机电传动控制
机电传动控制
复习大纲要点1.机电传动控制的概念机电传动控制是指驱动生产机械的电动机和控制电动机的一整套电气系统。
2. 直流电动机的调速方法有分别哪三种?（1）改变电枢电路串接（2）改变电动机电枢供电电压（3）改变电动机主磁通3. 使步进电动机工作的根本原因。
错齿4. 对于他励直流电动机,当降低电枢电压时,电动机的转速将降低。
转子电路串电阻时,电动机转速将降低。
5.他励直流电动机的制动方法有哪些?各有何特点?（1）反馈制动。
特点：效果好，但所需的设备较复杂，适用于电动-发电-电动系统，或可逆可控硅供电系统。
（2）反接制动。
特点：制动速度快，需加装反转接触器、限流电阻和速度方向继电器。
（3）能耗制动。
电动机在电动状态运行时，若把外加电枢电压U 突然降为0，而将电枢串接一个附加电阻Rad 短接起来，便能进入能耗制动状态。
特点：线路简单，制动时间一般，需加制动接触器、制动电阻、和制动时间继电器。
6. 他励直流电动机的额定电流和额定转矩公式?）（Φ=t a K T I N N N N n P 55.9P T ==ω7. 异步电动机定子绕组的连接方式的选择三相电动机的定子绕组有星型（Y ）和三角形（Δ）两种不同的接法。
连接方式的选择和普通三相负载一样，需视电源的线电压而定。
如果接入电动机的电源的线电压等于电动机的额定相电压（即每组绕组的额定电压），那么，它的绕组应该接成三角形；如果电源的线电压是电动机额定相电压的√3倍，那么，它的绕组应接为星形。
8. 异步电动机有哪几种调速方法?各有何特点?（1）变极对数调速。
特点：(1)具有较硬的机械特性，稳定性良好; (2)无转差损耗，效率高;(3)接线简单、控制方便、价格低;(4)有级调速，级差较大，不能获得平滑调速;(5)可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
（2）变转差率调速。
机电传动控制(全套课件250P)
9.55F N vm / s TL c nr / min 2.对直线运动（上升）：
3.对直线运动（下降）： TL
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9.55 c F N vm / s nr / min
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2．3 生产机械的机械特性 在同一轴上，负载转矩和转速之间的函数关系，称为生产机 械的机械特性。 一、恒转矩型机械特性
速度。
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二、机电系统稳定运行的条件
1. 必要条件
电动机的输出转矩T和负载转矩TL大小相等，方向相反。 n=f(T)和n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。
2. 充分条件 系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的能力，即：
当干扰使速度上升时，有 T<TL ；
当干扰使速度下降时，有T>TL 。这是稳定运行的充分条件。 符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。
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四、T、TL 、n的参考方向 以ω（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。
拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。 1. T的符号与性质 当T的方向与n同向时，符号与n相同；T为 拖动转矩 当T的方向与n反向时，符号与n相反；T为制动转矩 2. TL的符号与性质 当TL的方向与n同向时，符号与n相反；TL为 拖动转矩 当TL的方向与n反向时，符号与n相同；TL为制动转矩
