机械手PLC模拟.docx

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机械手PLC模拟

课程设计报告

课程名称：

电气控制与PLC应用技术

姓名：

班级：

学号：

指导教师：

完成日期：

一：

课题简介

1）课题题目：

机械手模拟控制

2）控制系统概况

如图所示，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汽缸完成，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，例如下降的电磁阀线圈通电，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，加紧/放松由单线圈二位电磁阀推动汽缸完成，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（见下图），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：

原味→下降→夹紧→上升→右移

↑↓

左移←上升←放松←下降

二：

系统控制要求

1）控制要求

1.初始状态：

机械手运行前，处于原状态。

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。

机械手如表所示的工作流程运行。

4.停止操作：

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。

三：

系统总体控制方案说明

机械手运作的6个动作分3组，即上升/下降、左移/右移和放松/夹紧。

利用一个电动机的正反转情况控制机械手的上升和下降，另一个电动机的正反转情况控制机械手的左移和右移，其双线圈电磁阀为：

上升电磁阀YV3为电动机M1正传，下降电磁阀YV1为电动机M1反转;左移电磁阀YV5为电动机M2反转左移电磁阀YV4为电动机M2正转。

手动，回原点，单步，单周期和连续分别用开关I1.1，I1.2，I1.3，I1.4，I1.5控制，选择哪个运行方式，相应开关闭合，调用其子程序操作运作。

手动操作时用I1.4—I1.5对应的5个按钮控制机械手的上升、左行、下降、右行、夹紧。

而为了保证系统的安全运作，在手动程序中设置一些必要的互锁，如限位开关对运动的极限位置的限制，上升与下降之间、左行与右行之间的互锁用来防止功能相反的两个输出同时为ON。

为了使机械手上升到最高位置时才能左右移动，应将上限位开关I0.1常开触电与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。

单周期与循环运作用‘连续’标志位M0.6来区分即M0.6控制系统为单周期运作，M0.6控制系统为连续运作。

四：

系统的电器原理图

五：

PLC的选择

从控制方式选择上需要3个启动按钮，分别完成自动方式I1.5，、单步方式I1.3和手动方式I1.1的启动，还需要一个停止按钮I2.7用来处理现在任何情况下的停止运行。

机械手运行的限位开关有4个，上位限位开关I0.1、下位限位开关I0.0、左位限位开关I0.2和右位限位开关I0.3。

手动控制输入信号由5个按钮组成，下降按钮I0.6、上升按钮I0.4、夹紧按钮I1.0、左移按钮I0.5和右移按钮I0.7。

工作台A上有工件检测器。

输出信号有原位指示灯信号Q0.5，机械手下驱动信号Q0.0、上升驱动信号Q0.2、右移驱动信号Q0.3、左移驱动信号Q0.4和机械手夹紧驱动信号Q0.1，共有,6个输出信号。

西门子S7-200系列的CPU224集成24输入/16输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。

