高等教育自学考试本科毕业论文
800T 压铸生产线的 plc 联网控制系统设计
考生姓名： 专业层次： 指导教师：
王博 本科 唐建敏
准考证号： 011808101315 院 （系） ： 职 称： 机电学院 讲师
摘要
800T 压铸生产线由四柱液压机及机械手和其他传送机构组成。液压机主机部 分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。液压机动力机构由油箱、高压泵、控 制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。整个生产线将采用 PLC 模块自动化控 制系统，通过泵、压缩机和油缸、气缸、各种阀类等实现能量的转换，调节和输 送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统， 并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。 该生产线结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程 可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料， 设计了液压机及机械手的电力控制系统，拟订了电路原理图，及液压和气压原理 图，按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和 辅助元件。 关键词：四柱液压机；机械手；PLC；
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英文摘要
800T die-casting production line of PLC network control system design Abstract
The 800 Ts die-castings production line from four pillar hydraulic the machine and machine hand and other transmission organizations constitute. The hydraulic machine host part includes a hydraulic urn, horizontal beam and sign pillar and Chong liquid device etc. The hydraulic mobile dint organization constitutes to from the fuel tank, high pressure pump, the control system, electric motor, pressure valve, and direction valve...etc..The whole production line will adopt an automation control system and pass the conversion that pump, compressor and oil urn, air cylinder, various valve etc. carries out energy, regulate and transport and complete various circulation that the craft acts. The series hydraulic's machine tool contains independent power organization and electricity system, and adopt to press button a concentration control, can carry out to move with auto two kinds of operate a way. The production line structure's tightly packed acts intelligent credibility, the speed is quick, can consume small, the noise is low, pressure and route of travel can at stipulate of arbitrarily regulate inside the scope, operate in brief. In this design, pass to check a great deal of cultural heritage data, designed the electric power control of hydraulic machine and machine hand system, drew up electric circuit principle diagram, and the hydraulic compatibly presses principle diagram and presses the size of pressures and discharges to choose the hydraulic pump, electric motor, control valve, hydraulic components like filter, etc and assistance component. Key word: Four pillar hydraulic machine; Machine hand; PLC;
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绪论
1.1 概述
本次的设计是通过对我原单位的 800T 四柱液压机的改进为基础，加装了机械 手，组成的部分生产线。主要是对汽车扳金等冲压件的加工。所生产的产品大多 是冲压件，材料包括铝合金板材、钢板材等。设计这个系统是为了提高生产效率， 原有的液压系统和电气系统已无法跟上现在的生产线的速度，所以要将原来的液 压系统和电气系统全部重新设计，以跟的上新的机械手和传送带的速度。液压机 是利用液体来传递力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡 定律。 液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工 作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立 柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱 式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单， 工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内， 依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、 科学化、最大化。液压机械具有功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点， 速度、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工 作平稳、噪音小. 适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。 也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如 塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、 新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、 运输、矿山、建筑、航空等领域。 本设计的要求是以液压机工件加工为主，机械手等多机构协调联动。选择规 定的工作方式（联机自动、手动） 。设置电气控制箱，除依据机器部分的需要必须 分散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外， 其它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可 对机器进行操作。 由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑，所以动作速度慢。 另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大， 耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短， 造成系统故障，系统的可靠性差。而 PLC 控制能改善继电器控制器上述的不足。
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1 绪论
PLC 可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强， 适应面广；编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便，减少了控 制系统的设计及施工的工作量等特点，所以设计时我们采用 PLC 能集中且较方便 地制。
图 1.1 液压机外观图
1.2 发展趋势
