江西理工大学应用科学学院plc课程设计坐标式机械手报告概要.docx

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江西理工大学应用科学学院plc课程设计坐标式机械手报告概要

目录

第一章设计要求…………………………………………………………02

1.1控制要求……………………………………………………………………02

1.2I/O编址……………………………………………………………………03

1.3I/O端子接线图……………………………………………………………04

第二章工艺过程……………………………………………………………04

第三章操作面板布置………………………………………………………05

第四章设计流程图…………………………………………………………05

第五章主控制电路及其分析………………………………………………07

5.1主电路图及其说……………………………………………………07

5.2自动控制电路及其说明……………………………………………07

5.3手动控制电路及其说明……………………………………………08

第六章程序规划及编制……………………………………………………09

6.1整体程序规划思路……………………………………………………09

6.2主程序语句表………………………………………………………09

第七章元器件清单…………………………………………………………14

第八章总结…………………………………………………………………14

参考文献…………………………………………………………………14

第一章设计要求

图1.1坐标式机械手动作原理图

1.1控制要求

如图1.1所示，将物体从位置A搬至位置B

机械手整个搬运过程要求都能自动控制。

在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制，以便对设备进行调整和检修。

图2是机械手控制系统的逻辑流程图。

系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位、左位。

（1）动作顺序：

机械手从原点位置下移到A处下限位→从A处夹紧物体后上升至上限为→右移至右限位→机械手下降至B处下限位→将物体放置在B处后→上升至上限位→左移至左限位（原点）为一个循环。

（2）上限、A、B下限、左限、右限分辨有限位开关控制；机械手设立起动和停止开关。

（3）机械手夹紧或松开的工作状态以及到达每一个工位时，均应有状态显示。

（4）机械手的夹紧和放松动作均应有1s延时，然后上升；机械手每到达一个位置均有0.5s的停顿延时，然后进行下一个动作。

（5）若机械手停止时不在原点位置，可通过手动开关分别控制机械手的上升和左移，使之回到原点。

（6）要求循环120次后自动停止工作并警铃报警。

图1.2元器件布局及控制图

1.2I/O编址

输入：

设备启动:

I0.0SB0

自动控制：

启动：

I1.0SB1

限位检测：

I1.1SQ1

限位开关：

I1.2SQ2

I1.3SQ3

I1.4SQ4

I1.5SQ5

手动控制：

启动I0.1SB2’调节按钮：

I2.1SB2

I2.2SB3

I2.3SB4

输出：

原点指示灯：

Q2.0灯亮则机械手位于原点

手动指示灯：

Q2.1灯亮证明将开始手动操纵模式

报警蜂鸣器：

Q2.2循环次数超过120次，报警

KM1：

Q0.1在A上至A下的轴上下降

KM2：

Q0.2机械手抓紧

KM3：

Q0.3在A下至A上的轴上上升

KM4：

Q0.4右移

KM5：

Q0.5在B上至B下的轴上下降

KM6：

Q0.6机械手放松

KM7：

Q0.7在B下至B上的轴上上升

KM8：

Q1.0左移

1.3I/O端子接线图

该机械手控制系统所采用的PLC是德国西门子公司生产的S7-200CPU226，图1.2是S7-200CPU226输入/输出端子地址分配图。

该机械手控制系统共使用了12个输入点，11个输出点。

图1.3CPU外围接口接线图

第二章工艺过程

机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。

其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈及二位电磁阀控制。

例如当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。

只有当上升电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手下降停止。

只有当上升电磁阀通电时才上升；当上升电磁阀断电时，机械手上升停止。

同样左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。

机械手的放松夹紧由一个单线圈二位电磁阀控制。

当该线圈通电时，机械手夹紧，该线圈断电时，机械手放松。

当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全。

必须在右工作台上无工作时才允许机械手下降。

也就是说，若上一次搬运到右工作台的工件尚未搬走时，机械手应自动停止下降。

机械手的动作过程分解图1.2所示，从原点开始，按下起动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀通电，机械手下降停止；同时按通夹紧电磁阀，机械手夹紧。

夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁式断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时。

碰到右限位开关，右移电磁阀断电，机械手右移停止。

若此时工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀通电，机械手下降停止；同时夹紧电磁阀断电；机械手放松，放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。

左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手经过8步动作完成一个周期。

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。

第三章操作面板布置

图3.1设备操作控制操作图

根据该设计版面进行相应的操作。

第四章设计流程图

第五章主控制电路及其分析

4.1主电路图及其说明

图4.1主电路图

主电路由三个步进电机作为主要驱动电机，用于驱动机械手的不同动作。

电机M1主要用作控制机械手的上下移动，此次设置为电机正转驱动下降，反转驱动上升。

电机M2主要用作驱动机械手左右移动，设置为电机正转驱动向右移动，电机反转向左移动。

电机M3主要控制机械手的抓紧与放松，设置为电机正转驱动抓紧，电机反转驱动放松。

各电机的正反转由各自不同的控制开关的通断来控制。

值得注意的是M1电机，由于该控制过程一次循环中需要经过两次A上限和B上限，为了避免产生不必要的系统紊乱，故将电机M1的正反转分为A、B两条线路，分别由四个不同的开关控制，即KM1和KM3分别控制A轴上的升降，KM5和KM7分别控制B轴上的升降。

运行设备是需要按下开关SB0启动电路，带系统运行完毕后，SB0可由计数器C0控制直接跳开。

报警装置蜂鸣器有单独的电路接线，并由单片机控制。

图1.3中给出蜂鸣器接入CPU输出端口Q2.2上。

4.2自动控制电路及其说明

图4.2自动控制电路图

系统设备启动后，若限位开关SQ1闭合，则有原点指示灯亮（图1.3CPU中有原点指示灯的控制，由端口Q2.0控制，受CPU程序的控制），则机械手位于原点，按下开关SB1自动控制电路接通，继电器控制开关KM1动作自锁，电机M1正转，机械手下降。

待机械手下降碰触到A轴下限位开关SQ2时，常闭触点SQ2断开，电机M1停止正转下降，常开触点SQ2接通控制时间继电器记时0.5s后KT1接通，使开关KM2接通控制电机M3正转抓紧物体，同时开启时间继电器记时1s控制KT2接通使开关KM3接通同时使长闭触点KM3断开而不至于机械手重复执行抓取动作。

常开触点KM3接通后控制电机M1上升，至再次碰触到限位开关SQ1启动时间继电器记时同时速断开关K1动作，使长闭触点K1断开，避免系统因SQ1闭合而产生初始的重复下降。

记时后KT3常开触点闭合，开关KM4动作，电机M2正转驱动机械手右移。

至碰触到B右限位开关SQ3，时间继电器开始记时0.5s,同时长闭触点SQ3断开，电机M2停止正转，使机械手停止右移。

KT4常开触点闭合，开关KM5动作，控制电机M1正转，机械手下移至B下限位开关SQ4，时间继电器记时0.5s，长闭触点SQ4断开，电机M1停止正转，机械手停止下移，常开KT5接通，开关KM6接通，电机M3反转，机械手放松并记时1s后常开KT6接通，开关KM7接通，同时常闭KM7断开，电机M3停止放松，转而电机M1反转控制机械手上升，至B轴上限开关SQ5，记时0.5s,场闭触点SQ5断开，电机M1停止上升，记时后常开KT7接通，开关KM8闭合，电机M2反转，机械手左移至限位开关SQ1处被计数器计数一次，若次数不够则总控制开关SB0不动作，任然闭合，系统循环运行；若次数达到120次，计数器触发，是总控开关SB跳开，设备断电，自动停止，并有蜂鸣器报警。

该控制电路很好的解决了设计要求所要求的先后顺序，但是控制电路还是颇显繁琐，值得一提的是B轴上部要安装两个限位开关和两个不同的时间继电器，以区别机械手是从哪个方向到达B上部位置，并因此自动做出下一步的操作指令动作。