1）可以实现无级调节 2）特性曲线互相平行，机械特
性硬度不变，调速范围较大；
3）恒转矩调速 4）U≤UN，n≤nN
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3．改变电动机主磁通
UN Ra n T 2 K e 9.55( K e )
1）可以实现无级调节 2）随着Φ 的减小，n0增加，k 变大，特性变软； 3）恒功率调速 4）Φ ≤Φ N，n≥nN
机电传动控制-1
1 绪论1.1 机电传动控制的目的和任务机电传动也称电力拖动或电力传动，是指以电动机为原动机驱动生产机械的系统的总称。
其目的是将电能转变成机械能，实现生产机械的起动/停止和速度调节，以满足生产工艺过程的要求，保证生产过程正常进行。
因此，机电传动控制包括用于拖动生产机械的电动机以及电动机控制系统两大部分。
在现代化生产中，生产机械的先进性和电气自动化程度反映了工业生产发展的水平。
现代化机械设备和生产系统已不再是传统的单纯机械系统，而是机电一体化的综合系统。
机电传动控制已成为现代化机械的重要组成部分。
机电传动控制的任务从狭义上讲，是通过控制电动机驱动生产机械，实现产品数量的增加、产品质量的提高、生产成本的降低、工人劳动条件的改善以及能源的合理利用；而从广义上讲，则是使生产机械设备、生产线、车间乃至整个工厂实现自动化。
随着现代化生产的发展，生产机械或生产过程对机电传动控制的要求越来越高。
例如：一些精密机床要求加工精度达百分之几毫米，甚至几微米；为了保证加工精度和粗糙度，重型镗床要求在极低的速度下稳定进给，因此要求系统的调速范围很宽；轧钢车间的可逆式轧机及其辅助机械操作频繁，要求在不到1s 的时间内就能完成正反转切换，因此要求系统能够快速起动、制动和换向；对于电梯等提升机构，要求起停平稳，并能够准确地停止在给定的位置上；对于冷、热连轧机或造纸机，要求各机架或各部分之间保持一定的转速关系，以便协调运转；为了提高效率，要求对由数台或数十台设备组成的自动生产线实行统一控制和管理。
上述这些要求都要依靠机电传动控制来实现。
随着计算机技术、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术、电动机和电器制造业及自动化元件的发展，机电传动控制正在不断创新与发展，如直流或交流无级调速控制系统取代了复杂笨重的变速箱系统，简化了生产机械的结构，使生产机械向性能优良、运行可靠、体积小、重量轻、自动化方向发展。
因此，在现代化生产中，机电传动控制具有极其重要的地位。
《机电传动控制》课件
感应电机
基于电磁感应原理，具有成本低 、可靠性高的优点，在工业自动 化、家用电器等领域广泛应用。
先进控制算法的研究与应用
滑模控制
01
通过在状态空间中设计滑模面并选择合适的切换规则，实现对
系统状态的快速响应和鲁棒性。
模糊控制
02
பைடு நூலகம்
利用模糊集合理论将不确定性因素转化为可计算的语言变量，
实现对复杂系统的有效控制。
03
机电传动控制系统的设计与实现
系统需求分析与设计
需求分析
明确系统的功能要求、性能指标和约束条件，为后续 设计提供依据。
总体设计
根据需求分析，确定系统的总体架构、组成模块和相 互关系。
详细设计
对每个模块进行详细设计，包括电路设计、机械结构 设计、软件设计等。
控制算法的选择与实现
算法选择
根据系统需求和性能要求， 选择合适的控制算法，如PID 控制、模糊控制等。
机床的运动状态和加工参数。
数控机床控制系统的应用范围包括航空、航天、汽车、模具等领域，为 现代制造业的发展提供了重要的技术支持。
智能家居控制系统
智能家居控制系统是实现家庭智能化和舒适化的重要手段 之一，它通过控制家庭设备的开关、调节设备的运行状态 和参数等，为家庭生活提供便利和舒适。
智能家居控制系统通常采用无线通信和网络技术，实现家 庭设备的互联互通和控制，同时通过传感器和执行器，实 时监测和调整家庭设备的运行状态和环境参数。