(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系 统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供 了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调 整，具有故障预处理的功能。 (4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止 泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。
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2 液压回路设计 （液压机部分）
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液压回路设计（液压机部分）
2.1 液压机构造
2.1.1 液压部分
液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（液压缸） 、控制元件（各种 阀类） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力 能；是液压传动中的动力部分。 2、执行元件 分别是主液压缸（又称主缸或压缸） 、顶缸、夹紧缸、提升缸、 锁紧缸。主液压缸的作用是利用滑块上的模具对工件进行下压，提供主运动；顶 缸的作用是利用顶杆对已成型的工件施加力使其脱离；夹紧缸的作用是将移动工 作台固定，使液压机工作时模具固定不动，保证工件的精度和模具的完好；提升 缸的作用是将工作台提升起来，让工作台的滚轮与导轨在一条直线上，以方便工 作台的移动；锁紧缸的作用是当滑块回程到极限限位时锁住滑块不往下落。 3、控制元件 包括压力阀、单向阀、换向阀和插装阀等。其中插装阀是大流 量阀门，是通过和其它小流量阀类的组合来控制液体的方向、压力等。 4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、冷却器、 、高压球阀、冲液阀、快换接头、软管 管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式） 总成、测压接头、管夹等及油箱（主油箱，冲液箱）等。 5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵 和液动机械实现能量转换。
2.1.2 机械部分
图 2.1 倒梯形螺杆配合 3
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2 液压回路设计 （液压机部分）
图 2.2 机械结构图
机械部分如图 2.1 和 2.2 所示：主要由倒梯形螺杆、滑块、移动工作台、液压 垫、顶杆、链条链轮、导轨、拖动机和变速器等组成。 1、倒梯形螺杆 和移动工作台上的梯形槽配合用于固定上下模具。 2、滑块 配合上模具向工件施压，滑块是活动的。 3、移动工作台 工作时，它和下模具是固定不动，更换模具时，由提升缸将 移动工作台滚轮提升到与导轨平面水平，利用拖动电机做原动力，通过变速器和 链轮链条传动将移动工作台拉出，再更换模具。 4、顶杆 当工件压制完成后由于某部分弹性变形使工件粘接在下模具，而顶 杆的作用就是以顶缸带动液压垫配合顶杆和模具使工件分离。
2.1.3 工作方式
总体来说有三种工作方式：调整、自动和半自动，自动和半自动
还可再次分 为顶出和不顶出两种工作方式。 1、调整 用于更换模具，位置、压力等各方面调整，保证最好的工作状态。 2、自动 和两个机械手一起配合使用，就是正常的流水线工作方式。具体如 图 2.3：
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2 液压回路设计 （液压机部分）
图 2.3 自动模式
3、半自动 将位置、压力等工作状态调整好后进行试验品的制作要（注：不 与机械手联动） 。具体如图 2.4：
图 2.4 半自动模式
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2 液压回路设计 （液压机部分）
2.2 液压回路设计
2.2.1 主体设计
图 2.5 液压回路（主体）
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2 液压回路设计 （液压机部分）
由于大型液压机所需的流量非常大所以采用插装阀和常用阀类组合的方式来 控制整个油路，即：小流量控制大流量（参考于一龙门锻造床的液压控制系统） 。 具体见图 2.5。 整个液压油路的主体运作如下： 两个主电动机开启，拖动油泵运转。初始化没有任何电磁阀供电，由于 YV1， YV2 没通电，两个溢流阀 X1，X2 没起到作用，所以液压油通过插装阀 1 和 2 流 回油箱。 (1)压缸工作方式： 1)快下，电磁阀 YV1，YV2 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， YV5，YV7，YV8 也同时得电，液压油通过插装阀 12 流到压缸无杆腔，同时，压 缸上方的充液阀也打开，副油箱里的液压油通过自重向压缸无杆腔供给，压缸有 杆腔的液压油通过插装阀 14，9 到回油路，返回油箱。 2)慢下，电磁阀 YV1，YV2，YV7，YV8 得电，液压油通过插装阀 12 流到压 缸无杆腔，压缸有杆腔的液压油通过插装阀 14，11 向压力阀 6 施压，从而液压油 通过插装阀 11 到回油路，返回油箱。 3)合模慢下，电磁阀 YV8，YV9 得电，副油箱里的液压油通过自重向压缸无 杆腔供给，压缸有杆腔的液压油通压力阀 10，和二位三通换向阀返回油箱。合模 慢下所需压力和流量很小。所以一般这时候插装阀 11 用不上。 4)保压，所有电磁阀均不得电。 5)泄压，电磁阀 YV2，YV6，YV10 得电，液压油经插装阀 3，10 到插装阀 14 之前，同时另一路经插装阀 3，电磁阀 YV10，打开充液阀，使压缸无杆腔的压力 减小。泄压的作用是减小振动，为压缸向上进行缓冲。 6)快回，电磁阀 YV2，YV1，YV10，YV6 得电，液压油通过插装阀 3 电磁换 向阀 YV10，打开充液阀，同时另一路液压油经插装阀 3，14 到压缸有杆腔，无杆 腔油液经充液阀流到副油箱。 7)慢回，和快回相比，YV2 不通电，是单油泵供油，流量减小，所以速度减 小。 (2)顶缸只有两种工作方式： 顶出，YV2，YV1，YV3 通电，液压油通过插装阀 1，2，3 到顶缸无杆腔， 顶缸有杆腔的液压油通过插装阀 7 向压力阀 X4 施压，从而是液压油通过插装阀 7 经回油路返回油箱 回程，YV1，YV4 通电，液压油通过插装阀 1，4 到顶缸有杆腔，顶缸无杆腔 的液压油通过插装阀 6 向压力阀 X3 施压， 从而是液压油通过插装阀 6 经回油路返 回油箱。由于顶缸回程需要低速，所以只用但油泵供油。
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2.2.2 辅助油路设计
图 2.6 液压回路（辅助）
辅助油路主要控制的是锁紧缸油路，夹紧缸油路提升缸油路（参考于一机床 夹具液压回路） 。具体见图 2.6 . (1)提升缸和夹紧缸同回路控制： 1) 提升缸上升或夹紧缸松开，YV2，YV14 得电，液压油经单向阀和单向节流 阀（未起节流作用）到活塞缸无杆腔，另一路液压打开右边的可控单向阀，有杆 腔液压油经右边的可控单向阀返回油箱。 2) 提升缸下降或夹紧缸加紧，YV2，YV15 ，YV13 得电，液压油经右边单向 阀到活塞缸有杆腔，从 YV15 出来的另一路液压油打开左边的可控单向阀，无杆 腔液压油经左边的单向节流阀（起单向作用）和可控单向阀返回油箱。 (2)锁紧缸回路的控制： 1)锁紧缸伸出，YV12 得电，油液直接流入锁紧缸无杆腔，有杆腔油液直接返 回油箱。 2)锁紧缸退回，YV11 得电，油液直接流入锁紧缸有杆腔，无杆腔油液直接返 回油箱。
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2 液压回路设计 （液压机部分）
2.2.3 电磁阀供电图表
表 2.1 电磁阀供电方式 YV1 滑块快下 滑块慢下 合模慢下 保压 泄压 滑块快回 滑块慢回 顶缸顶出 顶缸回程 提夹缸上 升 提夹缸下 降 锁紧缸伸 出 锁紧缸退 回 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● YV2 ● ● YV3 YV4 YV5 ● YV6 YV7 ● ● YV8 ● ● ● ● YV9 YV10 YV11 YV12 YV13 YV14 YV15
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3 电路及 PLC 设计（液压机部分）
3.1 主电路设计
图 3.1 主电路
图 3.2 控制电路
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3.1.1 工作原理