4.3手动控制电路及其说明

图4.3手动控制电路图

在设备开启后，限位开关SQ1常闭触点是闭合，常开触点是断开的话，则原点指示灯（由CPU输出端口Q2.0控制）不亮，系统进入手动控制模式。

按下手动模式启动开关SB2’，手动指示灯（由CPU输出端口Q2.1控制）点亮，同时设备自动控制系统由于限位开关SQ1长开触点断开状态，导致自动控制状态处于断电状态。

手动控制与自动控制是处于相对独立状态，两者单独操作互不影响。

手动控制电路接通后，应首先由观察员确定机械手在原点之外的具体位置，由于机械手的固定动作路线，可将机械手大致分为三个区域。

区域一：

机械手位于A轴上限和下限之间；区域二：

A上限和B上限之间；区域三：

B轴上下限之间。

当机械手位于区域一是，按下制动开关SB2，继电器控制开关KM3闭合自锁，电机M1反转，使机械手上升触碰到原点限位开关SQ1之后是手动控制电路断电使机械手停止在原点。

当机械手位于区域二时，按下开关SB3，继电器控制开关KM8闭合自锁，控制电机M3反转使机械手左移，至碰触到原点限位开关后设备断电，使机械手停止在原点。

当机械手位于区域三时，按下控制开关SB4启动开关KM7自锁，控制电机M1反转，机械手上升，至碰触到B上限位开关SQ5时记时，0.5s后KM8接通，控制电机M3反转，机械手右移至原点限位开关SQ1出手动控制电路停止，是机械手停止在原点。