步进电机
利用脉冲信号控制电机转子步 进旋转的原理，实现精确的角
度和位置控制。
伺服电机
利用伺服系统控制电机旋转角 度和速度的原理，实现高精度
和高动态性能的控制。
控制器类型与工作原理
教案-机电传动控制
教案机电传动控制一、教学目标1. 了解机电传动控制的基本概念和原理。
2. 掌握机电传动控制系统的组成和功能。
3. 学会分析机电传动控制系统的性能和优化方法。
4. 能够应用机电传动控制原理解决实际工程问题。
二、教学内容1. 机电传动控制的基本概念机电传动控制的定义机电传动控制的特点和应用领域2. 机电传动控制系统的组成电机及其控制原理传动机构及其控制原理控制器及其控制算法3. 机电传动控制系统的功能速度控制位置控制力矩控制4. 机电传动控制系统的性能分析动态性能分析静态性能分析稳态性能分析5. 机电传动控制系统的优化方法PID控制算法优化模糊控制算法优化自适应控制算法优化三、教学方法1. 讲授法：通过讲解机电传动控制的基本概念、原理和功能，使学生掌握相关知识。
2. 案例分析法：通过分析实际工程案例，使学生了解机电传动控制系统的应用和性能分析。
3. 实验法：通过进行机电传动控制实验，使学生掌握机电传动控制系统的实际操作和优化方法。
四、教学资源1. 教材：机电传动控制教材，用于学生学习和参考。
2. 实验设备：电机、传动机构、控制器等实验设备，用于学生进行实验操作。
3. 多媒体教学设备：用于展示教学内容和实验结果。
五、教学评估1. 课堂参与度：通过提问和讨论，评估学生对机电传动控制的理解和掌握程度。
2. 实验报告：通过学生提交的实验报告，评估学生对机电传动控制系统的实际操作和优化能力的掌握程度。
3. 期末考试：通过期末考试，评估学生对机电传动控制知识的全面理解和应用能力。
六、教学计划1. 课时安排：本课程共计32课时，包括16次授课和16次实验。
2. 授课安排：每次授课2课时，共计16课时。
3. 实验安排：每次实验2课时，共计16课时。
七、教学活动1. 授课活动：通过讲解、案例分析和互动讨论等方式，传授机电传动控制的基本概念、原理和功能。
2. 实验活动：进行机电传动控制实验，使学生掌握机电传动控制系统的实际操作和优化方法。
机电传动控制教案
机电传动控制教案第一章：机电传动控制概述1.1 教学目标让学生了解机电传动控制的基本概念。
让学生理解机电传动控制系统的组成和作用。
让学生掌握机电传动控制的基本原理。
1.2 教学内容机电传动控制的概念机电传动控制系统的组成机电传动控制的特点和应用机电传动控制的基本原理1.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式进行教学。
通过图片和视频等直观手段帮助学生理解。
1.4 教学评估通过课堂提问和小组讨论评估学生对机电传动控制概念的理解。
通过课后作业评估学生对机电传动控制系统的组成的掌握。
第二章：机电传动控制系统的组成2.1 教学目标让学生了解机电传动控制系统中各个组成部分的功能。
让学生掌握机电传动控制系统中各个组件的连接和调试方法。
2.2 教学内容机电传动控制系统的组成部分各个组件的功能和特点组件的连接和调试方法2.3 教学方法通过实物展示和讲解相结合的方式进行教学。
安排学生进行实际操作，加深对组件连接和调试方法的理解。
2.4 教学评估通过课堂提问评估学生对机电传动控制系统组成成分的理解。
通过实际操作评估学生对组件连接和调试方法的掌握程度。
第三章：机电传动控制的基本原理3.1 教学目标让学生理解机电传动控制的基本原理。
让学生掌握机电传动控制系统的运行机制。
3.2 教学内容机电传动控制的基本原理机电传动控制系统的运行机制3.3 教学方法通过讲解和案例分析相结合的方式进行教学。
通过图片和视频等直观手段帮助学生理解。
3.4 教学评估通过课堂提问评估学生对机电传动控制基本原理的理解。
通过课后作业评估学生对机电传动控制系统运行机制的掌握。
第四章：机电传动控制系统的应用4.1 教学目标让学生了解机电传动控制系统在实际工程中的应用。