将总电源 QS1 打开通电，按下按钮 SB3，KM1，KM3 得电自锁，从而使电动 机 M1 工作在 Y 型模式（绕组电压 AC220V） ，同时 KT 得电，延时，延时时间一 到，延时常闭触电断开使 KM3 断电，延时常开触点闭合使 KM2 得电，从而使电 动机 M1 工作在△型模式（绕组电压 AC380V） ，M1 的停止按钮是 SB2；电动机 M2 的动作方式和电动机 M1 相同， 只是把 KM1 换成 KM4， KM2 换成 KM5， KM3 换成 KM6，SB3 换成 SB5，KT4 换成 KT5，SB4 使 M2 的停止按钮；电动机 M3 是用来拖控移动工作台的，是 PLC 直接控制的；M4 是冷却泵，用来给液压油降 温的 SB7 启动，SB6 停止。 PLC 需要两种电源，一种是 220V 交流电源，一种是 24V 直流电源，QS4 控 制 PLC 的 AC220V 电源，而 DC24V 有专门电源器提供。 所有控制电路的总停止按钮使 SB1， 也是紧急停止按钮， 按下去不能自动复位。 需要人工复位。
3.2 电磁阀供电电路
图 3.3 电磁阀线圈供电
如图 3.3 所示：电磁阀线圈共计 15 个，由 15 个小继电器控制接通，而 15 个 小继电器由 PLC 直接控制，通过电磁阀线圈的通断电来控制液压系统里的换向阀， 进一步控制液压机的滑块，液压垫的上下，快慢速等动作细节。
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3.3
变频器接线
图 3.4 变频器接线图
该变频器才用的是三菱公司 FR-A540 系列变频器，如上图 3.4 所示。将变频 器设置两种速度 Pr.4 设置为低速， Pr.5 设置为高速。 电动机正转时为工作台移出， 反转时为工作台移进。 高速正转时，SD 与 STF 和 RM 保持接通；低速正转时，SD 与 STF 和 RH 保持接 通；高速反转时，SD 与 STR 和 RM 保持接通；低速反转时，SD 与 STR 和 RH 保持接 通。
3.4 PLC 部分
3.4.1 IO 分配
输出继电器非配如下图 3.5
图 3.5 PLC 输出接线图
其中 Y24，Y25，Y36，Y37，Y45 是向其他两个 PLC 发讯的，由于图幅限制，
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并没有标出。 输入继电器非配如下图 3.6
图 3.6 PLC 输入分配
其中，X21，X22，X55，X56 是其他两个 PLC 给这个 PLC 发讯的。具体见第五 章系统组合联网联网部分。
3.4.2 梯形图
梯形图设计如下：
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
图 3.7 PLC 梯形图
工作原理：配合 I/O 分配图，把开关 SA1 打到调整档位时，X0、X2 都不得电， 总控程序段 M100 以内的程序均不执行液压机一直工作在调整的工作方式，可以通 过部分手动按钮来控制液压机的主缸，顶岗，以及工作台的移进移出。主要用于 模具的更换、调整和机器的调试；将 SA1 打到半自动档位这时 X2 得电，M35 得电， 断开调整用的各条支路，同时也断开了与机械手的信号联系，总控程序段 M100 被 激活接通，紧接着 M21 得电总控 M103 被激活接通。按下双手按钮 SB23、SB24，滑 块快下，行程开关 SQ3 触发，滑块慢下，压到工件后压力开始加大，最终打到设 定值，压力开关动作(X45 得电)，停止主缸下行，进入保压状态，外部设定的保压 值达到后 X50 得电开始泄压，外部设定的泄压时间到达后，泄压停止，主缸上行，
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
碰到 SQ2 后，主缸慢回程，接着触碰到 SQ1 时主缸回程停止；如果顶缸工作在顶 出状态的话（SA2 打到顶出档位）紧接着顶缸上行，把工件顶出来，顶出时间达到 外部设定值时顶缸回程；当 SA1 打到自动档位时，此时与机械兽的联系从新打开， X0 得电，M0 接通得电，断开调整用的各条支路，总控程序段 M100 被激活接通， 同时总控程序段 M101 接通，按下按钮 SB21，液压机初始化，再按下机械手 1 和机 械手 2 的初始化按钮，初始化完毕后液压机和两个机械手进入初始化位置，即： 液压机主缸回程到位停止。机械手 1 到达未加工工件上方，机械手 2 到达液压机 旁等待，完成总初始化后，在按下总启动按钮 SB22，M21 才能得电自锁，断开总 控 M101，同时向机械手 1 发送触发信号，等机械手 1 动作完成后给液压机发送触 发信号（X55）得电，液压机滑块快下触碰到行程开关 SQ3，滑块慢下，触碰到工 件后压力加大，达到设定值后，主缸压力开关动作（X45 得电） ，保压开始，外部 设定时间一到（KT1 动作） ，开始泄压，泄压时间一到（KT2 动作） ，滑块回程，触 碰到 SQ2 后滑块慢回程，到位后向机械手 2 发动作信号，然后机械手 2 将工件取 走向机械手发讯，机械手 1 立刻将准备好的未加工工件放置在液压机的模具上， 一个工作循环完成。
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4 机械手部分
4 机械手部分
4.1 机械及气动部分设计
图 4.1 机械手整体结构 21
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4 机械手部分
图 4.2 爪盘主俯视图
图 4.3 吸爪 22
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4 机械手部分
图 4.4 爪盘左视图
机械手的机械主体如上图 4.1，4.2 和 4.3 是爪盘和爪盘上的吸爪，4.4 是吸 爪吸盘的组合体（仅固定了一个吸爪） 。鉴于插入图片不够清晰，以颜色区分红色 部分为螺纹，绿色为虚线。 吸盘的工作原理：如图 4.2，其作用是固定吸爪。上面有 3 个活动铰肢用来和 机械手主体相连接。可以在图 4.1 上看到，爪盘的水平度可以通过两个锁紧螺母 来调节，以螺杆的伸出量来决定吸盘的水平度（一般情况下要求吸盘水平，只有 加工有角度放置的工件才调整倾斜度） 。可以形象的说，如果说吸爪是人的手指， 那么吸盘就是人的手掌。一般吸盘的吸附工作都是由辅缸的上下行和电磁阀来决 定的。 吸爪的工作原理含简单，如图 4.3，主体（左） ，固定螺母（中） ，缩杆（右） 。 主体中有一个双杆滑动活塞，下活塞杆的一端有螺纹，用于和缩杆连接，螺纹上 有空洞，方便通气。还有一个强力弹簧，一直向活塞施压。固定螺母将吸爪固定 在爪盘上。缩杆分为两部分一部分是缩杆主体（右上） ，用于连接活塞杆，另一部 分是软体材料。当吸爪和工件接触时，缩杆下方的软体材料将贴合在工件表面， 继续向下，缩杆带动活塞抵抗弹簧压力向上运动，由于电磁阀未动作，所以活塞 缸出口一直通向单向阀（即：只有出气，没进气） ，当压力达到设定值时，停止下 降，当吸盘带动吸爪向上时，由于弹簧的推力作用，所以缩杆一直对工件有吸力，
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4 机械手部分
使工件一直吸附在软体材料上（
注：工件表面刷油） ，当工件一到指定位置时，电 磁阀得电将活塞缸出气口直接和大气相通，由于弹簧压力，迅速释放，使得缩杆 内有气体注入，所以没有了吸力，工件掉落下来。 机械手在液压机前后各有一个，呈对角安装，这样程序的改动就会少很多。 下面就以机械手 2 为例，讲述其机械原理和工作方式。 机械手 1 和机械手 2 的工作原理相同，上下主要由主缸执行，辅缸只作为爪 盘抓取材料使用。左右行走靠左右行缸来保证运行。机械手的旋转由电机来控制 如图上所示的电机输出的动力经变速器和传动齿轮到达机械手主轴，在机械手主 轴下方还有一个齿轮传动连接着电磁制动器，电磁离合器就在电机主轴的动力输 出端，电磁制动器和电磁离合器的得电动作在同一时间段内总是相反的。当电机 开始转动时，电磁制动器就先断电取消制动，然后电磁离合器就得电，使其正常 传动。电机断电停止时刻，电磁离合器首先断电，然后电磁制动器得电制动。 工作方式有手动和自动两种： 机械手 1 和机械手 2 的手动工作方式相同，主要用于机械手和爪盘的调整， 或更换爪盘。将开关 SA2 打到调整状态可以在快慢速开关定好的速度上进行上， 下、左、右、爪盘放松和辅缸的上下操纵。一般情况下不采用，所以不予详细讲 述。 下图 4.5 所示为机械手 2 自动工作方式，用于在全自动时候流水线自动操纵。
图 4.5 机械手 2 自动工作方式
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4 机械手部分
4.2 电器部分
4.2.1 主电路设计
图 4.6 主电路
图 4.7 控制电路
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4 机械手部分
机械手 2 的主电路和硬件控制回路如上图 4.6，4.7 所示。将总电源 QS1 打开 通电，按下按钮 SB2，KM1，KM3 得电自锁，从而使电动机 M1 工作在 Y 型模式 （绕组电压 AC220V） ，同时 KT 得电，延时，延时时间一到，延时常闭触电断开 使 KM3 断电，延时常开触点闭合使 KM2 得电自锁，从而使电动机 M1 工作在△ 型模式（绕组电压 AC380V） ，M1 的停止按钮是 SB0；电动机 M2 是机械手主体旋 转电机，它的动作方式和电动机 M1 不同，它是通过变频器直接控制的；电动机 M3 用作冷却水泵， 按下 SB4，KM4 得电自锁，停止按钮是 SB3；硬件急停按钮 SB1，按下去不能自动复位，需要人工复位。在自动工作情况下，能按 PLC 指定 的软件急停按钮则尽量不要按硬件急停按钮 SB1。因为一旦按下后所有工序都停 下来了，就要所有的设备都从新初始化才能继续工作。 PLC 需要两种电源，一种是 220V 交流电源，一种是 24V 直流电源，QS4 控制 PLC 的 AC220V 电源，而 DC24V 有专门电源器提供。
