PLC机械手动作的模拟.docx

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PLC机械手动作的模拟

八、运行调试14

九、小结15

十、参考文献16

附录17

一、绪论

可编程序控制器（programmablecontroller），现在一般简称为PLC（programmablelogiccontroller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。

在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。

传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。

但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。

PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。

PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。

机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单。

编程简单、使用、维护方便；组合方便、功能强、应用范围广；体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。

二、课题介绍

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。

自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。

机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。

机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。

尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。

使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。

三、设计内容及要求

1、设计要求

1.熟悉课题工作原理

2.设计方案论证，系统建立，电器原理控制设计。

3.元器件的选择，梯形图的设计（控制分析）。

4.完成设计图纸，完成设计任务书。

5.设计评测。

2、控制要求

本实验是将工件由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，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍然保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，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，限位开关用钮子开关来模拟，所以在实验中应为点动。

电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。

本实验的起始状态为原位（即SQ2和SQ4应为ON，启动后马上打到OFF），它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：

四、控制原理介绍及图示

1、机械手动作的模拟实验面板图：

2、输入/输出接线列表

输入

接线

SB1

SQ1

SQ2

SQ3

SQ4

SB2

输出

接线

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

3、控制过程

当启动按钮SB1没有闭合时，原位指示灯HL常亮。

限位开关SQ2,SQ4置于开启状态。

闭合SB1，原位指示灯HL熄灭。

SQ2,SQ4断开，YV1得电，机械手下降；断开SQ1,机械手夹紧，延时一段时间后，机械手上升；断开SQ2,机械手右移，先断开SQ1，然后闭合SQ3，机械手向下运动；断开SQ2，同时打开SQ1，机械手松开工件，延时一段时间后，机械手上升；闭合SQ2，机械手左移；闭合SQ4,机械手复位，原位指示灯常亮。

五、设计思想及程序框图

六、控制方案

方案一

1、工作过程分析：

当机械手处于原位时，上升限位开关X002、左限位开关X004均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M100置“1”，Y005线圈接通，原位指示灯亮。

按下启动按钮，X000置“1”，产生移位信号，M100的“1”态移至M101，下降阀输出继电器Y000接通，执行下降动作，由于上升限位开关X002断开，M100置“0”，原位指示灯灭。

当下降到位时，下限位开关X001接通，产生移位信号，M100的“0”态移位到M101，下降阀Y000断开，机械手停止下降，M101的“1”态移到M102，M200线圈接通，M200动合触点闭合，夹紧电磁阀Y001接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T0，延时1.7秒。

机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M103置“1”，“0”态移位至M102，上升电磁阀Y002接通，X001断开，执行上升动作。

由于使用S指令，M200线圈具有自保持功能，Y001保持接通，机械手继续夹紧工件。

当上升到位时，上限位开关X002接通，产生移位信号，“0”态移位至M103，Y002线圈断开，不再上升，同时移位信号使M104置“1”，X004断开，右移阀继电器Y003接通，执行右移动作。

待移至右限位开关动作位置，X003动合触点接通，产生移位信号，使M103的“0”态移位到M104，Y003线圈断开，停止右移，同时M104的“1”态已移到M105，Y000线圈再次接通，执行下降动作。

当下降到使X001动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M105，“1”态移至M106，Y000线圈断开，停止下降，R指令使M200复位，Y001线圈断开，机械手松开工件；同时T1启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M106变为“0”态，M107为“1”态，Y002线圈再度接通，X001断开，机械手又上升，行至上限位置，X002触点接通，M107变为“0”态，M110为“1”态，Y002线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。

到达左限位开关位置，X004触点接通，M110变为“0”态，M111为“1”态，移位寄存器全部复位，Y004线圈断开，机械手回到原位，由于X002、X004均接通，M100又被置“1”，完成一个工作周期。