让学生掌握机电传动控制系统的选型和设计方法。
4.2 教学内容机电传动控制系统在实际工程中的应用案例机电传动控制系统的选型和设计方法4.3 教学方法通过案例分析相结合的方式进行教学。
通过图片和视频等直观手段帮助学生理解。
机电传动控制教案
机电传动控制教案第一章：机电传动控制概述1.1 机电传动控制的概念解释机电传动控制的定义强调机电传动控制在现代工业中的重要性1.2 机电传动系统的组成介绍机电传动系统的常见组成部分，如电动机、传动装置、负载等解释各个部分在系统中的作用和相互关系1.3 机电传动控制系统的分类介绍机电传动控制系统的不同类型，如开环控制、闭环控制等比较各种控制系统的特点和应用场景第二章：电动机及其控制2.1 电动机的分类和特性介绍不同类型的电动机，如交流异步电动机、直流电动机等分析各种电动机的启动、制动和调速特性2.2 电动机的控制方法介绍电动机的常见控制方法，如开关控制、变频调速等分析各种控制方法的工作原理和应用场景2.3 电动机的选择和安装讲解电动机的选择依据，如负载类型、功率需求等介绍电动机的安装要求和注意事项第三章：传动装置及其控制3.1 传动装置的分类和特性介绍常见的传动装置，如齿轮传动、带传动等分析各种传动装置的传动比、传动效率等特性3.2 传动装置的控制方法介绍传动装置的常见控制方法，如机械调速、电子调速等分析各种控制方法的工作原理和应用场景3.3 传动装置的选择和安装讲解传动装置的选择依据，如负载类型、传动比需求等介绍传动装置的安装要求和注意事项第四章：机电传动控制系统的应用4.1 机电传动控制系统在工业自动化中的应用介绍机电传动控制系统在工业自动化中的典型应用案例，如、生产线等分析机电传动控制系统在提高生产效率和产品质量方面的作用4.2 机电传动控制系统在交通运输领域的应用介绍机电传动控制系统在交通运输领域的典型应用案例，如电动汽车、轨道交通等分析机电传动控制系统在提高运输效率和减少能源消耗方面的作用4.3 机电传动控制系统在其他领域的应用介绍机电传动控制系统在其他领域的典型应用案例，如医疗设备、建筑自动化等分析机电传动控制系统在提高生活质量和工作效率方面的作用第五章：机电传动控制系统的维护与故障诊断5.1 机电传动控制系统的维护介绍机电传动控制系统的日常维护内容和注意事项强调定期维护对于系统稳定运行的重要性5.2 机电传动控制系统的故障诊断方法介绍常见的故障诊断方法，如观察法、参数测量法等分析各种故障诊断方法的优缺点和适用场景5.3 机电传动控制系统的故障处理和预防措施讲解故障处理的一般流程和方法介绍预防措施，如使用高质量的元件、避免过载等第六章：传感器与信号处理6.1 传感器的类型与作用介绍各种常用传感器，如温度传感器、压力传感器等分析传感器在机电传动控制系统中的作用和重要性6.2 传感器的选用与安装讲解传感器的选用依据，如测量范围、精度要求等介绍传感器的安装方法和注意事项6.3 信号处理与分析解释信号处理的基本概念和方法分析信号处理在机电传动控制系统中的应用，如滤波、放大等第七章：PLC控制系统7.1 PLC的基本原理与组成介绍PLC的概念、工作原理和组成结构强调PLC在机电传动控制系统中的应用优势7.2 PLC编程与控制讲解PLC编程的基本语言和方法，如梯形图、指令表等分析PLC控制在机电传动系统中的应用案例7.3 PLC系统的维护与故障诊断介绍PLC系统的日常维护内容和注意事项讲解故障诊断的方法和技巧第八章：变频器与电机调速8.1 变频器的基本原理与类型介绍变频器的工作原理和类型，如电压型、电流型等强调变频器在电机调速中的应用优势8.2 变频器控制与应用讲解变频器的控制原理和方法，如矢量控制、直接转矩控制等分析变频器在电机调速中的应用案例8.3 变频器的选用与安装介绍变频器的选用依据，如电机功率、调速范围等讲解变频器的安装方法和注意事项第九章：伺服控制系统9.1 伺服控制系统的基本原理与组成介绍伺服控制系统的工作原理和组成，如伺服电动机、伺服驱动器等强调伺服控制系统在精确控制中的应用优势9.2 