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机械手动作模拟控制

广东技术师范学院天河学院

《PLC课程设计》报告

机械手动作的模拟控制

加工中心的模拟控制

系别电气工程系

班级本电气123班

学号2

学生姓名池文鑫

指导老师任元吉

组员吴梓润郑柱雄

2015年3月

内容摘要

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

1.概述1

2.硬件电路设计和描述3

①模拟装置介绍3

②控制要求3

③I/O分配表4

3.软件设计流程及描述5

4.源程序代码6

①梯形图LAD6

②指令表IL11

5.实训设计体会13

6.参考文献13

1.概述

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。

但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。

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。

据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。

从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。

自上世纪六十年代，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，最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而实现了卫生检验中急需短时间、大量样品数据的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品品单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。

随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。

比如美国OI公司的产品，可针对单一项目，次序加4种试剂，加热温度也提高到50℃，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。

有专家估计未来10年，全自动流动分析仪的市场份额中，将有50％被全自动化学分析机械手取代。

通过了解上述两类产品的技术特点我们不难看出，机械手具有微升级试剂消耗，不受模板束缚，分析中不同检测项目可穿插完成，可完成研发性波长扫描优化检测条件，用户可自行设计新的检测项目，体积小，甚至可做现场快速分析等特点。

由此也不难看出，以前流动分析中不适合的用户群，如样品检测单一种类少而样品量多的情况，为机械手的应用提供了可能性。

对卫生行业的快速分析中，也因新型机械手的设计特点而使取代昂贵的试剂，降低分析成本成为可能。

机械手不能完全取代流动分析产品一个重要的理由是：

一些特殊样品处理技术不能在线实现，如萃取、高温蒸馏，需要离线进行，相信随着技术的进步，这些方面的技术也会提高。

正如一句广告语所讲的“没有最好，只有更好”。

且现代化的注塑机常常配置有机械手，以提高生产效率。

注塑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。

注塑机械手是为注塑生产自动化专门配备的机械，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高注塑成型机的生产效率、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。

随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的一些优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。

近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。

电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。

从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。

20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:

1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:

4，甚至接近5:

5。

我国的气动行业起步较晚，但发展较快。

从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。

随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一。

由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作”’。

而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。

所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。

现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。

车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。

高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。

在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置。

对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。

气动机械手用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装；用于烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序。

如酒、油漆灌装气动机械手；自动加盖、安装和拧紧气动机械手，牛奶盒装箱气动机械手等。

此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。

如：

气动自动调节病床，Robodoc机器人，daVinci外科手术机器人等。

2.硬件电路设计和描述

①模拟装置介绍和控制要求

下图为一个将工件由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、下限位开关和左、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