4.2.2 变频器接线
图 4.8 变频器接线
变频器的接线如图 4.8，和液压机滑动平台的设置方式相同。将变频器设置两 种速度 Pr.4 设置为低速， Pr.5 设置为高速。 电动机正转为顺时针， 反转为逆时针。 高速正转时，SD 与 STF 和 RM 保持接通；低速正转时，SD 与 STF 和 RH 保持接 通；高速反转时，SD 与 STR 和 RM 保持接通；低速反转时，SD 与 STR 和 RH 保持接 通。
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4 机械手部分
4.2.3 电磁阀供电设计
电磁阀供电图表如下：
表 4.1 电磁阀线圈供电表
Yv1 慢速 时 Yv9 得电 慢速 时 Yv8 得电 慢速 时 Yv0 得电 （主） 上行 （主） 下行 （辅） 上行 （辅） 下行 左行 右行
●
Yv2
Yv3
Yv4
Yv5
●
Yv6
Yv7
Yv10
●
●
●
●
●
●
●
●
气爪松开
●
图 4.9 电磁阀线圈供电图
电磁阀线圈共计 11 个，由 11 个小继电器控制接通，而 11 个小继电器由 PLC 直接控制，通过电磁阀线圈的通断电来控制液压系统里的换向阀和气爪电磁阀的 换向，进一步控制上下左右方向的快慢速动作等细节。
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4 机械手部分
4.2.4 电磁离合制动
图 4.10 离合器和制动器线圈接线
电磁制动器位于机械手主轴下方，和一个齿轮副连接着，得电时将齿轮固定 住，从而固定住机械手主轴。电磁离合器位于电机主轴的动力输出端。电磁制动 器和电磁离合器的得电动作在同一时间段内总是相反的。当电机开始转动时，电 磁制动器就先断电取消制动，然后电磁离合器就得电，使其正常传动。电机断电 停止时刻，电磁离合器首先断电，然后电磁制动器得电制动。YA1 是电磁离合器线 圈， 是电磁制动器的线圈， YA2 为动作迅速断电时有电阻放电回路， 用于释放剩磁。 二极管的作用只是为了单向导电。
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4 机械手部分
4.2.5 PLC 设计
输入、输出继电器分配如下图 4.11、4.12。
图 4.11 PLC 输入分配
图 4.12 PLC 输出接线图
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4 机械手部分
梯形图设计如下：
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4 机械手部分
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4 机械手部分
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4 机械手部分
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4 机械手部分
4.3 液压和气动回路图
图 4.13 液压系统回路图
如图 4.13 所示，整个液压油路的运作如下： 油泵电动机开启，拖动油泵运转。所有电磁阀都没有得电，由于 YV5 没通电， 溢流阀没起到作用，所以液压油直接流回油箱。 (1)主缸上下行 1)快上，电磁阀 YV1，YV5 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， 液压油通过电磁换向阀 Yv5， Yv9， Yv1 再过单向阀流到压缸无杆腔， 同时， YV1 经 的另一路液压油打开另一个可控单向阀，使液压缸有杆腔的油液通过另一个可控 单向阀经 Yv1 直接流回油箱。 2)慢上， 和快上唯一的区别就是将 Yv9 开， 使进入无杆腔的液压油经过节流阀， 放慢速度。
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4 机械手部分
3)快下，电磁阀 YV2，YV5 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， 液压油通过电磁换向阀 Yv5，Yv9，Yv2 再过单向阀流到压缸有杆腔，同时，经 YV2 的另一路液压油打开另一个可控单向阀，使液压缸有杆腔的油液通过另一个可控 单向阀经 Yv2 直接流回油箱。 4)慢下，和快上唯一的区别就是将 Yv9 开，使进入无杆腔的液压油经过节流 阀，放慢速度。 (2)左右行程缸左右行，和主缸上下行基本原理一样，这里不予重述。 (3)辅缸上下行，如图 4.14 所示，辅缸的传动介质未压缩空气，只有短行程， 是由 Yv6 和 Yv7 来控制，Yv8 的点的话就是慢速动作（只有机械手 1 才会用得到） 。 Yv10 的作用是控制气爪放松，当 Yv10 得电时，气爪由活塞缸与大气相同，在弹簧 作用力作用下将缩杆推出，释放工件。
图 4.14 气压回路
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5 系统组合
5 系统组合
5.1 PLC 联动（三站通信）
图 5.1 三站通讯接线图
三站通讯如上图 4.13 所示：左边为机械手 1PLC，中间为液压机 PLC，右边为 机械手 2PLC， 三个 PLC 的公共端 COM 用导线连接在一起。 从左到右开始讲各 I/O 触电的作用， 由于梯形图程序设计的不同所以前后两个机械手的通讯端 I/O 并不对 称。 机械手 1 X23：接收来自机械手 2 的动作触发，从而进入循环工作状态；X24：接收来 自液压机的安全信号；X45：接受来自液压机的触发信号，从而使机械手 1 放入代 加工工件；Y15：向液压机发送初始化信号；Y16：向液压机发出动作触发，从而 使液压机动作；Y24：向液压机发送急停信号，防止安全事故的发生； 液压机 X21：接收来自机械手 2 的初始化信号；X22：接收来自机械手 1 的初始化信 号；接收来自机械手 1 的动作触发，从而使液压机动作；X56：接收来自机械手 2 的取料完成讯号；X63：接收来自机械手 2 的急停信号；X64 接收来自机械手 1 的
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5 系统组合
急停信号；Y24：向机械手 1 发送动作触发；Y25：向机械手 2 发送动作触发，从 而是机械首 2 动作，取走工件；Y36：向机械手 2 发安全信号；Y37 向机械手 1 发 安全信号；Y45：向机械手 2 发下压信号。 机械手 2 X23：接受来自液压机的触发信号；X24：接受来自液压机的安全信号；Y15： 向液压机发送初始化信号；Y16：向机械手 1 发送动作触发；Y24：向液压机发送 急停信号；Y31：向液压机发送取料完成信号。
5.2 工作方式
图 5.1 全自动工作方式
整个系统的工作方式只有一种，自动化作业的框架形成，如图 5.1。在自动化 工作前，首先应将各设备调整到最佳，包括位置、模具等；然后按下各设备的初 始化按钮；初始化完成后就可以按下总启动按钮（注：在初始化未完成之前按下 总启动按钮没有用） ，然后各设备会依照图 5.1 右侧的循环框架自动运行。为保证 生产安全，最好在工作区域周边加装防护网。其次，在自动运行状态下，无论何 时按下各设备任意一个急停按钮都会令整个系统体征停止，要从新开始的话就要 从新调整，初始化这样的步骤从心开始。
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致谢
致 谢
在论文完稿之际，谨向教导和帮助我的师长、朋友、同学，以及默默支持和 鼓励我的亲人们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福! 感谢导师唐老师!唐老师严谨踏实的研究作风，渊博深厚的知识，孜孜不倦的 诲人，我感到由衷的敬佩。导师以其严谨、求实的治学态度、高度的责任心和敬 业精神，给予我极大的帮助与鼓励;导师踏实认真、开拓创新的治学作风将使我终 生受益，本论文从选题到完成无不浸透着恩师的心血。在此期间，老师多次询问 我的课题进度，提醒我该注意的问题，并在我课题遇到困难时，给予了我耐心的 指导和帮助。借此论文的完成之际，谨向我的恩师表达我衷心的感谢和崇高的敬 意!感谢恩师不厌其烦的教诲和一丝不苟的严谨作风，在学习、生活和以后的工作 中给我树立了为学为人的榜样。并希望在今后的学习和工作中继续得到导师的教 导。
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参考文献
参考文献
[1]吴丽.电气控制与 PLC 实用教程[M].河南：黄河水利出版社，2005 年 [2]刘延俊.液压与气压传动（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2007 年 [3]刘长青.机电一体化技术-电气控制与 PLC 应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008 年 [4]李正吾.机电一体化技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，1990 年 [5]张建民.传感器与检测技术[M].北京：机械工业出版社，2000 年