伺服控制系统的选用与调试讲解伺服控制系统的选用依据，如控制精度、响应速度等介绍伺服控制系统的调试方法和注意事项9.3 伺服控制系统的应用案例分析伺服控制系统在典型应用场景中的应用案例，如数控机床、等第十章：机电传动控制系统的节能与环保10.1 节能技术的应用介绍节能技术在机电传动控制系统中的应用，如电机变频调速、高效传动装置等分析节能技术在降低能耗和提高经济效益方面的作用10.2 环保技术的应用介绍环保技术在机电传动控制系统中的应用，如废弃物回收、低噪音传动装置等强调环保技术在实现可持续发展和社会责任方面的意义10.3 节能与环保的法规和标准讲解与节能和环保相关的法规和标准，如节能产品认证、环保法规等强调企业和个人在遵循法规和标准方面的责任第十一章：机电传动控制系统的安全与保护11.1 安全防护措施的重要性强调在机电传动控制系统中实施安全防护措施的必要性讨论因缺乏安全防护导致的潜在风险和事故11.2 安全防护技术与设备介绍常见的安全防护技术，如紧急停止按钮、安全门等分析安全防护设备在保障人员和设备安全方面的作用11.3 安全标准与合规性讲解与机电传动控制系统安全相关的国家和行业标准强调遵守安全标准和合规性的重要性第十二章：案例分析与实践12.1 机电传动控制案例分析分析具体的机电传动控制案例，如自动化装配线、升降机等讨论案例中的关键技术、挑战和解决方案12.2 实践操作与技能培训强调实际操作在理解机电传动控制系统中的重要性介绍常见的实践操作活动和技能培训方法12.3 项目设计与实施讲解机电传动控制系统项目设计的基本步骤和方法讨论项目实施过程中的管理、协调和风险控制第十三章：发展趋势与创新13.1 机电传动控制技术的发展趋势探讨机电传动控制技术的发展方向，如智能化、网络化等分析新兴技术如物联网、大数据在机电传动控制系统中的应用潜力13.2 创新设计与研发强调创新在推动机电传动控制系统发展中的重要性介绍创新设计的方法和研发流程13.3 知识产权保护与技术转移讲解知识产权在技术创新中的作用和保护方法讨论技术转移和产业化的途径和挑战第十四章：经济效益与投资分析14.1 经济效益评估介绍经济效益评估的方法和指标分析机电传动控制系统投资的经济效益14.2 投资决策与风险分析讲解投资决策的基本原则和方法分析机电传动控制系统投资的风险因素和应对策略14.3 财务分析与投资回报介绍财务分析的方法，如现金流量分析、净现值分析等讨论投资回报的计算和评估方法第十五章：综合测试与评价15.1 测试方法与设备介绍机电传动控制系统综合测试的方法和设备强调测试在确保系统性能和可靠性中的重要性15.2 性能评价与优化讲解机电传动控制系统的性能评价指标和方法讨论系统性能优化的策略和技术15.3 持续改进与寿命周期管理强调持续改进在提高机电传动控制系统性能和寿命中的作用介绍寿命周期管理的方法和实践重点和难点解析本文主要介绍了机电传动控制的相关概念、系统组成、控制方法、应用领域、维护与故障诊断等方面的内容。
教案机电传动控制
教案机电传动控制第一章：机电传动控制概述1.1 机电传动控制的概念1.2 机电传动控制系统的组成1.3 机电传动控制的特点与应用第二章：机电传动控制的基本原理2.1 机电传动控制的基本原理介绍2.2 机电传动控制系统的建模方法2.3 机电传动控制系统的稳定性分析第三章：机电传动控制器的设计3.1 机电传动控制器的设计方法3.2 PID控制器的设计与应用3.3 模糊控制器的设计与应用第四章：机电传动控制系统的仿真与实验4.1 机电传动控制系统的仿真方法4.2 机电传动控制系统的实验方法4.3 机电传动控制系统仿真与实验的结果分析第五章：机电传动控制系统的优化与故障诊断5.1 机电传动控制系统的优化方法5.2 机电传动控制系统的故障诊断方法5.3 机电传动控制系统的优化与故障诊断的应用实例第六章：电动机控制系统6.1 电动机的基本原理与特性6.2 直流电动机控制系统6.3 交流电动机控制系统第七章：步进电机控制系统7.1 步进电机的工作原理与特性7.2 步进电机控制系统的设计方法7.3 步进电机在实际应用中的案例分析第八章：伺服电机控制系统8.1 