左移上升放松下降

③I/O分配表

输入

SB1

SB2

SQ1

SQ2

SQ3

SQ4

I0.0

I0.5

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

输出

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

HL

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

3.软件设计流程及描述

单周期连线循环

4.源程序代码

①梯形图LAD

②指令表IL

TITLE=程序注释

Network 1 // 网络标题

// 网络注释

LD     I0.0

AN     Q0.0

AN     Q0.1

AN     Q0.2

AN     Q0.3

AN     Q0.4

AN     Q0.5

S      S0.1, 1

Network 2 

LSCR   S0.1

Network 3 

LD     SM0.0

AN     T37

TON    T37, 30

S      Q0.5, 1

Network 4 

LD     T37

O      Q0.0

S      Q0.0, 1

R      Q0.5, 1

Network 5 

LD     I0.1

AN     T38

TON    T38, 20

R      Q0.0, 1

Network 6 

LD     T38

O      Q0.2

S      Q0.1, 1

S      Q0.2, 1

R      Q0.5, 1

Network 7 

LD     I0.2

AN     T39

A      Q0.1

TON    T39, 20

S      Q0.5, 1

R      Q0.2, 1

Network 8 

LD     T39

SCRT   S0.2

Network 9 

SCRE

Network 10 

LSCR   S0.2

Network 11 

LD     SM0.0

S      Q0.3, 1

S      Q0.1, 1

R      Q0.5, 1

Network 12 

LD     I0.3

A      Q0.1

S      Q0.1, 1

R      Q0.3, 1

SCRT   S0.3

Network 13 

SCRE

Network 14 

LSCR   S0.3

Network 15 

LD     SM0.0

A      Q0.1

S      Q0.0, 1

Network 16 

LD     I0.1

A      Q0.1

TON    T40, 20

R      Q0.0, 1

Network 17 

LD     T40

S      Q0.2, 1

R      Q0.1, 1

Network 18 

LD     I0.2

AN     Q0.1

R      Q0.2, 1

SCRT   S0.4

Network 19 

SCRE

Network 20 

LSCR   S0.4

Network 21 

LD     SM0.0

AN     Q0.2

S      Q0.4, 1

Network 22 

LD     I0.4

AN     Q0.2

S      Q0.5, 1

R      Q0.4, 1

Network 23 

LD     I0.4

A      Q0.5

AN     Q0.4

R      S0.1, 4

R      Q0.0, 5

Network 24 

SCRE

5.实训设计体会

走出课程设计的千头万绪，接下来便是自然而然的蓦然回首。

于是，几多往事历历在目，一丝伤感轻轻划过，无限感动激荡心头。

诚然，更多的感激注定只能驻扎在心底，但还是禁不住尝试有些呆板的文字表述。

经过这次实训，我感受最深的，还有以下几点：

其一、实训是对每个人综合能力的检验。

要想做好任何事，除了自己平时要有一定的功底外，我们还需要一定的实践动手能力，操作能力。

其二、此次实训，我深深体会到了积累知识的重要性。

俗话说：

“要想为事业多添一把火，自己就得多添一捆材”。

我对此话深有感触，再次，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！

”在短暂的实训过程中，让我深深的感觉到自己在实际运用中的专业知识的匮乏，刚开始的一段时间里，对一些设计感到无从下手，茫然不知所措，这让我感到非常的难过。

在学校里总以为自己学的不错，一旦接触到实际，才发现自己知道的是多么少，这时才真正领悟到“学无止境”的含义，这也许只是我一个人的感觉。

这次实训的时间安排得有点紧，在此次实训中我设计了两个程序，其中一个比较简单，但只能实现部分的功能，我在不断的调试，最后还是只能实现部分的功能，不过，之后我会找个时间把它修改成能实现完整功能的程序。

6.参考文献

[1]马小军.建筑电气控制技术（第2版）[M].北京:

机械工业出版社.2013.

[2]孙蓉，王臣业，张兰勇.西门子S7-300/400PLC实践与应用[M].北京:

机械工业出版社.2013.

[3]龚威.实例解读西门子PLC[M].北京:

中国电力出版社.2013.

