机械手控制循环工作控制文档格式.docx
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随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。
自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。
采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。
它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；
充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；
充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
本设计就PLC在机械控制上的应用作了详细阐述。
前言
在当今社会，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，在工控自动化领域中，人们对自动化的要求越来越高，组态软件的发展也是非常迅速的。
组态软件，又称为组态监控软件系统软件。
它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。
它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统。
对于组态软件，它的结构划分有多种标准，这里是以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构：
机械手简介
机械手现在已经应用于各行各业中，无论是在工地，港口还是各种各样的生产过程中，都涉及到机械手的操作。
它是一种能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。
机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可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、轻工和原子能等部门。
图1机械手实物图
3.2机械手的组成
机械手主要由手部、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，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
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。
控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。
同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。
控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。
3.3机械手的分类
在现有的各行各业中，机械手的种类繁多，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。
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
机械手完成一个周期，分为8个工序，进入下一个工序上一个工序都自动复位，每一个工序都由限位开关控制（除抓紧、放松外为时间定时器来控制）在手动时，抓紧和放松的下一状态由时间定时器和手动限位开关控制，而皮带A由光电开关SP控制，B是连续进行的由专门的开关控制。
总体设计方案
本系统为顺序控制，由FX2N—48MR完成控制，其输入、输出口分配如下：
控制按钮输入分配表
（1）
控制元件
符号
输入点
启动按钮
SB1
X000
停止按钮（回原点）
SB2
X010
紧急停止按钮
SB3
X005
手动（单步）
SB4
X017
单周期运行
SB5
X020
皮带A停止按钮
SB6（SP）
X006
皮带B停止按钮
SB7
X007
（注：
皮带A停止按钮SP在机械手中为光电开关，SB6为普通的停止开关）
自动输入按钮分配表
（2）
光电上限位开关
SQ1
X001
光电下限位开关
SQ2
X002
光电右限位开关
SQ3
X003
光电左限位开关
SQ4
X004
自动限位开关在实际机械手中为光电开关）
手动输入按钮分配表（3）
手动上限位开光
SL1
X011
手动下限位开光
SL2
X012
手动右限位开光
SL3
X013
手动左限位开光
SL4
X014
手动抓紧限位开光
SL5
X015
手动放松限位开光
SL6
X016
输出分配表（4）
输出点
原点指示灯
YV0
Y000
上升机
YV1
Y001
下降机
YV2
Y002
右旋机
YV3
Y003
左旋机
YV4
Y004
抓手
YV5
Y005
皮带A旋转机
YV6
Y006
皮带B旋转机
YV7
Y007
3.2.5工作过程
机械手实为PLC控制过程如下：
接上电源，PLC运行，选择控制面板上的自动（连续）运行档，过程如下：
（1）、按下启动按钮SB1，机械手从原点处开始运行，机械手保持抓手松开上升（Y005失电，Y001得电）到限位开关处，使光电上升限位开关导通（X001）。
（2）、光电升上限位开关导通，机械手停止上升（Y001失电），开始左移（Y004得电），左移到限位开关处，使光电左移限位开关导通（X004）。
（3）、光电左移限位开关导通，机械手停止左移（Y004失电），开始下降（Y002得电），下降到限位开关处，使光电下降限位开关导通（X002）。
（4）、光电下降限位开关导通，机械手停止下降（Y002失电），开始抓物体（Y005得电，同时皮带A的光电开关断开，皮带A停止运行），延时3秒。
（5）3秒后，抓手抓着物体一直上升（Y005一直得电，Y001得电，同时皮带A开关导通，皮带A继续运行），上升到限位开关处，使光电上升限位开关导通（X001）。
（6）光电上升限位开关导通，机械手停止上升（Y001失电），抓着物体开始右移（Y003得电，Y005一直得电）右移到限位开关处，使光电右移限位开关导通（X003）。
（7）光电右移限位开关导通，机械手停止右移（Y003失电），抓着物体开始下降（Y002得电，Y005一直得电），下降到限位开关处，使光电下降限位开关导通（X002）。
（8）光电下降限位开关导通，机械手停止下降（Y002失电），开始放物体（Y005失电），延时3秒，回原点。
如在此过程没有按停止按钮，机械手往复运行，在此过程如按下紧急停止按钮，机械手将停在当前运行状态，再次通电，机械手继续运行完成动作。
在此过程中皮带B是一直运行，由单独的开关控制。
当旋钮开光打在单周期处，机械手自动运行一周期后，停止运行。
当开关打在手动（单步）处，过程和上述八个过程相同，但限位开关为手动限位开关，需要人工手动按钮控制。
注：
当手动运行到（4）、（8）时，3秒后才能按限位开关，当手动时机械手的上升下降、左移、右移不能无限运动，当运动到一定程度时，机械手停在某一位置，等待按下限位开关才继续进行。
当开始工作时，按下启动按钮，机械手对抓手进行复位上升，当遇到限位开关，机械手开始左移，遇到左移限位开关，机械手开始下降，遇到下降限位开关，机械手开始抓物体，延时10时间到机械手抓工件保持上升，遇到上升限位开关，机械手开始向右移，遇到右移限位开关，机械手开始下降，遇到下降限位开关，机械手开始放物体，延时15时间到完成一个工作周期，回原点反复运行。
机械手的工作过程是一个不断循环的过程，若发生紧急事故、停电等情况，在系统启动时可继续完成任务，工作即能连续，也可完成单周期，又能手动运行，具体流程如下
由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。
组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。
动画效果右移，上移，下移，左移如图4-3所示
机械手抓紧
正转放松
反转
四层电梯
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。
而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；
又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。
PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。
3.1设计思想以及功能说明：
图（三）电梯控制模型示意图
本电梯设计采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。
电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，指示灯Q2.2，反转为下降指示灯Q2.1。
一层有上升呼叫按钮I0.3，二层有上升呼叫按钮I0.2以及下降呼叫按钮I0.4，三层有上升呼叫按钮I0.1以及下降呼叫按钮I0.5，四层有下降呼叫按钮I0.0。
