机械手的模拟控制二.docx

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机械手的模拟控制二

目录

1．简介2

1.1课题概况2

1.2设计要求2

1.3设计内容2

2．系统总体方案设计3

2.1总体方案选择说明3

2.2控制方式选择3

2.3操作界面设计（其它图见附录）4

3.PLC控制系统的硬件设计4

3.1PLC的选型4

3.2I/O点数的估算5

3.3I/O分配表5

3.4电气原理图设计5

3.5电气元件明细表5

4.PLC控制系统程序设计6

4.1状态分配表6

4.2机械手控制程序顺序功能图（或流程图）设计6

4.3控制程序设计思路6

5．系统调试及结果分析11

5.1系统梯形图11

5.2结果分析15

5.3调试过程中问题及解决方法15

6．系统的使用说明书15

7．课程设计体会16

8．参考文献16

9．附录17

1．简介

1.1课题概况

一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成，当某个电磁阀线圈通电，就一致保持现有的机械动作，如果线圈断电则停止机械动作。

例如下降的电磁阀通电，机械手下降，如线圈断电，则停止现有的下降动作，直到通电后继续下降；当此电磁阀相反方向的线圈通电时则进行上升的机械动作。

另外夹紧/放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电时执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，启动按钮SB1、停止按钮SB2,SA1为单次工作和循环工作的选择开关，SA2为手动工作和自动工作选择开关。

启动按钮SB1按下后开始工作，有八个动作，如下所示：

原位→下降→夹紧→上升→右移

↑↓

左移←上升←放松←下降

1.2设计要求

（1）初始状态：

机械手运行前，处于原位状态。

（2）由SA2开关选择自动或手动工作。

自动工作有单次循环工作和重复循环工作两种流程；手动工作状态时，按下启动按钮，只能单步运行：

按下启动按钮则运行一步，下一步运行需要再按一次启动按钮。

（3）启动操作：

按下启动按钮SB1，机械手按如表所示的工作流程运行。

（4）停止工作：

按下停止按钮SB2后，立即停止运行，按下启动按钮SB1又能继续运行。

1.3设计内容

该机械手分为自动工作与手动工作：

一、自动工作：

（1）单次循环：

按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位→停止工作

（2）重复循环：

按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位

按以上步骤循环三次。

二、手动工作：

单步运行：

按下启动按钮→下降（YV1）到位停止→按下启动按钮→夹紧（YV2）延时2s→按下启动按钮→上升（YV3）到位停止→按下启动按钮（以此类推）……

2．系统总体方案设计

2.1总体方案选择说明

1、机械手的升降和左右移行分别由不同的电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态；

2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV3、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV5、YV4；

3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV2来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；

4、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；

5、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1S实现；

6、机械手处于原点时指示灯HL亮

2.2控制方式选择

由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点，如硬件电路简单，修改程序容易，可靠性高等，所以本设计选择PLC控制系统。

2.3操作界面设计（其它图见附录）

1、机械手的工作状态由开关SB1、SB2控制，其中开关SB1为启动开关、开关SB2为关闭开关；

2、指示灯HL指示机械手是否处于原点，如在原点，则HL亮；

3、机械手的下降、夹紧、上升、右行、左行由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5来实现；

4、行程开关的下限位、上限位、左限位、右限位由SQ1、SQ2、SQ4、SQ3来实现；

5、控制开关回原点、单步跑、单周期、连续循环由开关I1.2、I1.3、I1.4、I1.5来实现。

3.PLC控制系统的硬件设计

3.1PLC的选型

本次机械手模拟控制采用的是来自西门子公司的S7-200可编程控制器。

西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型PLC，可用来代替继电器的简单控制场合，也可用于负载的自动化控制系统。

由于他有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。

它可靠性高，可以用梯形图，语句表和功能图块三种语言来编程。

它是指令丰富，指令功能强大，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器，高速输出，PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议，MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多个KB程序和数据存储空间。

3.2I/O点数的估算

使系统总投资最低。

PLC的输入/输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况（包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输出设备数元件要占用一个输入/输出点。