项目5加工中心模拟系统控制

1.概述

通过对加工中心实验的模拟，掌握运用PLC解决实际问题的方法和熟练掌握PLC的编程和调试方法。

T1、T2、T3为钻头，用其实现钻功能；T4、T5、T6为铣刀，用其实现铣刀功能。

X轴、Y轴、Z轴模拟加工中心三坐标的六个方向上的运动。

围绕T1-T6刀具，分别运用X轴的左右运动；Y轴的前后运动；Z轴的上下运动实现整个加工过程的演示。

2.硬件电路设计及描述

在X、Y、Z轴运动中，用DECX、DECY、DECZ按钮模拟伺服电机的反馈控制。

用X左、X右拨动开关模拟X轴的左、右方向限位；用Y前、Y后模拟Y轴的前、后限位；用Z上、Z下模拟刀具的退刀和进刀过程中的限位现象。

I/O分配表：

3.软件设计流程及描述

工作过程

（1）拨动“运行控制”开关，启动系统。

“X轴运行指示灯”亮，模拟工件正沿X轴向左运行。

（2）触动“DECX”按钮三次，模拟工件沿X轴向左运行，到达指定位置后T3钻头沿Z轴向下运动（Z灯、T3灯亮）。

（3）触动“DECZ”按钮三次，模拟T3转头向下运行，对工件进行钻孔。

钻孔完毕，触动“DECZ”按钮三次，T3钻头返回刀库，系统将自动取铣刀T5，准备对工件进行铣加工。

（4）同上，触动“DECZ”按钮三次，到达下限位，“Y轴运行指示灯”亮，模拟对工件的铣加工。

（5）触动“DECY”按钮4次后，拨动“Y前”限位开关置ON，模拟铣刀已对工件加工完毕，系统进入退刀状态（Z轴运行指示灯亮）。

（6）再次触动“DECZ”按钮三次，铣刀T5回刀库，“X灯”亮，将“X左”、“Y前”和“Z上”复位，进入下一轮加工循环。

4.源程序代码

②指令表IL

Network 1 // 网络标题

// 网络注释

LD     I0.6

AN     Q0.1

AN     Q0.2

AN     Q0.3

S      S0.1, 1

Network 2 

LSCR   S0.1

Network 3 

LD     SM0.0

AN     Q0.2

AN     Q0.3

S      Q0.1, 1

R      Q0.0, 1

Network 4 

LD     Q0.1

A      I0.7

LDW>=  C0, +3

CTU    C0, +3

Network 5 

LD     Q0.1

A      I0.7

S      Q0.0, 1

Network 6 

LDW>=  C0, +3

SCRT   S0.2

Network 7 

SCRE

Network 8 

LSCR   S0.2

Network 9 

LD     I0.2

O      I0.3

AN     Q0.2

S      Q0.3, 1

S      Q0.5, 1

R      Q0.1, 1

R      Q0.0, 1

Network 10 

LD     Q0.3

AN     Q0.1

A      I1.1

LDW>=  C1, +3

CTU    C1, +3

Network 11 

LD     Q0.3

AN     Q0.1

A      I1.1

S      Q0.0, 1

Network 12 

LDW>=  C1, +3

SCRT   S0.3

Network 13 

SCRE

Network 14 

LSCR   S0.3

Network 15 

LD     I0.1

S      Q0.3, 1

R      Q0.0, 1

R      Q0.5, 1

Network 16 

LD     Q0.3

A      I1.1

AN     Q0.5

LDW>=  C2, +3

CTU    C2, +3

Network 17 

LD     Q0.3

A      I1.1

AN     Q0.5

S      Q0.0, 1

Network 18 

LDW>=  C2, +3

SCRT   S0.4

Network 19 

SCRE

Network 20 

LSCR   S0.4

Network 21 

LD     I0.0

S      Q0.7, 1

S      Q0.3, 1

R      Q0.0, 1

Network 22 

LD     Q0.7

A      Q0.3

A      I1.1

LDW>=  C3, +3

CTU    C3, +3

Network 23 

LD     Q0.7

A      Q0.3

A      I1.1

S      Q0.0, 1

Network 24 

LDW>=  C3, +3

SCRT   S0.5

Network 25 

SCRE

Network 26 

LSCR   S0.5

Network 27 

LD     I0.1

A      Q0.7

S      Q0.2, 1

R      Q0.3, 1

R      Q0.0, 1

Network 28 

LD     Q0.2

A      I1.0

AN     Q0.3

LDW>=  C4, +4

CTU    C4, +4

Network 29 

LD     Q0.2

A      I1.0

AN     Q0.3

S      Q0.0, 1

Network 30 

LDW>=  C4, +4

SCRT   S0.6

Network 31 

SCRE

Network 32 

LSCR   S0.6

Network 33 

LD     I0.4

O      I0.5

S      Q0.3, 1

R      Q0.2, 1

R      Q0.0, 1

Network 34 

LD     Q0.3

A      I1.1

AN     Q0.2

LDW>=  C5, +4

CTU    C5, +3

Network 35 

LD     Q0.3

A      I1.1

AN     Q0.2

S      Q0.0, 1

Network 36 

LDW>=  C5, +3

A      I0.0

R      Q0.7, 1

R      Q0.3, 1

SCRT   S0.1

五调试

首先用电脑在STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。

启动后发现用X左、X右拨动开关模拟X轴的左、右方向限位的显示灯；用Y前、Y后模拟Y轴的前、后限位现象出错，这样就不符合设计操作的要求，务必对其进行修正。

在这种情况下我采取了以下方案：

方案一：

在没有确定设备是否曾在问题的情况下，首先我们对设备进行了检测，发现不曾在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过程以确定初次的接线过程是否有误，结果发现运行的结果和先前一样出现灯均亮。

这样方案一就以失败告终。

方案二：

通过对程序的再三检查后，发现并未出现语法上的错误。

会不会是运行的速度太快而出现一个周期接一个周期的快速运行呢？

在带着这个问题的情况下把程序的每个动作网络多家了一个stop指令加以验证，然后将程序写入STEP-7-Micro/WIN编程软件中运行，运行结果显示没有错误；再下载到可编程控制仪后接好线按下启动按钮，发现指示灯会按照设计动作的要求依次亮起而且程序也能按照设计的要求完成指定的单周期和多周期操作。

这样利用方案二就完成了整个实验的调试。

六．实训设计体会

做了两周的课程设计，让人感受颇深，有关于PLC知识的，但更多是团队和合作。

通过10多天的努力，我们小组终于完成了PLC的课程设计。

我觉得作为一名电气工程及其自动化专业的学生，PLC的课程设计是很有意义的，更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。

我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。

小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。

很感谢学校和老师给我们安排了这次课程设计，让我真正感受到的是合作的重要，许多时候都是组员的讨论，老师的指导中的一句半句启发了我，就出现的让人欣喜的结果；理论知识同样很重要，有些问题都是由于基础知识掌握不好才出现的。

七．参考文献

[1]蔡红斌.电气与PLC控制技术[M].北京:

清华大学出版社.2006.

[2]高钦和.PLC应用开发案例精选（第2版）[M].北京:

人民邮电出版社，2008.

[3]陈建明.电气控制与PLC应用（第2版）[M].北京：

电子工业出版社.2010.

[4]李全利.运动控制技术应用设计与实践（西门子）[M].北京:

机械工业出版社.2009.

[5]廖常初.PLC编程及应用（第3版）[M].北京：

机械工业出版社，2008