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论文原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业论文是在导师的指导下进行的设 计（研究）工作及取得的成果，论文中引用他（她）人的文献、数据、 图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成， 不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书 而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
800T 压铸生产线的 plc 联网控制系统设计
考生姓名： 专业层次： 指导教师：
王博 本科 唐建敏
准考证号： 011808101315 院 （系） ： 职 称： 机电学院 讲师
摘要
800T 压铸生产线由四柱液压机及机械手和其他传送机构组成。液压机主机部 分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。液压机动力机构由油箱、高压泵、控 制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。整个生产线将采用 PLC 模块自动化控 制系统，通过泵、压缩机和油缸、气缸、各种阀类等实现能量的转换，调节和输 送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统， 并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。 该生产线结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程 可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料， 设计了液压机及机械手的电力控制系统，拟订了电路原理图，及液压和气压原理 图，按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和 辅助元件。 关键词：四柱液压机；机械手；PLC；
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英文摘要
800T die-casting production line of PLC network control system design Abstract
The 800 Ts die-castings production line from four pillar hydraulic the machine and machine hand and other transmission organizations constitute. The hydraulic machine host part includes a hydraulic urn, horizontal beam and sign pillar and Chong liquid device etc. The hydraulic mobile dint organization constitutes to from the fuel tank, high pressure pump, the control system, electric motor, pressure valve, and direction valve...etc..The whole production line will adopt an automation control system and pass the conversion that pump, compressor and oil urn, air cylinder, various valve etc. carries out energy, regulate and transport and complete various circulation that the craft acts. The series hydraulic's machine tool contains independent power organization and electricity system, and adopt to press button a concentration control, can carry out to move with auto two kinds of operate a way. The production line structure's tightly packed acts intelligent credibility, the speed is quick, can consume small, the noise is low, pressure and route of travel can at stipulate of arbitrarily regulate inside the scope, operate in brief. In this design, pass to check a great deal of cultural heritage data, designed the electric power control of hydraulic machine and machine hand system, drew up electric circuit principle diagram, and the hydraulic compatibly presses principle diagram and presses the size of pressures and discharges to choose the hydraulic pump, electric motor, control valve, hydraulic components like filter, etc and assistance component. Key word: Four pillar hydraulic machine; Machine hand; PLC;
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绪论
1.1 概述
本次的设计是通过对我原单位的 800T 四柱液压机的改进为基础，加装了机械 手，组成的部分生产线。主要是对汽车扳金等冲压件的加工。所生产的产品大多 是冲压件，材料包括铝合金板材、钢板材等。设计这个系统是为了提高生产效率， 原有的液压系统和电气系统已无法跟上现在的生产线的速度，所以要将原来的液 压系统和电气系统全部重新设计，以跟的上新的机械手和传送带的速度。液压机 是利用液体来传递力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡 定律。 液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工 作介质组成。本机器采用三梁四柱结构形式，机身由工作台、滑块、上横梁、立 柱、锁母和调节螺母等组成。四柱式结构为液压机最常见的结构形式之一。四柱 式结构最显著的特点是工作空间宽敞、便于四面观察和接近模具。整机结构简单， 工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内， 依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、 科学化、最大化。液压机械具有功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点， 速度、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工 作平稳、噪音小. 适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。 也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如 塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、 新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、 运输、矿山、建筑、航空等领域。 本设计的要求是以液压机工件加工为主，机械手等多机构协调联动。选择规 定的工作方式（联机自动、手动） 。设置电气控制箱，除依据机器部分的需要必须 分散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外， 其它电器均集中安装在电气控制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可 对机器进行操作。 由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑，所以动作速度慢。 另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大， 耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短， 造成系统故障，系统的可靠性差。而 PLC 控制能改善继电器控制器上述的不足。
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1 绪论
