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1、PLC课程设计中南民族大学计算机科学学院课程设计报告课程 PLC课程设计题目机械手臂搬运加工流程控制设计年级09级专业姓名学号指导老师课题 56：机械手臂搬运加工流程控制设计一、控制要求1如图所示，有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带 A 送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台 1 的位置进行第一步骤加工。当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2 进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带 B 送走，然后由 7 段数码管显示加工完成的数量。2假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开

2、始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台 l 然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台 2 上进行第二加工步骤。3当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带 B 送出，并由 7 段数码管显示出加工完成的数次。二、设计任务主要内容包括：1. 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；2. 系统有启动、停止功能，设计梯形图控制程序及人机界面设计调试运行；3.课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设

3、计报告写作要求”。目录引言 31.课题要求 32. 系统总体方案设计 32.1 系统硬件配置及组成原理 32.2 PLC I/O分配表 32.3 PLC外部接线图 33. 控制系统设计 33.1 控制顺序功能图 33.2 控制程序设计思路 33.3 创新设计 33.3.1 正常工作 33.3.2 正常停止 33.3.3 紧急停止 33.3.4 计数器复位 33.3.5 系统复位 34. 人机界面设计 34.1 CX_Designer简介 34.2 画面制作与设计 35. 仿真调试 36. 问题汇总及解决办法 3总结语 3参考文献： 3附录 3引言随着工业自动化的发展，在工业生产中，越来越多的自

4、动化设备已经完全取代了传统的人工参与工作的工业生产流程。传统的人工参与工作，不仅危险性高，而且生产效率低，人为因素的影响可能会使整个生产流程崩溃，因此，传统的工业生产应该被先进的自动化生产所取代。如今，越来越多的自动化生产设备的应用，使得工业生产中的各种难题都迎刃而解。例如，机械手臂的应用，解决了人工不能在高温、高腐蚀、高辐射的环境中工作的问题，而且机械手臂的应用，提高了生产工件的精度和寿命等。因此，如何设计机械手臂的加工工作流程，成为我们今天主要讨论的问题，本文将介绍基于PLC的机械手臂搬运加工的控制设计，该系统具有循环工作、紧急停止、正常停止等工作模式，具有自动上升、下降、夹紧、松开、加工

5、、计数等功能，可以自动的完成对工件的加工流程，以及记录显示加工完成的数目。机械手臂搬运加工流程控制设计1.课题要求根据课题的控制要求，我们可以知道机械臂的工作过程如下：A处有物件，机械臂向下夹紧1处加工完，机械臂向下夹紧物件并上升，物件将物件运送到1加工台并上升，将物件运送到2加工台返回 2处加工完，机械臂下降夹紧物件并送到工作台B图一机械臂的工作过程由机械臂的工作过程我们可以简单描述为，当机械臂在A工作台上方（即原点处）且物件在工作台A上，按下启动按钮时，机械臂会向下运动，到达下限后将物件夹紧上升，上升到上限则机械臂向右转移，碰到1处限位开关机械臂向下直到碰到下限开关后松开物件，继而机械臂上

6、升，待机械臂上升到上限时，1处开始加工，1处加工完成后，机械臂将下降夹紧上升到工作台2下降松开上升2处加工，2处加工完成后，机械臂又下降夹紧上升到工作台B下降松开上升工作台B将物件运出机械臂回到原点，执行下一周期的工作。由机械臂的工作流程可见，机械臂的运动过程以及工作台的加工过程，其实就是PLC输入输出的控制过程，因而我们的课题设计目的就是通过PLC的编程控制，实现工业机械臂自动化加工的目的。我们可以通过编程控制PLC从而控制整个加工的工作流程，由机械臂的工作过程我们可以得出PLC顺序功能图，如图（见下一页）：2. 系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理本系统设计是基于欧姆龙CJ1M系

7、列PLC的机械臂加工流程控制设计，整个系统组成框架如图：由于PLC引脚所能承受的电压范围有限,所以在PLC在与外界大电压相接时，需要转换电路进行保护，由转换电路与外界大电压电流器件相接，实现PLC间接控制且保护PLC的目的。图二系统结构框图2.2 PLC I/O分配表在表一中，给定了本次设计的外部引脚分配图，在表格中可以清晰地了解到PLC表一 PLC IO引脚分配图输入输出I/O注释I/O注释0.00 系统启动1.00 向下0.01 下限位1.01 夹紧0.02 上限位1.02 上升0.03 到1处1.03 右移0.04 到A处1.05 在1处加工0.05 正常停止1.06 原点0.06 紧急

