………………………………

1.3 模拟机械手工序分析………………………………………………………3

第三章 模拟机械手硬件主电路与PLC控制系统设计

3.1 模拟机械手主电路结构及其控制………………………………………………

3.2 模拟机械手PLC控制系统硬件设计…………………………………………

3.3 模拟机械手控制程序设计方案………………………………………………

1  I/O分配…………………………………………………………………

2 梯形图的设计……………………………………………………………

1） 梯形图的总体设计……………………………………………………

2） 各部分梯形图的程序实现…………………………………………………

3） 绘制模拟机械手PLC控制梯形图……………………………………

第四章 模拟机械手调试与修正

4．1 手动调试操作仿真…………………………………………………

4．2 回原点操作仿真…………………………………………………

4．3 单步操作仿真…………………………………………………

4．4 半自动操作仿真…………………………………………………

4．5 全自动操作仿真…………………………………………………

第五章  模拟机械手教学效果评估

结     论………………………………………………………………………

学生配套设备………………………………………………………………….

附录一：语句表  梯形图  I/O接线图

系统分析概况

模拟机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand是工业革命水平标准，是工业机械人基础课程，通过模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。已经代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能、生活各个方面部门。

机械手与人手一样主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，模仿人的关节需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。工业机器人自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

为便于实际教学，本项目只从简单机械手开始研究编程，搬运物料设备开始；

第一章 模拟机械手的系统组成

FX3U—80MR概况及在机械手中的应用

模拟机械手面板结构：

工序分析：

第二章 模拟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3—1所示：

图2—1机械手的动作周期

2.2模拟机械手的控制过程PLC上四个指示灯完成

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

上述面板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；手动操作包括手动监控和回原位的操作。

手动操作：供监控点动维修用，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。每次开机都必须经过回原点操作完毕后才能进入自动操作状态；

单步运行：经过回原点操作后，控制面板的档位开关扳到单步位置，X12接通，监控PLC状态接通的。按通X15，M8041接通，断开X15，M8041也断开。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主电路和PLC电气控制部分的设计。