考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上加上20%～30%的备用量。

3.3I/O分配表

3.4电气原理图设计

（见附录）

3.5电气元件明细表

4.PLC控制系统程序设计

4.1状态分配表

4.2机械手控制程序顺序功能图（或流程图）设计

（见附录）

4.3控制程序设计思路

（1）程序的组成

（2）初始程序

本机械手的初始程序的梯形图如下图所示

机械手初始程序梯形图

（3）回原点程序

本机械手回原点程序的梯形图如下图所示。

本程序实现机械手回原点并且使夹子放松的

（4）自动运行程序

5．系统调试及结果分析

5.1系统梯形图

5.2结果分析

机械手控制程序包括回原点程序、自动运行程序（包括单步、单循环、连续循环控制程序）。

回原点程序就是让机械手回到原点，放松夹子。

然而自动运行程序控制三个不同的小程序，较为繁琐，要将单步与循环分开以及单循环与连续循环分开。

当单步走的时候M0.7由开始按钮上升沿触发。

当单循环的时候M0.6为0；当连续循环的时候M0.6为1，将这两者分开。

在程序中用的是置位/复位的语句所以能在打开停止开关后重新开始时能从原位继续执行。

用计数器C0来计数循环的次数。

5.3调试过程中问题及解决方法

（1）本次实验中的操作面板中的YV3损坏，我们用Q0.0的指示灯来代替。

（2）一开始我们程序控制机械手下降的过程中，机械手上升的程序同时工作，其中的原因为M2.1在下一步的时候未复位，解决方法为在在下一步程序中将M2.1复位，用M2.1使夹子夹紧，M2.5使夹子放松。

6．系统的使用说明书

（1）开启回原点开关I1.2，打开上限位SQ2和左限位SQ4行程开关，实现放松夹子，机械手回原点。

（2）选择单步I1.3/单周I1.4/连续循环I1.5的开关，在按下开启按钮。

（3）（单步则按下开启按钮）关闭上限位SQ2和左限位SQ4行程开关，机械手下降。

（4）（单步则按下开启按钮）打开下限位SQ1行程开关，夹紧夹子。

（5）（单步则按下开启按钮）延时1秒后，机械手上升，关闭下限位SQ1行程开关。

（6）（单步则按下开启按钮）打开上限位SQ2行程开关，机械手右行。

（7）（单步则按下开启按钮）打开右限位SQ4行程开关，机械手下降，关闭上限SQ2位行程开关。

（8）（单步则按下开启按钮）打开下限位SQ1行程开关，夹子放松.

（9）（单步则按下开启按钮）延时1秒后，机械手上升。

（10）（单步则按下开启按钮）关闭下限位SQ1行程开关，打开上限位SQ2行程开关，机械手左行。

（11）（单步则按下开启按钮）关闭右限位SQ3行程开关，打开左限位SQ4行程开关。

（若为单周则在此结束，若为循环则从（3）走下去，循环三次结束）

7．课程设计体会

通过本次课程设计，让我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了一定的理解。

通过对理论的运用，提高了我们对基本指令的运用的熟练度。

在没有做课程设计以前，我们对基本指令的认知都是思想上的，容易忽略了一些细节，因此当我们把自己想出来的程序运用到编程中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

在解决一个个在调试中出现的问题中，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

通过合作，我们的合作意识得到加强。

合作能力得到提高。

上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。

在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。

能过比较选出最好的方案。

在这过程也提高了我们的表过能力。

我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了便于最后设计和在一起。

讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。

多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。

8．参考文献

（例：

仅供参考）

王永华现代电气控制及PLC应用技术.北京：

北京航空航天出版社，2008

殷洪义主编.可编程控制器选择设计与维护.北京：

机械工业出版社，2002

程子华PLC原理与实例分析.北京:

国防工业出版社，2006

9．附录

附录A

机械手控制系统顺序功能图

附录B

机械手控制系统电气原理图

附录C

机械手控制板面操作过程图