一至四层有到位行程开关I1.1～I1.4。
一层至四层外部有指示灯，用数码管显示楼层，分别为Q0.0～Q0.6，
运行要求：
（1）电梯上行：
①当电梯停于1楼1F或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4楼，碰行程开关后停止。
②当电梯停于1F或2F时，3F呼叫，则上行到3F，碰行程开关后停止。
③当电梯停于1F时，2F呼叫，则上行到2F，碰行程开关后停止。
④当电梯停于1F时，2F、3F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒种，继续上行到3F后停止。
⑤当电梯停于1F时，3F、4F同时呼叫，则上行到3F后，停5秒后，继续上行到4F后停止。
⑥当电梯停于1F时，2F、4F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒后，继续上行到4F后停止。
⑦当电梯停于1F时，2F、3F、4F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒后，继续上行到3F后，停5秒后，继续上行到4F后停止。
⑧当电梯停于2F时，3F、4F同时呼叫，则上行到3F后，停5秒后，继续上行到4F后停止。
（2）电梯下行
①当电梯停于4F或3F、2F时，1F呼叫，则下行到1F，碰行程开关后停止。
②当电梯停于4F或3F时，2F呼叫，则下行到2F，碰行程开关后停止。
③当电梯停于4F时，3F呼叫，则下行到3F，碰行程开关后停止。
④当电梯停于4F时，3F、2F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒种，继续下行到2F后停止。
⑤当电梯停于4F时，3F、1F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒后，继续下行到1F后停止。
⑥当电梯停于4F时，2F、1F同时呼叫，则下行到2F后，停5秒后，继续下行到1F后停止。
⑦当电梯停于4F时，3F、2F、1F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒后，继续下行到2F后，停5秒后，继续下行到1F后停止。
⑧当电梯停于3F时，2F、1F同时呼叫，则下行到2F后，停5秒后，继续下行到1F后停止。
（3）各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。
（4）电梯停于某一层时，数码管应显示该层的楼层数。
（5）电梯上、下行时，相应的标志灯应亮。
（6）启动时，当电梯没有停在任何楼层，可自动向上或向下停靠。
（7）有逆向呼叫时，先到达最顶层或最底层，然后响应。
例：
电梯响应3层电梯，电梯上行，若上行过程中，1楼又有人呼叫，电梯先上升到最高层，然后再下行。
3.2四层电梯结构分配
输入
输出
主机
实验模块
注释
X1
LAY1
一楼行程开关
Y1
DJA
电机上行
X2
LAY2
二楼行程开关
Y0
DJB
电机下行
X3
LAY3
三楼行程开关
COM1
24V
X4
LAY4
四楼行程开关
X11
2DN
一层上呼
Y6
A
数码管段码
X12
3DN
二层上呼
Y7
B
4DN
二层下呼
Y10
C
X13
1UP
三层上呼
Y11
D
2UP
三层下呼
Y2
E
X14
3UP
四层下呼
Y13
F
COM2
Y14
G
COM3
LEDCOM
GND
梯形图
四、变频器（查阅资料）
4.1通用变频器的发展
上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。
在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。
A、容量不断扩大
80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。
到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了b00KVA,400KVA以下的已经系列化。
前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量己达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。
B、结构的小型化
变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSI）和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。
另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”（IntelligentModule,IPM）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。
C、多功能和智能化
电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。
特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。
D、应用领域不断扩大
通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。
最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。
4.2变频器的工作原理
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:
电压型、电流型。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
1、非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。
（1）V/f控制
V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。
V/f控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。
（2）转差频率控制
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。
（3）矢量控制
矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。
通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。
例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。
（4）直接转矩控制
直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。
即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。
（5）最优控制
最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。
例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。
（6）其他非智能控制方式
在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。
2、智能控制方式
智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统和学习控制等，目前智能控制方式在变频调速控制系统中的具体应用中已取得一些成功经验。
心得体会
经过2的课设，使我学会了很多。
在这2里，我和我的小组完成了课设项目。
首先我学会了团队合作，没有我们组一起的努力，也就没有最终的成果。
在这次实训当中，我负责整报告、画图这些部分，这也是我第一次接触到组态王这个软件，通过老师的教导，我学会了如何去将项目的一些电路图和分布图完成，这让我受益匪浅。
在这次的课设当中，我对PLC的使用也有了近一步的了解，虽然我们组分工明确，但在程序编写或者调试的时候，大家都参与了进来，也互相弥补着自己的不足。
我本来对一些PLC梯形图的编写不太熟练，也对项目分析得不太准确，但是有了老师和组员的帮助，我还是有着不少的了解，但还是存在着自己的不足。
通过实训，我进一步得肯定我自己的不足之处，但对自己所学的知识有了更加明确的认识，并且我相信，在以后的学习当中，我会弥补我自己本身存在的不足，主动得发挥团队合作精神，争取在其他方面，包括编写程序这块内容中得到提高。
这次实训在大家的帮助下，得以圆满的成功，无论是团队合作这方面还是个人动手这方面，我们都得到了很好的锻炼。
也通过这次实训，我们对PLC这门课有了对知识更进一步的渴望。
我相信，汗水不会白费的，我们以后的成功是有目共睹的。
参考文献
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