PLC课程设计机械手控制装置.docx
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PLC课程设计机械手控制装置
西门子PLC课程设计
专业：
自动化
班级：
姓名：
学号：
设计报告格式20分
设计内容60分
10分
10分
总计得分
封面
3
页面布局
5
目录格式
3
图表质量
4
间距、行距、字体
6
工艺过程分析
8
系统控制要求
8
I/O
分配
5
设备选型
5
电气原理图
系统程序设计
10
动手实践能力
10
总印象评分
10
主电路
8
控制电路
8
外围接线图
8
2012年06月
目录
摘要1
机械手控制装置3
1.1PLC简介3
1.2机械手简介3
2.1课题内容4
3.1工艺过程与控制要求5
3.2操作面板布置7
3.3输入/输出端子地址分配8
3.4程序结构9
3.4.1整体程序结构9
3.4.2单操作工作的程序10
3.4.3自动操作程序11
4.1PLC外围端子接线图15
设计总结16
参考文献17
附录:
18
摘要
在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。
机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。
自上世纪六十年代，PLC设计的机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。
关键字：
机械手PLC现代工业
Abstract
Inmodernindustry,theproductionprocessofmechanization,automationhasbecomeaprominenttheme.Continuityofthechemicalproductionprocessofautom\ationhasbeenbasicallyresolved.Dedicatedhigh-volumeproductionautomatedmachinetoolsisaneffectiveway;controlledmachinetools.However,inadditiontocuttingitsown,therearealotofloadingandunloading,transportation,assembly,andotheroperationstobefurthermechanized.Accordingtothedata,PLCrobotwasdesignedtoachieveaproduct,ithasbeenthedevelopmentandapplicationdevelopment,themosttypicalofthisdevelopmentaretheproducersofhealthproductsusedinindustry,inordertoachievethemuch-neededhealthinspectioninashortperiodoftime,alargenumberofsampledata,butinthefieldofhealthasaresultoftheuseofrobotgoodsinasinglesample-colorreagentmethod,usingfiltersandstructuraldesign,resultinginexpensivereagents,restrictionsTheproductmarket.Withtheadvancesintechnology,therobothasactuallybrokenthedesignofasinglereagent,andheatingthefilterconstraints.
Keyword:
robotPLCmodernindustrial
机械手控制装置
1.1PLC简介
可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
1.2机械手简介
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，广泛应用于机械制造冶金部门。
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越多、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。
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。
机械手首先是从美国开始研制的。
1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。
2.1课题内容
用PLC对机械手（实物模型）操作进行控制，设机械手起始点位乙地，工作时可将工件从甲地取起，将工件翻转后放至丙地，周而复始完成每个工件的翻转，机械手的动作步骤如下：
乙地——甲地——抓取工件——丙地——放置工件——返回乙地
输入输出点的分配：
10001——左转限位E100001——左转M1
10002——右转限位E200002——右转M1
10003——抓手开放度限位E300003——抓取M2
10004——抓手开放度限位E400004——抓取M2
3.1工艺过程与控制要求
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
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。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，工业上机械手的应用业越来越广泛，对机械手的控制要求和精度也越来越高。
下面设计一个简单的机械手移动工件控制系统。
图a所示为一简易机械手的工艺过程。
该机械手石一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作。
如图是机械手的控制示意图，其过程并不复杂，一共有6个动作，分为3组，即上升/下降，左转/右转和放松/夹紧。
图1机械手控制示意图
机械手的全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀控制。
其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈的两位电磁阀控制。
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，机械手才上升，当上升电磁阀断电时，机械手停止上升。
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/夹紧动作由一个单线圈的两位电磁阀控制。
当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，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件时才允许机械手下降。
也就是说，若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走，机械手应自动停止下降，用光电开关进行有无工件的检测。
图a
图b
图2机械手的动作过程图
从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升，上升到顶后，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。
