机械手操作PLC控制装置2.docx
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机械手操作PLC控制装置2
机械手操作PLC控制装置2
1（课题内容......................................................12（工艺过程与控制要求............................................13（操作面板布置..................................................34（输入/输出端子地址分配.........................................35（整体程序结构..................................................46（实现单操作工作的程序..........................................57（自动操作程序..................................................68.PLC外围接线图..................................................89（结论........................................错误～未定义书签。
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参考文献........................................................11工程元器件清单..................................................11
机械手操作控制装置
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（左转）——抓取工件——丙地（右转）——放置工件——返回乙地（左转）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
2（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。
1
1423原位下降夹紧右移上升
59
867
放松左移上升下降
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。
2
3（操作面板布置
操作面板布置如图3所示
上/下步进选择单周期
左/右单操作夹/紧连续
加载选择工作方式选择
启动停止
指示灯组
图3PLC操作面板示意图
4（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。
I0.0启动下降Q0.0下限I0.1
I0.2上限
上升Q0.1I0.3右限
左限I0.4
无件I0.5Q0.2夹紧S7-200I0.6停止
CPU224I0.7单操作
工作方式选择I1.0步进Q0.3右转
I1.1单周期
I1.2连续Q0.4左转
I1.3左右Q0.5加载选择I1.4上下原点指示I1.5夹松
图4机械手的输入/输出接线图
3
5（整体程序结构
机械手的整体程序结构图如图5所示。
I0.7
LDNI0.7JMPJMP1单操作方式断开
LBL1单操作程序
LDNI1.0LBLI0.1JMP2JMP
LBL2在步进操作方式断开
LDNI1.1步进操作
LBLANI1.2
I1.1I1.2JMP3
JMPLDI1.2
I1.2I0.0M1.0
SAI0.0M1.0I1.1SM1.0,1RLDI1.1I0.6OI0.6
RM1.0,1停止
自动操作
LBL3LBLLDSM0.0SM0.0
ENDEND
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。
4
6（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。
I0.2I1.3Q0.3I0.0Q0.4
右行
Q0.3I0.6Q0.4
左行I0.0I1.5Q0.02
S夹紧
I0.6I1.5Q0.02
放松R
Q0.0I0.0I0.4Q0.1
下降
Q0.1I0.6I0.4Q0.0
上升
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。
5
7（自动操作程序
如图7是机械手自动操作功能图。
复位
I0.2Q0.5I0.4原点指示S0.0
Q0.0I0.0下降S0.1
Q0.2I0.1
S0.2INIDN夹紧PTT3717Q0.1S0.3上升I0.3I0.2右行S0.4I0.5Q0.0I0.3S0.5下降Q0.2I0.1松开S0.6INIDNPTT3815上升Q0.1S0.7Q0.4I0.2左行S1.0I0.4
M1.0M1.0
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
6
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:
MOV_WSM0.1EN
INOUT0SW0I0.2I0.4S0.0
sS0.01SCRSM0.0Q0.5I0.1S0.1
SCRT
S0.1SCRT
SCRSM0.0M2.0
I0.1S0.2
SCRT
S0.2SCRESCRSM0.0Q0.2
S
T371
INTON
PTT3717S0.3
SCRE
S0.3SCRESCRSM0.0M2.2I0.2S0.4
SCRT
SCRES0.4
SCR
7
SM0.0I0.3Q0.3I0.3I0.5S0.5
SCRT
S0.5SCRESCRSM0.0M2.1I0.1S0.6
SCRT
S0.6
SCRESCR
SM0.0Q0.2
R
1T38
INTON
PT15T38S0.7
SCRT
S0.7SCRESCR
SM0.0M2.3
I0.2S0.1
SCRT
S1.0SCRESCR
SM0.0Q0.4
M1.0I0.4S1.0
SCRTM1.0S0.0SCRT
SCREQ0.0M2.0
M2.1
M2.2Q0.1
M2.3
图8机械手自动操作梯形图
8
8.PLC外围端子接线图
左下上夹右原行升降紧行点电电电电电指磁磁磁磁磁120/240AC电源示阀阀阀阀阀N（-）N（-）N（-）
L（+）L（+）L（+）
1L0.00.10.20.3*2L0.40.50.6*3L0.71.01.1NL1AC
ML+1M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5
+24VDC传感器+电源输出右无下左启上单单连停夹左上步限式限限动限周操续止松进与与限件限限限按期作操按下右操位检位位位钮操作钮作开测开开开作关开关关关关
图9PLC端子外围接线图
9
设计总结
通过这次PLC控制机械手的设计，让我对了PLC的设计原理，PLC梯形图、指令表、外部接线图等有了更深的了解。
从而在PLC的工程项目上有了更深的认识。
在机械手自动控制系统的设计中，采用了技术先进，可靠性较高的可编程控制器，这使机械设备更灵活有效，动作准确，易于维护劳动生产率大大提高，各种操作方式自由切换，满足了各种生产需求。
并减少了维修量，提高了工效，具有很强的实用性。
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。
通过现场实践证明，采用西门子S7系列PLC对机械手进行控制，大大提高了机械手的工作效率，节省了劳动成本，而且它的安全可靠性较高。
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参考文献
[1]张万忠刘明芹电器与PLC控制技术[M]化学工业出版社[2]鲁远栋冼进PLC机电控制系统应用设计技术[M]电子工业出版社][3]丁筱玲赵立新PLC在机械手控制系统上的应用[J]山东农业大学学报，2006[4]求是科技PLC应用开发技术及工程实践[M]人民邮电出版社2005[5]电机与电气控制，谭维瑜，机械工业出版社，1999。
工厂电气控制设备，许缪，机械工业出版社，1999。
[6]
[7]电气制图及图形符号国家标准汇编，石玉珍，中国标准出版社，1989。
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附录:
工程元器件清单
序号名称规格数量1PLCCPU224AC/DC/Relay12熔断器RT18-6313机械手——14气缸——35双线圈两位电磁阀——46单线圈两位电磁阀——27按键开关YD-0428继电器——59指示灯——310限位开关——411光电开关——112定时器——2
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