PLC 可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强， 适应面广；编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便，减少了控 制系统的设计及施工的工作量等特点，所以设计时我们采用 PLC 能集中且较方便 地制。
图 1.1 液压机外观图
1.2 发展趋势
(1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系 统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供 了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调 整，具有故障预处理的功能。 (4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止 泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。
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2 液压回路设计 （液压机部分）
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液压回路设计（液压机部分）
2.1 液压机构造
2.1.1 液压部分
液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（液压缸） 、控制元件（各种 阀类） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。 1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能转换成液压力 能；是液压传动中的动力部分。 2、执行元件 分别是主液压缸（又称主缸或压缸） 、顶缸、夹紧缸、提升缸、 锁紧缸。主液压缸的作用是利用滑块上的模具对工件进行下压，提供主运动；顶 缸的作用是利用顶杆对已成型的工件施加力使其脱离；夹紧缸的作用是将移动工 作台固定，使液压机工作时模具固定不动，保证工件的精度和模具的完好；提升 缸的作用是将工作台提升起来，让工作台的滚轮与导轨在一条直线上，以方便工 作台的移动；锁紧缸的作用是当滑块回程到极限限位时锁住滑块不往下落。 3、控制元件 包括压力阀、单向阀、换向阀和插装阀等。其中插装阀是大流 量阀门，是通过和其它小流量阀类的组合来控制液体的方向、压力等。 4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、冷却器、 、高压球阀、冲液阀、快换接头、软管 管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式） 总成、测压接头、管夹等及油箱（主油箱，冲液箱）等。 5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵 和液动机械实现能量转换。
2.1.2 机械部分
图 2.1 倒梯形螺杆配合 3
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2 液压回路设计 （液压机部分）
图 2.2 机械结构图
机械部分如图 2.1 和 2.2 所示：主要由倒梯形螺杆、滑块、移动工作台、液压 垫、顶杆、链条链轮、导轨、拖动机和变速器等组成。 1、倒梯形螺杆 和移动工作台上的梯形槽配合用于固定上下模具。 2、滑块 配合上模具向工件施压，滑块是活动的。 3、移动工作台 工作时，它和下模具是固定不动，更换模具时，由提升缸将 移动工作台滚轮提升到与导轨平面水平，利用拖动电机做原动力，通过变速器和 链轮链条传动将移动工作台拉出，再更换模具。 4、顶杆 当工件压制完成后由于某部分弹性变形使工件粘接在下模具，而顶 杆的作用就是以顶缸带动液压垫配合顶杆和模具使工件分离。
2.1.3 工作方式
总体来说有三种工作方式：调整、自动和半自动，自动和半自动
还可再次分 为顶出和不顶出两种工作方式。 1、调整 用于更换模具，位置、压力等各方面调整，保证最好的工作状态。 2、自动 和两个机械手一起配合使用，就是正常的流水线工作方式。具体如 图 2.3：
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2 液压回路设计 （液压机部分）
图 2.3 自动模式
3、半自动 将位置、压力等工作状态调整好后进行试验品的制作要（注：不 与机械手联动） 。具体如图 2.4：
图 2.4 半自动模式
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2 液压回路设计 （液压机部分）
2.2 液压回路设计
2.2.1 主体设计
图 2.5 液压回路（主体）
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2 液压回路设计 （液压机部分）
由于大型液压机所需的流量非常大所以采用插装阀和常用阀类组合的方式来 控制整个油路，即：小流量控制大流量（参考于一龙门锻造床的液压控制系统） 。 具体见图 2.5。 整个液压油路的主体运作如下： 两个主电动机开启，拖动油泵运转。初始化没有任何电磁阀供电，由于 YV1， YV2 没通电，两个溢流阀 X1，X2 没起到作用，所以液压油通过插装阀 1 和 2 流 回油箱。 (1)压缸工作方式： 1)快下，电磁阀 YV1，YV2 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， YV5，YV7，YV8 也同时得电，液压油通过插装阀 12 流到压缸无杆腔，同时，压 缸上方的充液阀也打开，副油箱里的液压油通过自重向压缸无杆腔供给，压缸有 杆腔的液压油通过插装阀 14，9 到回油路，返回油箱。 2)慢下，电磁阀 YV1，YV2，YV7，YV8 得电，液压油通过插装阀 12 流到压 缸无杆腔，压缸有杆腔的液压油通过插装阀 14，11 向压力阀 6 施压，从而液压油 通过插装阀 11 到回油路，返回油箱。 3)合模慢下，电磁阀 YV8，YV9 得电，副油箱里的液压油通过自重向压缸无 杆腔供给，压缸有杆腔的液压油通压力阀 10，和二位三通换向阀返回油箱。合模 慢下所需压力和流量很小。所以一般这时候插装阀 11 用不上。 4)保压，所有电磁阀均不得电。 5)泄压，电磁阀 YV2，YV6，YV10 得电，液压油经插装阀 3，10 到插装阀 14 之前，同时另一路经插装阀 3，电磁阀 YV10，打开充液阀，使压缸无杆腔的压力 减小。泄压的作用是减小振动，为压缸向上进行缓冲。 6)快回，电磁阀 YV2，YV1，YV10，YV6 得电，液压油通过插装阀 3 电磁换 向阀 YV10，打开充液阀，同时另一路液压油经插装阀 3，14 到压缸有杆腔，无杆 腔油液经充液阀流到副油箱。 7)慢回，和快回相比，YV2 不通电，是单油泵供油，流量减小，所以速度减 小。 (2)顶缸只有两种工作方式： 顶出，YV2，YV1，YV3 通电，液压油通过插装阀 1，2，3 到顶缸无杆腔， 顶缸有杆腔的液压油通过插装阀 7 向压力阀 X4 施压，从而是液压油通过插装阀 7 经回油路返回油箱 回程，YV1，YV4 通电，液压油通过插装阀 1，4 到顶缸有杆腔，顶缸无杆腔 的液压油通过插装阀 6 向压力阀 X3 施压， 从而是液压油通过插装阀 6 经回油路返 回油箱。由于顶缸回程需要低速，所以只用但油泵供油。
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2 液压回路设计 （液压机部分）
2.2.2 辅助油路设计
图 2.6 液压回路（辅助）
辅助油路主要控制的是锁紧缸油路，夹紧缸油路提升缸油路（参考于一机床 夹具液压回路） 。具体见图 2.6 . (1)提升缸和夹紧缸同回路控制： 1) 提升缸上升或夹紧缸松开，YV2，YV14 得电，液压油经单向阀和单向节流 阀（未起节流作用）到活塞缸无杆腔，另一路液压打开右边的可控单向阀，有杆 腔液压油经右边的可控单向阀返回油箱。 2) 提升缸下降或夹紧缸加紧，YV2，YV15 ，YV13 得电，液压油经右边单向 阀到活塞缸有杆腔，从 YV15 出来的另一路液压油打开左边的可控单向阀，无杆 腔液压油经左边的单向节流阀（起单向作用）和可控单向阀返回油箱。 (2)锁紧缸回路的控制： 1)锁紧缸伸出，YV12 得电，油液直接流入锁紧缸无杆腔，有杆腔油液直接返 回油箱。 2)锁紧缸退回，YV11 得电，油液直接流入锁紧缸有杆腔，无杆腔油液直接返 回油箱。
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2 液压回路设计 （液压机部分）
2.2.3 电磁阀供电图表
表 2.1 电磁阀供电方式 YV1 滑块快下 滑块慢下 合模慢下 保压 泄压 滑块快回 滑块慢回 顶缸顶出 顶缸回程 提夹缸上 升 提夹缸下 降 锁紧缸伸 出 锁紧缸退 回 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● YV2 ● ● YV3 YV4 YV5 ● YV6 YV7 ● ● YV8 ● ● ● ● YV9 YV10 YV11 YV12 YV13 YV14 YV15
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3 电路及 PLC 设计（液压机部分）
3.1 主电路设计