再次按下启动按钮，将重复上述动作。

2、梯形图

3、梯形图指令

00LDX002

01ANDX004

02ANIM101

03ANIM102

04ANIM103

05ANIM104

06ANIM105

07ANIM106

08ANIM107

09ANIM108

10ANIM109

11OUTM100

12LDX004

13ANDM109

14ORFX000

16ZRSTM101M109

21RSTM200

22LDM100

23ANDPX000

25LDM101

26ANDX001

27ORB

28LDM102

29ANDT0

30ORB

31LDM103

32ANDX002

33ORB

34LDM104

35ANDX003

36ORB

37LDM105

38ANDX001

39ORB

40LDM106

41ANDT1

42ORB

43LDM107

44ANDX002

45ORB

46LDM108

47ANDX004

48ORB

49SFTLM100M101K9K1

58LDM100

59OUTY005

60LDM101

61ORM105

62OUTY000

63LDM102

64SETM200

65OUTT0K17

68LDM200

69OUTY001

70LDM103

71ORM107

72OUTY002

73LDM104

74OUTY003

75LDM108

76OUTY004

77LDM106

78RSTM200

79OUTT1K15

82END

方案二

1、工作过程分析：

1）使用状态转移指令当满足X000闭合条件时，跳转到S20，使线圈Y000得电，机械手开始下降；

2）当满足下限位开关X001闭合条件时，跳转到S21，触发定时器T0，延时1S后，使Y001得电并保持；机械手夹紧工件；

3）当满足定时器T0条件时，触发线圈Y002，机械手上升；

4）当满足上限位开关X002闭合条件时，跳转到S23，触发线圈Y003，使机械手带着工件右移；

5）当满足右限位开关X003闭合条件时，跳转到S24，触发线圈Y000，使机械手带着工件下降；

6）当满足下限位开关X001闭合条件时，跳转到S25，使线圈Y001失电，机械手松开工件；定时器T0触发；

7）当满足定时器T0条件时，跳转到S26，触发线圈Y002，使机械手上升；

8）当满足上限位开关X002闭合条件时，跳转到S27，触发线圈Y004，使机械手左移；

9）当满足左限位开关X004闭合条件时，机械手停止左移，复位。

2、梯形图

3、梯形图指令

0LDX002

1ANDX004

2OUTY005

3LDM8002

4SETS0

6STLS0

7LDX000

8SETS20

10STLS20

11LDIY002

12ANIX001

13OUTY000

14LDX001

15SETS21

17STLS21

18OUTT0K10

21SETY001

22ANDT0

23SETS22

25STLS22

26LDIY000

27ANIX002

28OUTY002

29LDX002

30SETS23

32STLS23

33LDIY004

34ANIX003

35OUTY003

36LDX003

37SETS24

39STLS24

40LDIY002

41ANIX001

42OUTY000

43LDX001

44SETS25

46STLS25

47OUTT0K10

50RSTY001

51ANDT0

52SETS26

54STLS26

55LDIY000

56ANIX002

57OUTY002

58LDX002

59SETS27

61STLS27

62LDIY003

63ANIX004

64OUTY004

65LDX004

66OUTS0

68RET

69END

七、硬件设计

1、元器件选择

通过上面对系统设计的要求，可以看到要实现如此一个机械手控制，首先要设置相应的系统启动按钮作为系统的输入控制。

其他的就是输出信号了，主要就是各个信号灯的控制输出了。

总的有原位指示灯、行程开关、启动开关。

系统需要5个输入和6个输出，对于这样一个小型的系统可以选择一些小型PLC就可以满足需求，本次设计中我们选择的是三菱FX2N系列PLC。

2、元器件清单

名称

型号

数量

备注

PLC

三菱FX2N-48MR

电源

直流电源24V

电机

直流电机

熔断器

RT-12/20

热继电器

JR16-20/3

启动开关

LA25-10

行程开关

JLXK1-11

接触器

CZ-40/20

原位指示灯

T-1（3/4）；

3、硬件控制原理图

八、运行调试

1.实验步骤

1.主机模块的COM接主机模块输入端的COM和输出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5。

2.主机模块的24+、COM分别接在实验单元的V+、COM。

3.打开主机电源将程序下载到主机中。

4.启动并运行程序观察实验现象。

2.得电顺序表

SB1

SQ1

SQ2

SQ3

SQ4

原位

下降

夹紧

上升

右移

下降

放开

上升

左移

复位

九、小结

可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了1周的课程设计使我对PLC设计过程有进一步了解，对PLC产品的有关的控制知识有了深刻的认识。

系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。

在这过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和体会，并在学习和实践过程中增长了知识，丰富了经验。

控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行。

系统的分析与设计是一项很辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程。

在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力，即可使问题得到解决。

因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。

通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。

鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正。

十、参考文献

《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社范次猛

《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社李俊秀

《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生

《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社余雷生方宗达

主电路图：

梯形图

（一）：

梯形图

（二）：

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