注意：

手动电路运行时，自动电路启动开关SB1要断开，避免由于手动电路的操作，影响自动控制电路的误操作。

同时由于自动控制电路处于断电状态，故计时器不动作。

4.4整体电路控制图

整体电路图是上述自动控制电路，手动控制电路以及主电路图整合的，以对于整体电路有直观的感觉与认知理解。

图4.4整体电路图

第六章程序规划及编制

6.1整体程序规划思路

根据设计流程图，相关功能的实现与控制，与PLC接口及其控制功能相契合，故设计出以下程序供电路的控制用。

采用S7-200系列CPU与本课程所学内容相契合，很好的通过本次设计加深理解。

输入端口均为单独输入，不采用公用端口。

输出端口实现相应功能的控制，基本实现了设计所要求的各种功能的实现。

首先根据主电路图及其控制电路图分析相应的动作与控制过程各个按钮和开关所控制和实现的功能，设计好循环与分支，避免程序紊乱出错。

6.2主程序语句表

//初始化，复位器清零

LDI0.0

ASM0.1

SS0.0,1

LSCRS0.0

//检测原点A位置限位开关有无闭合

LDI1.1

SCRTS2.0

SCRE

LSCRS2.0

//原点指示灯Q2.0亮则证明机械手在原点

LDSM0.0

=Q2.0

//若在原点则按下开关I1.0执行自动控制电路分支

LDI1.0

SCRTS3.0

//若不在原点则按下开关I0.1执行手动控制分支

LDI0.1

SCRTS3.1

SCRE

LSCRS0.1

//自动控制开始执行，机械手由原点下降至A下限

LDSM0.0

=Q0.1

LDI1.2

SCRTS0.2

SCRE

LSCRS0.2

//延时0.5秒后抓货物

LDSM0.0

TONT37,5

LDT37

SCRTS0.3

SCRE

LSCRS0.3

//抓取货物并记时

LDSM0.0

=Q0.2

TONRT38,10

LDT38

SCRTS0.4

SCRE

LSCRS0.4

//抓取货物后上升

LDSM0.0

=Q0.3

//碰到限位开关I1.1后，记时0.5秒

LDI1.1

SCRTS0.5

SCRE

LSCRS0.5

LDSM0.0

TONT39,5

LDT39

SCRTS0.6

SCRE

LSCRS0.6

//机械手右移

LDSM0.0

=Q0.4

//碰到B右限开关I1.3后，记时

LDI1.3

SCRTS0.7

SCRE

LSCRS0.7

LDSM0.0

TONT40,5

LDT40

SCRTS1.0

SCRE

LSCRS1.0

//机械手由B上限下降至下限

LDSM0.0

=Q0.5

//碰到B下限开关[1.4后记时

LDI1.4

SCRTS1.1

SCRE

LSCRS1.1

LDSM0.0

TONT41,5

LDT41

SCRTS1.2

SCRE

LSCRS1.2

//放下货物并记时

LDSM0.0

=Q0.6

TONT42,10

LDT42

SCRTS1.3

SCRE

LSCRS1.3

//放下货物后由B下限升至上限

LDSM0.0

=Q1.3

//碰到B上限开关I1.5后，记时

LDI1.5

SCRTS1.4

SCRE

LSCRS1.4

LDSM0.0

TONT40,5

LDT40

SCRTS1.5

SCRE

LSCRS1.5

//机械手左移

LDSM0.0

=Q0.7

LDI1.1

SCRTS1.6

SCRE

//机械手回到原定，计数器吃C0加1，一次循环完成

LDS1.6

ANC0

SS0.1,1

SS1.6,1

LDSM0.0

=Q1.0

LDS1.7

SS0.0,1

SS1.7,1

SCRE

LSCRS3.1

//执行手动控制，手动控制指示灯Q2.1亮

LDSM0.0

=Q2.1

//肉眼观察机械手位于A上限和下限之间则按下开关I2.1，机械手上移至原点

LDI2.1

SCRTS2.1

//肉眼观察机械手位于A上限与B上限之间，按下开关I2.2，机械手左移至原点

LDI2.2

SCRTS2.2

//肉眼观察机械手位于B上下限之间，按下开关I2.3使机械手上移至B上限碰触B上限开关后自动右移至原点

LDI2.3

SCRTS2.3

SCRE

LSCRS2.1

LDSM0.0

=Q1.1

LDI1.1

SCRTS3.0

SCRE

LSCRS2.2

LDSM0.0

=Q1.2

LDI1.1

SCRTS3.0

SCRE

LSCRS2.3

LDSM0.0

=Q1.3

LDI1.3

SCRTS2.4

SCRE

LSCRS2.4

LDSM0.0

TONT40,5

LDT40

SCRTS2.5

SCRE

LSCRS2.5

LDSM0.0

=Q1.2

LDI1.1

SCRTS3.0

由于梯形图提取繁琐，且占用篇幅较多，影响阅读效果，故省去梯形图，只附语句表。

读者若有实际需求可根据语句表转化为梯形图。

程序若有些许问题可在实际操作中修改编译。

第七章元器件清单

材料原件

数量

型号

步进电机

3

70/75系列

按钮

6

GQ12B-10

限位开关

5

ML461-22Y

检测开关

1

DCJ-05

延时开关

7

Cpu

1

西门子cpu226

电磁阀

5

ZCA-P

指示灯

2

AD37-C

蜂鸣器

1

计数器

1

第九章总结

通过本次课程设计，很好的应用课程所学内容，同时又深化了对于课程的理解，对于今后的继续学习有极大的促进作用。

本次课程设计从任务下发开始准备，经历了为期一个月的设计时长，从收集资料到设计流程图，再到根据流程图设计主电路和设计电路，经历了许多困难，因此在老师和同学们的帮助和讨论下，一步一步实现解决设计过程中的各个问题，对于自己的耐心和逻辑思考能力是一个极大的锻炼。

尽管设计过程不是一帆风顺，但最终仍然是在磕磕绊绊的探索之中将本次课程设计完成。

这也使我感到无比的欣慰与快乐。

当然由于能力有限，设计内容可能会有些许不足或者设计方面的缺陷，还可能会有些许小错误，只能说抱歉，希望读者或者老师有发现错误或不足之处能够提出，我将十分感谢和诚恳接受，并尽自己最大的努力去改正和更加完善。

最后，再次感谢这次课程设计指导老师肖清老师给予的帮助和支持。

参考文献

【张万忠】电器与PLC控制技术.北京：

化学工业出版社，2009

【张运刚】西门子S7-200PLC技术与应用北京：

人们邮电出版社，2007

【连建华】PLC应用技术北京：

国防工业出版社，2009