图 3.1 主电路
图 3.2 控制电路
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3.1.1 工作原理
将总电源 QS1 打开通电，按下按钮 SB3，KM1，KM3 得电自锁，从而使电动 机 M1 工作在 Y 型模式（绕组电压 AC220V） ，同时 KT 得电，延时，延时时间一 到，延时常闭触电断开使 KM3 断电，延时常开触点闭合使 KM2 得电，从而使电 动机 M1 工作在△型模式（绕组电压 AC380V） ，M1 的停止按钮是 SB2；电动机 M2 的动作方式和电动机 M1 相同， 只是把 KM1 换成 KM4， KM2 换成 KM5， KM3 换成 KM6，SB3 换成 SB5，KT4 换成 KT5，SB4 使 M2 的停止按钮；电动机 M3 是用来拖控移动工作台的，是 PLC 直接控制的；M4 是冷却泵，用来给液压油降 温的 SB7 启动，SB6 停止。 PLC 需要两种电源，一种是 220V 交流电源，一种是 24V 直流电源，QS4 控 制 PLC 的 AC220V 电源，而 DC24V 有专门电源器提供。 所有控制电路的总停止按钮使 SB1， 也是紧急停止按钮， 按下去不能自动复位。 需要人工复位。
3.2 电磁阀供电电路
图 3.3 电磁阀线圈供电
如图 3.3 所示：电磁阀线圈共计 15 个，由 15 个小继电器控制接通，而 15 个 小继电器由 PLC 直接控制，通过电磁阀线圈的通断电来控制液压系统里的换向阀， 进一步控制液压机的滑块，液压垫的上下，快慢速等动作细节。
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
3.3
变频器接线
图 3.4 变频器接线图
该变频器才用的是三菱公司 FR-A540 系列变频器，如上图 3.4 所示。将变频 器设置两种速度 Pr.4 设置为低速， Pr.5 设置为高速。 电动机正转时为工作台移出， 反转时为工作台移进。 高速正转时，SD 与 STF 和 RM 保持接通；低速正转时，SD 与 STF 和 RH 保持接 通；高速反转时，SD 与 STR 和 RM 保持接通；低速反转时，SD 与 STR 和 RH 保持接 通。
3.4 PLC 部分
3.4.1 IO 分配
输出继电器非配如下图 3.5
图 3.5 PLC 输出接线图
其中 Y24，Y25，Y36，Y37，Y45 是向其他两个 PLC 发讯的，由于图幅限制，
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并没有标出。 输入继电器非配如下图 3.6
图 3.6 PLC 输入分配
其中，X21，X22，X55，X56 是其他两个 PLC 给这个 PLC 发讯的。具体见第五 章系统组合联网联网部分。
3.4.2 梯形图
梯形图设计如下：
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图 3.7 PLC 梯形图
工作原理：配合 I/O 分配图，把开关 SA1 打到调整档位时，X0、X2 都不得电， 总控程序段 M100 以内的程序均不执行液压机一直工作在调整的工作方式，可以通 过部分手动按钮来控制液压机的主缸，顶岗，以及工作台的移进移出。主要用于 模具的更换、调整和机器的调试；将 SA1 打到半自动档位这时 X2 得电，M35 得电， 断开调整用的各条支路，同时也断开了与机械手的信号联系，总控程序段 M100 被 激活接通，紧接着 M21 得电总控 M103 被激活接通。按下双手按钮 SB23、SB24，滑 块快下，行程开关 SQ3 触发，滑块慢下，压到工件后压力开始加大，最终打到设 定值，压力开关动作(X45 得电)，停止主缸下行，进入保压状态，外部设定的保压 值达到后 X50 得电开始泄压，外部设定的泄压时间到达后，泄压停止，主缸上行，
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3 电路及 PLC 设计 （液压机部分）
碰到 SQ2 后，主缸慢回程，接着触碰到 SQ1 时主缸回程停止；如果顶缸工作在顶 出状态的话（SA2 打到顶出档位）紧接着顶缸上行，把工件顶出来，顶出时间达到 外部设定值时顶缸回程；当 SA1 打到自动档位时，此时与机械兽的联系从新打开， X0 得电，M0 接通得电，断开调整用的各条支路，总控程序段 M100 被激活接通， 同时总控程序段 M101 接通，按下按钮 SB21，液压机初始化，再按下机械手 1 和机 械手 2 的初始化按钮，初始化完毕后液压机和两个机械手进入初始化位置，即： 液压机主缸回程到位停止。机械手 1 到达未加工工件上方，机械手 2 到达液压机 旁等待，完成总初始化后，在按下总启动按钮 SB22，M21 才能得电自锁，断开总 控 M101，同时向机械手 1 发送触发信号，等机械手 1 动作完成后给液压机发送触 发信号（X55）得电，液压机滑块快下触碰到行程开关 SQ3，滑块慢下，触碰到工 件后压力加大，达到设定值后，主缸压力开关动作（X45 得电） ，保压开始，外部 设定时间一到（KT1 动作） ，开始泄压，泄压时间一到（KT2 动作） ，滑块回程，触 碰到 SQ2 后滑块慢回程，到位后向机械手 2 发动作信号，然后机械手 2 将工件取 走向机械手发讯，机械手 1 立刻将准备好的未加工工件放置在液压机的模具上， 一个工作循环完成。
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4 机械手部分
4 机械手部分
4.1 机械及气动部分设计
图 4.1 机械手整体结构 21
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图 4.2 爪盘主俯视图
图 4.3 吸爪 22
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图 4.4 爪盘左视图
机械手的机械主体如上图 4.1，4.2 和 4.3 是爪盘和爪盘上的吸爪，4.4 是吸 爪吸盘的组合体（仅固定了一个吸爪） 。鉴于插入图片不够清晰，以颜色区分红色 部分为螺纹，绿色为虚线。 吸盘的工作原理：如图 4.2，其作用是固定吸爪。上面有 3 个活动铰肢用来和 机械手主体相连接。可以在图 4.1 上看到，爪盘的水平度可以通过两个锁紧螺母 来调节，以螺杆的伸出量来决定吸盘的水平度（一般情况下要求吸盘水平，只有 加工有角度放置的工件才调整倾斜度） 。可以形象的说，如果说吸爪是人的手指， 那么吸盘就是人的手掌。一般吸盘的吸附工作都是由辅缸的上下行和电磁阀来决 定的。 吸爪的工作原理含简单，如图 4.3，主体（左） ，固定螺母（中） ，缩杆（右） 。 主体中有一个双杆滑动活塞，下活塞杆的一端有螺纹，用于和缩杆连接，螺纹上 有空洞，方便通气。还有一个强力弹簧，一直向活塞施压。固定螺母将吸爪固定 在爪盘上。缩杆分为两部分一部分是缩杆主体（右上） ，用于连接活塞杆，另一部 分是软体材料。当吸爪和工件接触时，缩杆下方的软体材料将贴合在工件表面， 继续向下，缩杆带动活塞抵抗弹簧压力向上运动，由于电磁阀未动作，所以活塞 缸出口一直通向单向阀（即：只有出气，没进气） ，当压力达到设定值时，停止下 降，当吸盘带动吸爪向上时，由于弹簧的推力作用，所以缩杆一直对工件有吸力，
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使工件一直吸附在软体材料上（
注：工件表面刷油） ，当工件一到指定位置时，电 磁阀得电将活塞缸出气口直接和大气相通，由于弹簧压力，迅速释放，使得缩杆 内有气体注入，所以没有了吸力，工件掉落下来。 机械手在液压机前后各有一个，呈对角安装，这样程序的改动就会少很多。 下面就以机械手 2 为例，讲述其机械原理和工作方式。 机械手 1 和机械手 2 的工作原理相同，上下主要由主缸执行，辅缸只作为爪 盘抓取材料使用。左右行走靠左右行缸来保证运行。机械手的旋转由电机来控制 如图上所示的电机输出的动力经变速器和传动齿轮到达机械手主轴，在机械手主 轴下方还有一个齿轮传动连接着电磁制动器，电磁离合器就在电机主轴的动力输 出端，电磁制动器和电磁离合器的得电动作在同一时间段内总是相反的。当电机 开始转动时，电磁制动器就先断电取消制动，然后电磁离合器就得电，使其正常 传动。电机断电停止时刻，电磁离合器首先断电，然后电磁制动器得电制动。 工作方式有手动和自动两种： 机械手 1 和机械手 2 的手动工作方式相同，主要用于机械手和爪盘的调整， 或更换爪盘。将开关 SA2 打到调整状态可以在快慢速开关定好的速度上进行上， 下、左、右、爪盘放松和辅缸的上下操纵。一般情况下不采用，所以不予详细讲 述。 下图 4.5 所示为机械手 2 自动工作方式，用于在全自动时候流水线自动操纵。
图 4.5 机械手 2 自动工作方式
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4.2 电器部分
4.2.1 主电路设计
图 4.6 主电路
图 4.7 控制电路
