机械手自动操作控制的PLC程序设计.docx
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机械手自动操作控制的PLC程序设计
中北信息商务学院
课程设计说明书
学生姓名：
学号：
系：
机械自动化系
专业：
机械设计制造及其自动化
题目：
数控技术课程设计
——机械手自动操作控制的PLC
程序设计
指导教师：
职称
:
职称
:
2016年12月5日
机械手自动操作控制的PLC程序设计
1
中北信息商务学院
课程设计任务书
2016/2017
学年第1
学期
所在系：
机械工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
数控技术课程设计
—机械手自动操作控制的PLC
程序设计
起迄日期：
2016年12月5日～2016年12月9日
课程设计地点：
中北大学信息商务学院
指导教师：
系主任：
暴建岗
下达任务书日期:
2016年12月5日
机械手自动操作控制的PLC程序设计
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课程设计任务书
1．设计目的：
通过对机械手自动操作控制的PLC程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用PLC。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
机械手将工件从A工作台搬到B工作台。
机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。
取放工件的上升/下降和左移/右移分别用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀YV2控制。
当工件搬到B工作台返回时，用光电开关SQ7发出无工件信号。
（1）采用内部移位寄存器M100~M117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（SQ1~SQ6）的状态检测来决定。
（2）夹紧或放松动作，分别用定时器T450、T451延时控制。
（3）采用具有保持功能的辅助继电器M202驱动夹紧阀。
通过本课程设计,完成
①输入输出信号分析与PLCI/O分配图
②PLC选型
③主要元器件型号的选择
④主接线图设计
⑤完成梯形图设计并完成相应指令。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书（论文）、图纸、实物样品等〕：
机械手自动操作控制的PLC程序设计
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要求独立完成机械手自动操作控制的PLC程序设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。
4．主要参考文献：
5．设计成果形式及要求：
提供设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求。
6．工作计划及进度：
2016年12月5日资料查阅阶段
2016年12月6日~12月8日分析、设计、绘图
2016年12月9日答辩
系主任审查意见：
签字：
年月日
目录
1机械手的工作原理
1.1机械手的概述……………………………………………………………………11.2机械手的工作方式………………………………………………………………2
2机械手控制程序设计
2.1输入和输出点分配表及原理接线图……………………………………………32.2控制程序…………………………………………………………………………4
3梯形图及指令表
3.1梯形图…………………………………………………………………………93.2指令表…………………………………………………………………………11
总结………………………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………14附录…………………………………………………………………………15
机械手自动操作控制的PLC程序设计
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1机械手的工作原理
1.1机械手的概述
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。
机械手主要由手部和运动机构组成。
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，例如：
1、机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
2、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。
3、可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
4、可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
5、宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。
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1.2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，每一工步都需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。
1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。
图1机械手传送示意及操作面板图
2、机械手顺序动作的要求是：
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1）按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。
首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作。
2）左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。
3）下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作。
4）启动传送带A运行，由光电开关SP检测传送带A上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作。
5）手臂再次上升，至上升限位开关再次动作。
6）右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作。
7）手臂再次下降，至下降限位开关再次动作。
8）放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。
9）按下停止按钮SB2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。
2机械手控制程序设计
2.1输入和输出点分配表及原理接线图
2.1.1PLCI/O分配
表1机械手传送系统输入和输出点分配表
名称
代号
输入
名称
代号
输入
名称
代号
输出
启动
SB1
X0
夹紧
SB5
X10
电磁阀下降
YV1
Y0
下限行程
SQ1
X1
放松
SB6
X11
电磁阀夹紧
YV2
Y1
上限行程
SQ2
X2
单步上升
SB7
X12
电磁阀上升
YV3
Y2
右限行程
SQ3
X3
单步下降
SB8
X13
电磁阀右行
YV4
Y3
左限行程
SQ6
X4
单步左移
SB9
X14
电磁阀左行
YV5
Y4
停止
SB2
X5
单步右移
SB10
X15
原点指示
EL
Y5
手动操作
SB3
X6
回原点
SB11
X16
连续操作
SB4
X7
工件检测
SQ7
X17
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图2、原理接线图
2.1.2选择PLC
该机械手为开关量控制，且所需的I/O点数不多，因此选择一般的小型低档PLC即可。
由于所需的I/O点数分别为17和8点，考虑到机械手操作的工艺固定，选用MRFXN482?
的PLC来实现机械手控制系统。
2.2控制程序
2.2.1操作系统
操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。
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其原理是：
把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。
再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。
之后，由于X7常闭触点闭合，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。
如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。
2.2.2回原位程序
回原位程序如图4所示。
用S10~S12作回零操作元件。
应注意，当用S10~S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。
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2.2.3手动单步操作程序
如图5所示。
手动操作时用X10~~~X15对应的六个按钮控制夹紧，松开，机械手的升，降，右行，左行，为了保证系统的安全运行在手动程序中设置了必要的联锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。
上下左右极限开关X2,X1,X4,X3的常闭触点与控制机械手的Y0,Y2,Y3,Y4线圈串联以防止机械手行程超限出现事故。
用上限位开关X2,为ON，作为手动左行右行的条件，禁止机械手在较低的位置水平移动，避免于地面上的东西碰撞。
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图5手动单步操作程序
2.2.4自动操作程序
自动操作状态转移见图6所。
当机械手处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。
S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。
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当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。
S23驱动Y3右移。
移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。
下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。
为了使电磁力完全失掉，延时1秒。
延时时间到，T1接通，状态转移到S26上升。
上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。
左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。
在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。
因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。
2.2.5机械手传送系统梯形图
如图7所示。
图中从第0行到第27行为回原位状态程序。
从第28行到第66行，为手动单步操作程序。
从第67行到第129行为自动操作程序。
这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。
回原位程序和自动操作程序。
是用步进顺控方式编程。
在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。
但两者又有不同。
回原位程序不能自动返回初始态S1。
而自动操作程序能自动返回初态S2。
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3、梯形图及指令表
3.1梯形图
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图7机械手传送系统梯形图
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