伺服电机的工作原理与特性8.2 伺服电机控制系统的设计方法8.3 伺服电机在实际应用中的案例分析第九章：机电传动控制系统的保护与安全9.1 机电传动控制系统的保护措施9.2 机电传动控制系统的安全操作规程9.3 机电传动控制系统保护与安全的实际应用案例第十章：现代机电传动控制技术的发展趋势10.1 智能控制技术在机电传动控制中的应用10.2 网络化控制技术在机电传动控制中的应用10.3 绿色控制技术在机电传动控制中的应用第十一章：传感器在机电传动控制中的应用11.1 传感器的基本原理与类型11.2 常用传感器的特性与应用11.3 传感器在机电传动控制系统中的集成与优化第十二章：机电传动控制系统的节能与环保12.1 节能控制技术在机电传动控制中的应用12.2 环保控制技术在机电传动控制中的应用12.3 节能与环保在机电传动控制系统中的重要性第十三章：机电传动控制系统的可靠性与维护13.1 机电传动控制系统的可靠性分析13.2 机电传动控制系统的维护方法与策略13.3 提高机电传动控制系统可靠性与维护的实际案例第十四章：机电传动控制系统的实际应用案例分析14.1 机床控制系统中的应用案例14.2 自动化生产线中的应用案例14.3 控制系统中的应用案例第十五章：综合训练与实践15.1 机电传动控制系统的设计与实现15.2 机电传动控制系统的仿真与实验15.3 机电传动控制系统的实际操作与调试重点和难点解析本文主要介绍了机电传动控制的相关知识，包括概述、基本原理、控制器设计、系统仿真与实验、优化与故障诊断、电动机控制系统、步进电机控制系统、伺服电机控制系统、保护与安全、现代机电传动控制技术的发展趋势、传感器在机电传动控制中的应用、节能与环保、可靠性与维护、实际应用案例分析以及综合训练与实践。
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1. 引言1.1 课程设计的目的：电气控制系统是由各种低压电器和PLC 控制器按一定要求组成的控制系统。
通过机电传动系统课程设计，进一步掌握各种低压电器和PLC 的结构原理、选用及使用；正确处理使用中出现的各种问题；了解器件和系统之间的关系；培养正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、分析问题和解决问题的能力、运用标准与规范的能力、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
1.2 课程设计的内容及要实现的目标： 如图所示：图1. 模型图 主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能;3. 运用功能指令进行PLC 控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；4. 程序结构与控制功能自行设计；5. 进行系统调试，实现机械手臂搬运加工流程的控制要求。
要实现的目标：有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A 送到加工位置，然后由机械手将加工物送至工作台1的位置进行第一次加工，当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起送至工作台2进行第二步加工：当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。
15 左移ST414 上升YA3ST1图2. 机械手工艺流程图机械手工作前应位于原点，不同的位置分别装有行程开关。
ST1为下限为开关，ST2为上限位开关，ST3为右极限位开关，ST3为左限位开关。
机械手的上、下、左、右移动以及工件的夹紧，均由电磁阀驱动气缸来实现。
电磁阀YA1通电，机械手下降；电磁阀YA2通电，夹紧工件；电磁阀YA3通电，机械手上升；电磁阀YA4通电，电磁阀右移；电磁阀YA5通电，机械手左移。
