《PLC技术与工程应用》
课程设计任务书
课题名称： 机械手电气控制系统设计 专业班级： 电气自动化技术102班
河南机电高等专科学校 自动控制系
2012-06-01
1、概述
机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。机械手机构控制涉及了PLC、传感器、电机驱动等技术。
机械手实验设备如图1所示。该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。
图1. 机械手实验设备
1.1 输出驱动单元
该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。 1.2 输入检测单元
每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到
位。该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号。
2、输入输出接口电路介绍
机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可
编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路 (如图2所示) 的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板。
图2. 输入输出接口电路板
2.1 输入接口电路板
输入接口电路板原理图如图3所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24V DC ；逻辑0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。
图3. 输入接口电路板电气原理图
本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。各信号线对
应的行程开关如表1所示。
表1. 输入信号线与行程开关对应关系表
输入信号线序号 (自左到右) 1 2 3 4 5 6 7 8 对应行程开关 备 注 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 左转到位 右转到位 退回到位 伸出到位 上移到位 下移到位 手指张开到位 手指夹紧到位 2.2 输出接口
输出接口(如图4所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。
左图为驱动电路板电气原理图，继电器A吸合、B释放，对应的电机正转；继电器A释放、B吸合，对应的电机反转；继电器A、B同时释放，电机停止运行；不允许二者都吸合。右图为输出接口电路板电气原理图，当PLC输出的某路控制信号有效时，对应的输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。
图4. 输出接口电路电气原理图
(左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板)
本设备有8个输出控制信号，对应输出接口电路板的8根输出信号线。各输出信号线对应的电动机动作关系如表2所示。
表2. 输出信号线与电动机动作对应关系表
输出信号线序号 (自左到右) 1 2 3 4 5 6 7 8 对应电动机 备 注 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 摆动电机左转 摆动电机右转 水平电机伸出 水平电机退回 垂直电机上移 垂直电机下移 手指电机张开 手指电机夹紧
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