PLC机械手.docx

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PLC机械手

PLC课程设计报告

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

撰写日期：

2011/11/28

目录

前   言1

第一章机械手PLC设计内容与要求分析2

第二章关于PLC3

2.1PLC简介3

2.2PLC的基本结构3

第三章调试及程序设计4

3.1机械手的工作方式4

3.1.1输入刷新阶段4

3.1.2程序执行阶段4

3.1.3输出刷新阶段4

3.4输入和输出点分配表及原理接线图5

3.5状态图设计6

3.6调试软件7

第四章总结9

参考文献10

前   言

机械手：

mechanicalhand，也被称为自动手，autohand

能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

第一章机械手PLC设计内容与要求分析

一、设计目的

1．熟悉步进顺控指令的编程方法；

2．掌握单流程程序的编制；

3．掌握机械手的程序设计及其外部接线。

二、设计要求

设计一个用PLC控制的将工件从A点移到B点的机械手的控制系统。

其控制要求如下：

1．手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点位置；

2．连续运行，在原点位置按起动按钮或当光电探测器探测到有工件时，机械手按图4.1连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下：

原点→下降夹→夹紧（T）上→上升→右移→下降→放松（T）→上升→左移到原点，时间T由教师现场规定。

第二章关于PLC

2.1PLC简介

可编程控制器（简称PLC）：

是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

2.2PLC的基本结构

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。

输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。

PLC的基本结构如下图所示：

第三章调试及程序设计

3.1机械手的工作方式

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。

工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。

当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。

当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。

以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。

3.1.1输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

3.1.2程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

3.1.3输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。

实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。

综上述，PLC的扫描工作过程如图1—4所示。

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。

但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。

PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一。

3.4输入和输出点分配表及原理接线图

I／O分配

X0：

自动／手动转换；Xl：

停止；X2：

自动起动；X3：

上限位；X4：

下限位；X5：

左限位；X6：

右限位；X7：

手动向上；X10：

手动向下；X11：

手动左移；X12：

手动向右；X13：

手动放松；X14：

光电开关（当探测到有工件时接通）

Y0：

夹紧／放松（为安全，断电时要求夹紧以免工件伤人，即Y0=0时夹紧，Y0=1时放松）；Y1：

上升；Y2：

下降；Y3：

左移；Y4：

右移；Y5：

原点指示。

3.5状态图设计

3.6调试软件

我们用GX专业软件调试程序，首先打开软件，新建选择F打头的选项之后选择SFC图进行编程，批量转换，写入PLC调试外部接线。

第四章总结

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

参考文献

《可编程控制器原理与应用》主编：

周惠文电子工业出版社北京，2007.8

《可编程控制器原理与应用》主编：

涂明武北京航空航天出版社北京，2008.8

《PLC操作实训（三菱）》主编：

孙德胜李伟机械工业出版社北京，2007.9

《PLC应用技术》主编：

冯新强北京邮电大学出版社北京，2009.4

《可编程控制器应用基础》主编：

姜新桥石建华华中科技大学出版社2007.9