2.系统总体方案设计：2.1系统硬件配置及组成原理：系统硬件配置：机械手臂系统的设计采用日本三菱FX2N系列PLC。
PLC的种类很多，大、中、小型PLC的功能不尽相同，其配置也有所不同，但主要的配置大体上是相同的，由中央控制单元CPU、存储器、输入/输出（I/O）电路、电源及编程器等构成。
PLC的输入电路是用来采集被控设备的检测信号或操作指令的，输出电路则是用来驱动被控设备的执行结构，而执行机构与检测信号、操作命令之间的控制逻辑则靠微处理器执行用户程序来实现。
PLC 的一般采用对用户程序循环扫描的工作方式。
图3. PLC系统组成框图2.2 系统可靠性设计：可靠性设计是指在规定的条件下和规定的时间内系统完成其规定的功能的能力，或者说是系统保持其功能在正常实现的时间。
在设计机械手时，为保证其可靠性，在机械手夹紧和松开过程中必须要有保持时间，在工件加工过程中必须保证工件以加工完成通过预留加工时间保证。
3.控制系统设计：3.1I/O估算：输入点的估算：分别需要总开关SB1、上、下、左、右极限限位开关。
共五个输入点。
输出点的估算：分别需要原点显示灯HL接口、上、下、左、右移动电磁阀、夹紧电磁阀。
共六个输出点。
3.2PLC的选型：根据I/O估计的输入、输出点数以及结合《三菱PLC编程手册》选择PLC的型号为日本的三菱FX2N-16M.该型号的输入输出点数分别为8点，符合按估算数在增加15%~20%的输入、输出点数，以备将来调整、扩充使用。
（1）Plc的功能，plc的功能与说完成的机械手臂的控制任务相适应，机械手完成的任务无非是一些简单的顺序控制及简单的逻辑运算，计数器等基本功能，选择三菱FX2N-16M足以。
（2）输入电路模块，plc的输入与限位开关ST的输出相连。
（3）输出电路模块，输出电路的任务是将PLC的内部输出信号变换成可以驱动执行机构的控制信号，plc是通过控制电磁阀的动作来控制机械手的移动。
综上所述：不管是从plc的价格、可靠性、可扩充性、维修和软件开发的难易还是从输入输出点数选择三菱FX2N-16M都是一个不错的选择。
3.3I/O分配表设计：表1.为现场信号与PLC输入、输出连线表，它表示了机械手各位置检测信号和执行元件与PLC输入输出接点的连接。
现场器件内部继电器地址说明输入输出SB1ST1ST2ST3ST4YA1YA2YA3YA4YA5HLX20X21X22X23X24Y001Y002Y003Y020Y021Y000启动按钮下限位开关上限位开关右限位开关左限位开关下降电磁阀夹紧电磁阀上升电磁阀右移电磁阀左移电磁阀原位指示灯表1. I/O分配表3.4外部接线图设计：根据表1画出plc与现场器件外部接线图如图4 所示。
原点显示下降电磁阀夹紧电磁阀上升电磁阀右移电磁阀图4. 外部接线图设计3.5控制程序流程图设计：图5. 控制程序流程图3.6 控制程序设计：根据课程设计要求要实现的目标来解读控制程序的设计思路。
（1）一个循环的开始，机械手必须在原始位置。
（2）过程一：按下启动按钮SB1，下降电磁阀YA1通电，机械手由原点下降，碰到下限位开关ST1后，停止下降；夹紧电磁阀通电，将工件夹紧，为保证工件可靠的夹紧，机械手在该位置等待3S;上升电磁阀YA3通电，机械手开始上升，碰到上限位开关ST2后，停止上升；右移电磁阀YA4通电，机械手右移动，碰到右极限限位开关ST3后，停止右移；下降电磁阀YA1通电，机械手下降，碰到下极限位开关ST1后，停止下移；夹紧电磁阀YA2失电，将工件松开，放在工作台1上加工，为确保可靠的松开，机械手在该位置停留2S；上升电磁阀YA3通电，机械手上升，碰到上极限限位开关ST2后，停止上升。
（3）过程二：在第二步原点处，为确保工件加工完成，机械手将在此位置停留30S；下降电磁阀YA1通电，机械手由原点下降，碰到下限位开关ST1后，停止下降；夹紧电磁阀通电，将工件夹紧，为保证工件可靠的夹紧，机械手在该位置等待3S;上升电磁阀YA3通电，机械手开始上升，碰到上限位开关ST2后，停止上升；右移电磁阀YA4通电，机械手右移动，碰到右极限限位开关ST3后，停止右移；下降电磁阀YA1通电，机械手下降，碰到下极限位开关ST1后，停止下移；夹紧电磁阀YA2失电，将工件松开，放在工作台2上加工，为确保可靠的松开，机械手在该位置停留2S；上升电磁阀YA3通电，机械手上升，碰到上极限限位开关后，停止上升。