右移到位后碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。
若此时右工作台上无工件，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，下降电磁阀断电，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。
上升到顶后，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，机械手停止上升；同时接通左移电磁阀，机械手左移。
左移到原点时，碰到左限位开关后，左移电磁阀断电，左移停止。
至此，机械手经过9步动作完成了一个周期的工作。
机械手的每次循环动作均由原位开始。
机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。
自动操作方式又分为步进，单周期和连续操作。
手动操作：
利用按钮操作对机械手的每一步运动进行单独控制。
例如，当选择上/下运动时，按下启动按钮，机械手下降；按下停止按钮，机械手上升。
当选择左/右运动时，按下启动按钮，机械手夹紧；按下停止按钮，机械手放松；
步进操作：
每按一次启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。
单周期操作：
机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。
连续操作：
机械手从原点开始，按一次启动按钮，机械手的动作将自动地，连续不断地周期性循环。
在工作中若按一下停止按钮，机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。
3.2操作面板布置
操作面板布置如图3所示
图3PLC操作面板示意图
3.3输入/输出端子地址分配
该机械手控制系统所采用的PLC是德国西门子公司生产的S7-200CPU224，图4是S7-200CPU224输入/输出端子地址分配图。
该机械手控制系统共使用了14个输入点，6个输出点。
图4机械手的输入/输出接线图
3.4程序结构
3.4.1整体程序结构
机械手的整体程序结构图如图5所示。
图5机械手控制系统整体程序图
若选择单操作工作方式，I0.7断开，接着执行单操作程序。
单操作程序可以独立于自动操作程序，可另行设计。
在单周期工作方式下，可执行自动操作程序。
在步进工作方式下，执行步进操作程序，按一下按钮执行一个动作，并按规定顺序进行。
在需要自动操作方式时，中间继电器M1.0接通。
步进工作方式，单操作工作方式和自动操作方式，都用同样的输出继电器。
3.4.2单操作工作的程序
如图6是实现单操作工作的梯形图程序。
图6机械手单操作梯形图
为避免发生误动作，插入了一些连锁电路。
例如，将加载开关扳到“左右”档时，按下启动按钮，机械手右行；按下停止按钮，机械手向左行。
这两个动作只有当机械手处在上限时才能执行。
将加载开关扳到“夹/松”档，按下启动按钮，执行夹紧动作；按下停止按钮，松开。
将加载开关扳到“上/下”档，按下启动按钮，下降；按停止按钮，上升。
3.4.3自动操作程序
如图7是机械手自动操作功能图。
图7自动操作顺序功能图（SFC）
PLC由STOP转为RUN时，初始脉冲SM0.1对状态进行初始复位。
当机械手在原点时，将状态继电器S0.0置1，这是第一步。
按下启动按钮后，置位状态继电器S0.1，同时将原工作状态继电器S0.0清零，输出继电器Q0.0得电，Q0.5复位，原点指示灯熄灭，执行下降动作。
当下降到底碰到下限位开关时，I0.1接通，将状态继电器S0.2置1，同时将状态继电器S0.1清零，输出继电器S0.0复位，Q0.2置1，于是机械手停止下降，执行夹紧动作；定时器T37开始计时，延时1.7s后，接通T37动合触点将状态继电器S0.3置1，同时将状态继电器S0.2清零，而输出继电器Q0.1得电，执行上升动作。
由于Q0.2已经被置1，夹紧动作继续执行。
当上升到上限位时，I0.2接通，将状态继电器S0.4置1，同时将继电器S0.3清零，Q0.1失电，不再上升，而Q0.3得电，执行右行动作。
当右行至右限位时，I0.3接通，Q0.3失电，机械手右行停止，若此时I0.5接通，则将状态继电器S0.5置1，同时将状态继电器S0.4清零，而Q0.0再次得电，执行下降动作。
当下降到底碰到下限位开关时，I0.1接通，将状态继电器S0.6置1，同时将状态继电器S0.5清零，输出继电器Q0.0复位，Q0.2置1，于是机械手停止下降，执行松开动作；定时器T38开始计时，延时1.5s后，接通T38动合触点状态继电器S0.7置1，同时将状态继电器S0.6清零，而输出继电器Q0.1再次得电，执行上升动作。
行至上限位置，I0.2接通，将状态继电器S1.0置1，同时将状态继电器S0.7清零，Q0.1失电，停止上升而Q0.4得电，执行左行动作。
到达左限位，I0.4接通，将状态继电器S0.1清零。
如果此工作状态为连续工作状态，M1.0置1，即将状态继电器S0.1置1，重复执行自动程序。
若为单周期操作方式，状态继电器S0.0置1，则机械手停在原点。
在运行中，如按停止按钮，机械手的动作执行完当前一个周期后，回到原点自动停止。
在运行中，PLC掉电，机械手动作停止。
重新启动时，先用手动操作将机械手移回原点，再按启动按钮，便可重新开始自动操作。
步进动作是指按下启动按钮动作1次。
步进动作功能图与图7相似，只是每步动作都需按1次启动按钮。
步进操作所用的输出继电器，定时器与其他操作所用的输出继电器，定时器相同。
机械手自动操作梯形图如下:
图8机械手自动操作梯形图
4.1PLC外围端子接线图
图9PLC端子外围接线图
设计总结
本课程设计是在肖老师的精心指导和严格要求下完成的。
从在做设计以来，我不仅在专业上有了很大的进步，而且恩师的严谨治学态度、务实工作作风、高度的责任心，也使我受益非浅。
在此，我要向肖清老师表示深深的敬意和衷心的感谢!
在这三个星期的课程设计当中，第一个星期时收集课程设计的相关资料。
起初拿到这个题目时。
根本就不知如何下手，所有的资料都是从网上和书本上搜集的。
在完成论文时，遇到了不少的问题。
最后在同学的帮助下，这些问题都得到了解决。
此外，作者在学习期间，还得到许多老师、同学、朋友的帮助，在此表示衷心的感谢!
三周里有许多让我感动的事和让我感激的人。
但由于时间的仓促和主客观条件的限制我们只是做出演示，当然这与真正的实物相比，在工艺上还有很大差距，尽管有些不太完美的地方，但我们已经很努力了。
最后祝愿老师们工作顺利，身体健康！
祝愿同学们学业有成，一切顺利！
参考文献
【1】肖清．王忠锋．西门子PLC课程设计指导书．2009
【2】张万忠．刘明芹．电器与PLC控制技术．北京．化工化学出版社．2008
【3】袁任光．可编程控制器应用技术与实．广州．华南理工大学出版社．1997
【4】张进秋．可编程控制器原理及应用实例．北京．机械工业出版社．2004
【3】XX文库．
附录:
工程元器件清单
序号
名称
规格
数量
1
PLC
CPU224AC/DC/Relay
1
2
熔断器
RT18-63
1
3
机械手
——
1
4
气缸
——
3
5
双线圈两位电磁阀
——
4
6
单线圈两位电磁阀
——
2
7
按键开关
YD-04
2
8
继电器
——
5
9
指示灯
——
3
10
限位开关
——
4
11
光电开关
——
1
12
定时器
——
2
升级会员 