机械手.docx
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机械手
成绩：
课程设计报告书
所属课程名称机电传动控制（含PLC）
题目机械手动作控制系统
分院机电学院
专业、班级机械设计制造及其自动化B0803
学号
学生姓名
指导教师赵业平
2011年7月21日
目录
1、课程设计任务书…………………………………………1
2、总体设计2
1.搬运机械手的结构及动作2
2.控制工艺要求3
3.控制系统构成图3
4.选择PLC4
3、硬件系统设计5
1.机械手传送工件系统5
2.PLC外部接线图6
4、程序设计7
1.I/O地址分配表7
2.控制系统流程图8
3.系统梯形图9
4．指令语句表15
5、程序调试及结果分析19
1.程序调试19
2.结果分析19
6、总结19
7、参考文献20
1课程设计任务书
课程设计题目：
机械手动作控制系统
课程设计时间：
自2011年7月11日起至2011年7月21日。
课程设计要求：
为一个将工件由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，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：
原位 ->下降 -> 夹紧 ->上升 -> 右移 -> 下降 -> 放松 -> 上升 -> 左移-> 原位
学生签名：
年月日
课程设计评阅意见
项目
课程设计态度评价
10%
出勤情况评价10%
任务难度
、量评价10%
创新性评价
10%
综合设计
能力评价20%
报告书写规范评价20%
口试
20%
成绩
综合评定等级
评阅教师：
2011年月日
2、总体设计
工业机械手又称通用自动机械手，是一种“独立”的可变程序的自动机械手。
它是在五十年代末期出现，近年来才迅速发展起来的重要自动化装置，现已成为实现工业自动化的一种重要手段。
工业机械手已应用在机械制造的多种工艺中以代替人工，并成为机械加工人员所需掌握的生产工具。
（1）.搬运机械手的结构及动作
本机械手为一个将工件由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气缸完成。
其动作过程如下：
原位下降夹紧上升右移
左移上移放松下降
图1
（2）.控制工艺要求
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。
例如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。
（3）.控制系统构成图
图2
（4）.选择PLC
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。
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：
图3
S7-200系列plc输入输出特性
特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
本机I/O
6输入/4输出
8输入/6输出
14输入/10输出
24输入/14输出
扩展模块数量
无
2
7
7
通信口数量
1
1
1
2
表1
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。
每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。
当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
本设计选取CPU224，它有14输入/10输出，I/O共计24点。
和CPu222相比，存储容量扩大一倍，并且有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数以及处理能力，是应用最多的s7-200产品。
3、硬件系统设计
（1）.机械手传送工件系统
图4
机械手的动作过程分解图如图4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，碰到下限开关，下降电磁阀断电，机械手下降停止；同时按夹紧电磁阀，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，碰到上限开关，上升电磁阀断电，机械手上升停止；同时接同右移电磁阀，机械手右移。
右移到位时，碰到右限开关，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，碰到下限开关，下降电磁阀断电，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步动作完成了一个周期。
（2）.PLC外部接线图
本设计中应包括：
1）操作方式转换开关：
有手动，自动2个位置可供选择。
2）手动时的运动选择开关：
应有上/下，左/右，夹紧/放松，等3个位置可供选择。
3）起动，停止及复位按钮。
4）位置检测元件：
机械手的动作是按行程原则进行控制的。
其上限，下限，左限，右限的位置分别用限位开关来检测。
图5
4、程序设计
（1）.I/O地址分配表
从控制方式选择上需要2个按钮，分别完成自动方式I0.0和手动方式I0.1的启动。
需要一个停止按钮I0.2。
限位开关有4个，高位限位开关I0.4、低位限位开关I0.5、左位限位开关I0.6和右位限位开关I0.7。
手动控制输入有5个按钮组成，下降I1.0、上升Il.1、抓紧I1.2、左移I1.3和右移按钮Il.4。
工作台A上有工件检测PH器的输入信号I0.3。
共有l3个输入信号。
输出信号有下降驱动Q0.0、上升驱动Q0.1、右移驱动Q0.2、左移驱动Q0.3和机械手抓紧驱动Q0.4。
共有5个输出信号。
（如表一、表二）。
表一
I0.0
I0.1
I0.2
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I0.3
自动
手动
停止
上限
下限
左限
右限
下降
上升
抓紧
左移
右移
原位
表二
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
下降
上升
右移
左移
夹紧
（2）.控制系统流程图
图6
（3）.系统梯形图
控制程序
系统程序是由OB1、SBR0和SBR1组成。
0B1的任务是根据启动信号分别调用自动控制SBR0和手动控制程序SBR1。
SBR0为自动控制程序，SBR1为手动控制程序。
1）控制程序OB1及说明
网络1：
M0.0为自动方式标志,只有按下自动启动按钮I0.0时,才能使M0.0置位。
当按下停止按钮I0.2时,M0.0复位。
网络2：
M0.1为手动方式标志,只有按下手动启动按钮I0.1时,才能使M0.1置位。
当按下停止按钮I0.2时,M0.1复位。
网络3：
M0.0有效时，调自动控制子程序SBR0。
网络4：
M0.1有效时，调手动控制子程序SBR1。
网络5：
如果自动启动按钮I0.0和手动启动按钮I0.1同时下按的误操作出现时，立即停止程序的运行。
网络6：
执行停止操作。
2）机械手控制程序SBR0及说明
SBRO:
网络1：
机械手第一次下降控制（下降的主要条件是机械手在原点
且A工作台上有工件）。
网络2：
机械手抓紧控制（抓紧的主要条件是机械手在下降到A工作
台上）。
网络3：
抓紧的时间控制。
网络4：
第一次上升控制（其主要条件是机械手T101计时时间到）。
网络5：
右移控制（其主要条件是机械手上升到位）.