所有的S7--200 CPU都有一个内部电源，为CPU自身、扩展模块和其它用电设备提供24V直流 电源。

（若使用S7--200 CPU上的24 VDC传感器供电电源，则无需额外添加过流保护器件，因为此电源已经有限流保护。

）

六：

PLC的输入输出分配表

输入信号

输出信号

上限位开关SQ1

I0.0

下降电磁阀YV1

Q0.0

上限位开关SQ2

I0.1

夹紧电磁阀YV2

Q0.1

左限位开关SQ3

I0.2

上行电磁阀YV3

Q0.2

右限位开关SQ4

I0.3

右行电磁阀YV4

Q0.3

上升按钮

I0.4

左行电磁阀YV5

Q0.4

左行按钮

I0.5

原位指示灯HL

Q0.5

下降按钮

I0.6

右行按钮

I0.7

夹紧

I1.0

手动操作控制开关

I1.1

回原点操作控制开关

I1.2

单步操作控制开关

I1.3

单周期操作控制开关

I1.4

连续操作控制开关

I1.5

启动按钮

I2.6

停止按钮

I2.7

七：

PLC状态分配表

辅助继电器

M0.0

初始步标志位

M0.5

原点标志位

M0.6

是否连续运行标志位

M0.7

转换允许标志位

M1.0

回原点标志位

M1.1

回原点标志位

M2.0

下降标志位

M2.1

夹紧标志位

M2.2

上升标志位

M2.3

右行标志位

M2.4

下降标志位

M2.5

放松标志位

M2.6

上升标志位

M2.7

左行标志位

八：

系统的梯形图

1）机械手工作主程序

2）机械手自动运行程序

3）机械手工作手动程序

4）机械手回原点程序

九：

使用说明

因每个控制系统操作前都要检查机械手是否在原点状态，即原点指示灯HL是否亮。

先操作回原点控制系统。

1）回原点控制系统操作

原点状态就算保持在左限位开关和上限位开关都闭合的‘左上’即可，则都往‘左上’走，并放松即可。

例如，当机械手运作到右限位开关时操作如下，闭合回原点控制选择I1.2开关调用回原点程序进行操作。

一直按左移按钮I0.5，而机械手离开右限位开关，断开右限位开关I0.3，当机械手到达左尽头碰到左限位开关，闭合左限位开关同时原位指示灯HL亮。

总之保持左限位开关和上限位开关闭合，右限位开关和下线位开关断开即为原点状态到达。

2）机械手工作手动操作

保持在原点状态下，闭合手动操作控制开关I1.1，按下启动按钮，一直按下行按钮I0.6。

到达下限开关I0.0时，下限开关闭合，下降停止；再按下夹紧按钮I1.0，使夹紧按钮I1.0，使夹紧Q0.1置位，一直夹紧；断开下限位开关，按下上升按钮I0.4，到达上限时，上限位开关闭合，机械手停止上升；按下右行按钮I0.7，机械手离开左限位开关，断开I0.2，当机械手使右限位开关I0.3闭合时，按下下降按钮I0.6使机械手下降到达下限位开关闭合时，机械手放松松开搬运物，使其成功在B点降落。

按下上升按钮I0.4，同时使下限位开关复原断开；到达上限位时，使上限位开关闭合，机械手停止；按下左行按钮I0.5。

复原右限位开关，机械手左行到原点状态一周期操作完毕。

3）机械手单步运行

闭合开关单步系统控制开关I1.2，在原点状态下，起动按钮SB1按钮，机械手下降，当下限位闭合时；再次按下起动按钮，机械上升，并且夹紧，复原下限位开关断开；按下起动按钮，机械手由闭合上限位开关停止情况下右行，这时断开左限位开关；当机械手再次闭合右限位开关而停止时，按下起动按钮，机械手下降，断开上限位开关。

又当下限位开关闭合时，机械手停止下降，并且松开夹紧物。

按下起动按钮，机械手上升，断开下限位开关；当上限位开关闭合时，按下起动按钮，机械手重新运作并左行，断开右限位开关。

机械手到左限位开关闭合时停止，回原点状态，单词周期操作完毕，再次操作如第一次一样。

4）自动运行操作（单周期连续）

先讲单周期知道运作控制操作，闭合开关I1.4，进入自动运作单周期状态。

启动按钮SB1按下，机械手自动下降，闭合下限位开关，机械手停止，断开下限位开关，机械手夹紧并上升；闭合上限位开关，机械手停止；断开左限位开关，机械手右移；闭合右限位开关，机械手停止；断开上限位开关，机械手下降，到下限位开关闭合时，停止运作。

断开下限位开关，机械手左移，到右限位开关闭合后，机械手停止；回到原点状态，再次启动机械手要按下启动按钮。

连续自动运作控制操作和单周期控制相关操作，只不过头尾不同；闭合开关I1.5，进入知道运作状态，而最后再也不用再次按下启动按钮启动，机械手会知道运作下降，其他操作同理

一十：

调试说明

1）外部S7-200接线

在初次接线时，将输出端直接与输出指示灯相接，并没有与相应输出端连接，后经讨论即使发现问题并改正，重新接回输出端。

在设计程序时，有2个外部接线I/O口定为I1.6和I1.7，但实际S7-200试验机上没有这两输入端，一起商讨改为I2.6和I2.7，并接上2M，使其生效。

2）调试过程

首次接通电源时，起动按钮按下，发现机械手原点状态指示灯无论如何操作没有点亮，后经检测发现，我们程序上忘记说明指示灯HL为Q0.5输出，修正后成功会亮。

有时会碰到，在按下启动按钮后，指示灯HL与夹紧指示灯相互闪烁，其他下降，上升等指示灯没有反应，后经老师知道和我们的尝试，每操作先要保持原点状态，即左限位开关与上限位开关闭合。

右限位开关与上限位开关断开，这样就能正常走下一步。

在实际操作过程中，没有在意限位开关的状态，导致机械手运作不正常，经不断尝试与查看监控发现，在每次机械手离开限位开关时，要人为断开这限位开关，而这在实物中是不用人为控制的，机械手到达一位置，闭合相应限位开关，离开一位置，断开相应限位开关，最终机械手成功运作，调试成功。

一十一：

小结

首先，相比较与从前的课程设计来说，此次课程设计更全面和更具实际意义。

要求我们从实际工程角度出发，综合考虑器件的选型匹配问题、硬件图纸设计和绘制等，这些都是在以后的实际工作中会遇到的常见问题。

然后，机械手控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。

同时，使用PLC进行控制可方便更改生产流程，增强控制功能。

通过本次设计，可以根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，实现机械手控制系统的不同工作需求，机械手控制系统具有了很大的灵活性和可操作性。

所以在今后的学习中还需要不断加强对PLC的学习。

一十二：

参考文献

[1]黄永红，电气控制与PLC应用技术[M].北京：

机械工业出版社，2013.

[2]廖常初，S7-200PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2007.

[3]王永华，现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2008.

[4]龚运新，赵厚玉。

PLC技术及应用[M].北京清华大学出版社，2009.

[5]何强，单启兵。

可编程控制器应用：

S7-200[M].北京:

中国水利水电出版社

[6]西门子公司，SIMAICS7-200可编程序控制器系统手册。

2000.

附录

1）系统的电器原理图

2）系统的顺序功能图

自动运行顺序功能图