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机械手 2 的主电路和硬件控制回路如上图 4.6，4.7 所示。将总电源 QS1 打开 通电，按下按钮 SB2，KM1，KM3 得电自锁，从而使电动机 M1 工作在 Y 型模式 （绕组电压 AC220V） ，同时 KT 得电，延时，延时时间一到，延时常闭触电断开 使 KM3 断电，延时常开触点闭合使 KM2 得电自锁，从而使电动机 M1 工作在△ 型模式（绕组电压 AC380V） ，M1 的停止按钮是 SB0；电动机 M2 是机械手主体旋 转电机，它的动作方式和电动机 M1 不同，它是通过变频器直接控制的；电动机 M3 用作冷却水泵， 按下 SB4，KM4 得电自锁，停止按钮是 SB3；硬件急停按钮 SB1，按下去不能自动复位，需要人工复位。在自动工作情况下，能按 PLC 指定 的软件急停按钮则尽量不要按硬件急停按钮 SB1。因为一旦按下后所有工序都停 下来了，就要所有的设备都从新初始化才能继续工作。 PLC 需要两种电源，一种是 220V 交流电源，一种是 24V 直流电源，QS4 控制 PLC 的 AC220V 电源，而 DC24V 有专门电源器提供。
4.2.2 变频器接线
图 4.8 变频器接线
变频器的接线如图 4.8，和液压机滑动平台的设置方式相同。将变频器设置两 种速度 Pr.4 设置为低速， Pr.5 设置为高速。 电动机正转为顺时针， 反转为逆时针。 高速正转时，SD 与 STF 和 RM 保持接通；低速正转时，SD 与 STF 和 RH 保持接 通；高速反转时，SD 与 STR 和 RM 保持接通；低速反转时，SD 与 STR 和 RH 保持接 通。
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4.2.3 电磁阀供电设计
电磁阀供电图表如下：
表 4.1 电磁阀线圈供电表
Yv1 慢速 时 Yv9 得电 慢速 时 Yv8 得电 慢速 时 Yv0 得电 （主） 上行 （主） 下行 （辅） 上行 （辅） 下行 左行 右行
●
Yv2
Yv3
Yv4
Yv5
●
Yv6
Yv7
Yv10
●
●
●
●
●
●
●
●
气爪松开
●
图 4.9 电磁阀线圈供电图
电磁阀线圈共计 11 个，由 11 个小继电器控制接通，而 11 个小继电器由 PLC 直接控制，通过电磁阀线圈的通断电来控制液压系统里的换向阀和气爪电磁阀的 换向，进一步控制上下左右方向的快慢速动作等细节。
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4.2.4 电磁离合制动
图 4.10 离合器和制动器线圈接线
电磁制动器位于机械手主轴下方，和一个齿轮副连接着，得电时将齿轮固定 住，从而固定住机械手主轴。电磁离合器位于电机主轴的动力输出端。电磁制动 器和电磁离合器的得电动作在同一时间段内总是相反的。当电机开始转动时，电 磁制动器就先断电取消制动，然后电磁离合器就得电，使其正常传动。电机断电 停止时刻，电磁离合器首先断电，然后电磁制动器得电制动。YA1 是电磁离合器线 圈， 是电磁制动器的线圈， YA2 为动作迅速断电时有电阻放电回路， 用于释放剩磁。 二极管的作用只是为了单向导电。
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4.2.5 PLC 设计
输入、输出继电器分配如下图 4.11、4.12。
图 4.11 PLC 输入分配
图 4.12 PLC 输出接线图
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梯形图设计如下：
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4.3 液压和气动回路图
图 4.13 液压系统回路图
如图 4.13 所示，整个液压油路的运作如下： 油泵电动机开启，拖动油泵运转。所有电磁阀都没有得电，由于 YV5 没通电， 溢流阀没起到作用，所以液压油直接流回油箱。 (1)主缸上下行 1)快上，电磁阀 YV1，YV5 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， 液压油通过电磁换向阀 Yv5， Yv9， Yv1 再过单向阀流到压缸无杆腔， 同时， YV1 经 的另一路液压油打开另一个可控单向阀，使液压缸有杆腔的油液通过另一个可控 单向阀经 Yv1 直接流回油箱。 2)慢上， 和快上唯一的区别就是将 Yv9 开， 使进入无杆腔的液压油经过节流阀， 放慢速度。
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4 机械手部分
3)快下，电磁阀 YV2，YV5 得电，使油泵流出的液压油都不能直接流回油箱， 液压油通过电磁换向阀 Yv5，Yv9，Yv2 再过单向阀流到压缸有杆腔，同时，经 YV2 的另一路液压油打开另一个可控单向阀，使液压缸有杆腔的油液通过另一个可控 单向阀经 Yv2 直接流回油箱。 4)慢下，和快上唯一的区别就是将 Yv9 开，使进入无杆腔的液压油经过节流 阀，放慢速度。 (2)左右行程缸左右行，和主缸上下行基本原理一样，这里不予重述。 (3)辅缸上下行，如图 4.14 所示，辅缸的传动介质未压缩空气，只有短行程， 是由 Yv6 和 Yv7 来控制，Yv8 的点的话就是慢速动作（只有机械手 1 才会用得到） 。 Yv10 的作用是控制气爪放松，当 Yv10 得电时，气爪由活塞缸与大气相同，在弹簧 作用力作用下将缩杆推出，释放工件。
图 4.14 气压回路
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5 系统组合
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5.1 PLC 联动（三站通信）
图 5.1 三站通讯接线图
三站通讯如上图 4.13 所示：左边为机械手 1PLC，中间为液压机 PLC，右边为 机械手 2PLC， 三个 PLC 的公共端 COM 用导线连接在一起。 从左到右开始讲各 I/O 触电的作用， 由于梯形图程序设计的不同所以前后两个机械手的通讯端 I/O 并不对 称。 机械手 1 X23：接收来自机械手 2 的动作触发，从而进入循环工作状态；X24：接收来 自液压机的安全信号；X45：接受来自液压机的触发信号，从而使机械手 1 放入代 加工工件；Y15：向液压机发送初始化信号；Y16：向液压机发出动作触发，从而 使液压机动作；Y24：向液压机发送急停信号，防止安全事故的发生； 液压机 X21：接收来自机械手 2 的初始化信号；X22：接收来自机械手 1 的初始化信 号；接收来自机械手 1 的动作触发，从而使液压机动作；X56：接收来自机械手 2 的取料完成讯号；X63：接收来自机械手 2 的急停信号；X64 接收来自机械手 1 的
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急停信号；Y24：向机械手 1 发送动作触发；Y25：向机械手 2 发送动作触发，从 而是机械首 2 动作，取走工件；Y36：向机械手 2 发安全信号；Y37 向机械手 1 发 安全信号；Y45：向机械手 2 发下压信号。 机械手 2 X23：接受来自液压机的触发信号；X24：接受来自液压机的安全信号；Y15： 向液压机发送初始化信号；Y16：向机械手 1 发送动作触发；Y24：向液压机发送 急停信号；Y31：向液压机发送取料完成信号。
5.2 工作方式
图 5.1 全自动工作方式
整个系统的工作方式只有一种，自动化作业的框架形成，如图 5.1。在自动化 工作前，首先应将各设备调整到最佳，包括位置、模具等；然后按下各设备的初 始化按钮；初始化完成后就可以按下总启动按钮（注：在初始化未完成之前按下 总启动按钮没有用） ，然后各设备会依照图 5.1 右侧的循环框架自动运行。为保证 生产安全，最好在工作区域周边加装防护网。其次，在自动运行状态下，无论何 时按下各设备任意一个急停按钮都会令整个系统体征停止，要从新开始的话就要 从新调整，初始化这样的步骤从心开始。
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致谢
致 谢
在论文完稿之际，谨向教导和帮助我的师长、朋友、同学，以及默默支持和 鼓励我的亲人们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福! 感谢导师唐老师!唐老师严谨踏实的研究作风，渊博深厚的知识，孜孜不倦的 诲人，我感到由衷的敬佩。导师以其严谨、求实的治学态度、高度的责任心和敬 业精神，给予我极大的帮助与鼓励;导师踏实认真、开拓创新的治学作风将使我终 生受益，本论文从选题到完成无不浸透着恩师的心血。在此期间，老师多次询问 我的课题进度，提醒我该注意的问题，并在我课题遇到困难时，给予了我耐心的 指导和帮助。借此论文的完成之际，谨向我的恩师表达我衷心的感谢和崇高的敬 意!感谢恩师不厌其烦的教诲和一丝不苟的严谨作风，在学习、生活和以后的工作 中给我树立了为学为人的榜样。并希望在今后的学习和工作中继续得到导师的教 导。
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参考文献
参考文献
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论文原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业论文是在导师的指导下进行的设 计（研究）工作及取得的成果，论文中引用他（她）人的文献、数据、 图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成， 不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书 而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。