网络6：
第二次下降控制（下降的主要条件是机械手右移到位）。
网络7：
放松控制（放松的主要条件是机械手下降到位）。
网络8：
放松时间控制。
网络9：
第二次上升控制（其主要条件是机械手T102计时时间到。
网络10：
左移控制（左移的主要条件是机械手上升到位）。
网络11：
机械手回原位控制（回原位的主要条件是机械手左移到位）。
3）机械手控制程序SBR1及说明
SBR1:
网络1是手动下降控制。
网络2是手动上升控制。
网络3是手动抓紧控制和放松控制。
网络4是手动左移控制。
网络5是手动右移控制。
（4）．指令语句表
1）控制程序OB1:
网格1自动方式启动M0.0=1
LDI0.0
ANM0.1
OI0.2
AI0.2
=M0.0
网络二手动方式启动M0.1=1，有自锁
LDI0.1
ANM0.0
OM0.1
ANI0.2
=M0.1
网络3自动方式调子程序
LDM0.0
ANM0.1
=SBR0
网络4手动方式调子程序1
LDM0.1
ANM0.0
=SBR1
网格5错误操作处理
LDI0.0
AI0.1
ANI0.2
=STOP
网络6停止处理
RI0.2
2）机械手控制程序SBRO:
网络1启动机械手下降
LDI0.4
AI0.6
AI0.3
ANQ0.1
=Q0.0
网格2机械手下降到位，停止下降并启动抓紧
LDQ0.0
AI0.6
AI0.5
=Q0.4
AQ0.0
网格3机械手抓紧并启动抓紧计时器，定时100毫秒
LDQ0.4
AI0.6
AI0.5
ANQ0.1
TONT101,+100
网格4定时时间到，并启动上升
LDT101
AI0.6
AI0.5
ANQ0.0
=Q0.1
网格5机械手上升到位，停止上升并且启动右移控制
LDQ0.1
AI0.6
AI0.4
=Q0.1
ANQ0.3
=Q0.2
网络6机械手右移到位，停止右移并且启动下降控制
LDQ0.2
AI0.4
AI0.6
=Q0.1
ANQ0.1
=Q0.0
网络7机械手下降到位，停止下降并启动松开控制
LDQ0.0
AI0.7
AI0.5
=Q0.0
AQ0.4
网络8机械手松开并启动松开计时器，定时100毫秒
LDQ0.4
AI0.7
AI0.5
ANQ0.1
TONT102,+100
网络9定时时间到，启动上升
LDT102
AI0.7
AI0.5
ANQ0.0
=Q0.1
网络10机械手上升到位，停止上升并且启动左移控制
LDQ0.1
AI0.7
AI0.4
=Q0.1
ANQ0.2
=Q0.3
3）机械手控制程序SBR1:
网络1手动下降
LDI1.0
ANI0.5
=Q0.0
网络2手动上升
LDI1.1
ANI0.4
=Q0.1
网络3手动抓紧，采用置位和复位方式是抓紧后不允许松开
LDI1.2
AI0.6
AI0.5
=Q0.4
AI0.7
AI0.5
=Q0.4
网络4手动左移
LDI1.3
ANI0.6
=Q0.3
网络5手动右移
LDI1.4
ANI0.7
=Q0.2
5、程序调试及结果分析
（1）.程序调试
1）按照图2-2PLC的I/O端对应的外部接线图连接硬件电路，检查无误后实验装置上电。
2）打开SIEMENSS7-200PLCz编程软件，键入所编程序。
经编译检查无误后，把编写好的程序下载到西门子S7-200的PLC中进行调试。
3）程序调试：
Q0.0为1后机械手开始下降，Q0.0就有输出此时Q0.0灯亮。
当机械手运行到下限位的位置后，指示灯Q0.4亮表示机械手夹紧工件，同时启动定时器，定时100毫秒后机械手上升，上升到上限位后，上限位开关I0.4动作，此时I1.4灯亮表示机械手右行。
当到达右限位开关后，右限位开关I0.7动作，此时机械手开始下降，I1.0灯亮。
当下降到下限位开关位置，I0.5接通。
机械手放下工件，此时Q0.4灯灭。
延时100毫秒后，机械手又向上提升。
Q0.1灯亮，表示机械手向上提升。
到达限位后，I0.4接通，机械手左移，此时I1.3灯亮。
机械手回到原点。
（2）.结果分析
以上程序经模拟调试和现场运行均达到了理想的效果，机械手能够安全、稳定和按照工艺要求运行，实现了机械手自动化和半自动化的控制要求。
6、总结
此次机电传动课程设计在赵业平老师的指导下，我收获颇多。
在系统设计过程中，我遇到了很多设计方面的问题。
为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案，并且在赵老师的帮助下我还学会了子程序调用的编程方法。
让我对plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。
从这次设计中我有了很深的体会，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艰辛的努力。
7、参考文献
[1]周万珍，高鸿宾.PLC分析与设计应用.电子工业出版社，2004
[2]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用（第2版）.机械工业出版社，2005
[3]邓兴钟等.机电传动控制（第四版.华中科技大学出版社，2007
[4]鲁远栋等.PLC机电控制系统应用与设计技术电子工业出版社，2006
[5]胡学林.可编程控制器应用技术[M].高等教育出版社,2003年
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