（4）过程三：在第三步原点处，为保证工件加工完成，机械手将在此位置停留30S，下降电磁阀YA1通电，机械手由原点下降，碰到下限位开关ST1后，停止下降；夹紧电磁阀通电，将工件夹紧，为保证工件可靠的夹紧，机械手在该位置等待3S;上升电磁阀YA3通电，机械手开始上升，碰到上限位开关ST2后，停止上升；右移电磁阀YA4通电，机械手右移动，碰到右极限限位开关ST3后，停止右移；下降电磁阀YA1通电，机械手下降，碰到下极限位开关ST1后，停止下移；夹紧电磁阀YA2失电，将工件松开，放在工作台2上加工，为确保可靠的松开，机械手在该位置停留2S；上升电磁阀YA3通电，机械手上升，碰到上极限限位开关ST2后，停止上升。
左移电磁阀YA5通电，机械手左移，碰到左限位开关后，停止左移。
完成机械加工的一个循环。
（5）根据图4所示外部接线图，可绘制满足机械手控制任务的状态转移图程序如图6所示。
但在程序中，四次出现了Y010和Y012,这个是不允许的。
因此要用辅助继电器代替。
在图6中，由于M100~M103有一个为“1”时，就要使Y010为“1”，M106~M111中有一个为“1”时，就要使Y012为“1”。
X022x021T1T2T3图6. 状态转移图程序在图6的状态转移图中，S1为初始状态（在三菱FX2NPLC中S0~S19可作为初始状态元件），S20~S35分别表示机械手完成搬运任务的顺序动作的状态元件。
另外，按照I/O分配表、外部接线图及状态转移图程序，可编制的梯形图如图7所示：图7. 梯形图3.7创新设计内容：（1）为保证机械手夹紧和松开可靠，在各个位置停留等待一定的时间。
（2）为保证零件的加工完成及可靠性。
零件在加工中机械手必须回复至上极限位置，并在该位置等待30S。
（3）若机械手回到第一步原点，表明一个循环程序的结束和一个程序的即将开始，以HL灯作为显示。
4.系统调试及结果分析：4.1 系统调试及解决的问题：运用编程软件’SWOD5S-FXTRN-BEG-C’编写的梯形图程序，经运行出现了好几处的问题，致使程序不够完美的实现预定的功能。
但经过自己的反复考虑及反复的调试下，程序基本可以实现课程设计所要求的动作顺序及功能。
例如：在状态转移图中，多次出现Y001和Y003这个是不被允许的，因此需要用辅助继电器进行代替，同样为了更加的符合状态转移图的动作流程，编辑相对应的梯形图。
4.2 结果分析：程序基本实现了机械手的动作顺序。
但对于突然的事故如停电，程序的动作没有记忆功能，显得不足。
5.课程设计的总结：通过本次关于机械手的课程设计，使我加深了对PLC梯形图、指令表、外部接线图以及状态转移图的理解，还经过在图书馆学习和在网上查找一些资料及回忆以前参加工作接触到机械手和其程序，也使我跟好的理解和认识了关于PLC的原理和实际中的应用过程。
在本次设计中通过不断的调整和更改程序设计中的不足问题，使我更加熟练的运用一些PLC的编程软件。
本次的课程设计是一个非常有意义的综合性的更加深入的学习过程，在吴老师的生情投入的讲解下，让我们明白了如何去更好的、规范的完成课程设计报告。
作为大学生活的一部分，课程设计让我们的学习生活及精神生活更加的充实。
从中我们不仅实践了我们所学的知识，更锻炼了我们为人处事的一种态度。
鉴于所学知识有限，经验不足。
在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师予以批评和指正。
参考文献：【1】冯清秀，邓星钟.机电传动控制【M】.5版.武汉：华中科技大学出版社，2013.【2】杨裕根.现代工程图学【M】.3版.北京：北京邮电大学出版社，2009. 【3】姜培刚，盖玉先.机电一体化系统设计【M】.北京:机械工业出版社，2014.。