8、停止1.07 正常停止0.07 松开1.08 急停0.08 到2处1.09 在2处加工0.10 1处加工完1.10 传送带B0.11 2处加工完1.11 传送带A0.12 到B处0.13 计时器复位0.14 到达计数点0.15 物块到A2.3PLC外部接线图由表一的IO分配表，我们可以绘制PLC外部接线图如图：图三 PLC外部接线图3. 控制系统设计3.1 控制顺序功能图 由课题控制要求及分析，我们可以得到本系统的顺序功能图如右图：由顺序功能图设计梯形图，首先设计每一步工序的梯形图，然后再添加每一步工序的执行命令。我们采用欧姆龙的程序编程软件CX_Programmer进行梯形图的绘制设计，有关

9、CX_Programmer的使用方法可参见实验指导书。3.2 控制程序设计思路根据顺寻功能图，我们可以方便的编写梯形图，在编写梯形图时需注意的是，每一步成立的条件是前一步为活动步加其他条件，以及该步被断开的条件是该步的下一步或其他。由图二的顺序功能图，我们可以编写以下梯形图。步20.00由顺序功能图可知，当工作台A上有物件（即0.15=1）、机械臂在原点（即上限0.02=1,A限0.04=1）时，按下启动按钮，则启动步20.00，除此之外，当步20.07是活动步时，1处加工完（即0.10=1）或是2步加工完（即0.11=1）也能触发启动20.00，当步20.11是活动步且满足工作台A上有物件（

10、即0.15=1）、机械臂在原点（即上限0.02=1,A限0.04=1）时，步20.00被启动，所以步20.00的梯形图设计如图：图四步20.00当步20.00启动后，将要执行的工作机械臂向下运动，同时为了方便仿真调试，步20.00同时复位0.03、0.08、0.02、0.04，即复位到1处、到2处、上限位、到A处的限位开关，在实际应用中可不用。步20.00要执行的操作设计如图：图五步20.00操作步20.01由顺序功能图可知，当步20.00处于活动步，机械臂下降至下限位开关并触发下限位开关（即0.01=1）时，步20.01启动。步20.01的梯形图设计如图：图六步20.01当步20.01启动后

11、，将执行的操作是夹紧物件（即1.01=1），并定时夹紧时间。步20.01要执行的操作设计如图：图七步20.01操作步20.02由顺序功能图知，当步20.01为活动步，夹紧定时时间到后（即T0=1），机械臂开始上升。步20.02的梯形图设计如图：图八步20.02步20.02启动后，机械臂开始上升，步20.02要执行的操作设计如图：图九步20.02操作步20.03由顺序功能图知，当步20.02为活动步，机械臂上升到上限并触发上限位开关（即0.02=1）时，步20.03启动，当步20.11启动后，步20.03也将被启动。步20.03的梯形图设计如图：图十步20.03步20.03启动后，机械臂开始向右

12、移动。步20.03要执行的操作设计如图：图十一步20.03操作步20.04由顺序功能图知，当步20.03为活动步，机械臂到达1处（即0.03=1）、2处（即0.08=1）或B处（即0.12）时，都能触发启动步20.04。步20.04的梯形图设计如图：图十二步20.04步20.04启动后，机械臂向下运动。步20.04要执行的操作与步20.00执行的操作相同，其设计如图：图十三步20.04操作步20.05由顺序功能图知，当步20.04为活动步，机械臂下降至下限位开关并触发下限位开关（即0.01=1）时，步20.05启动。步20.05的梯形图设计如图：图十四步20.05步20.05启动后，机械臂将物

13、件松开，并由定时器1定时松开时间。步20.05要执行的操作设计如图：图十五步20.05操作步20.06由顺序功能图知，当步20.05为活动步，T1定时时间到（即T1=1）时，步20.06启动。步20.06的梯形图设计如图：图十六步20.06步20.06启动后，机械臂开始上升。步20.06要执行的操作与步20.02相同，设计如图：图十七步20.06操作步20.07由顺序功能图知，当步20.06为活动步，机械臂上升到上限并触发上限位开关（即0.02=1）时，步20.07启动。步20.07的梯形图设计如图：图十八步20.07步20.07启动后，由机械臂所处的位置决定系统执行的操作。如果机械臂在工作台

14、1处，则步20.07执行的操作是工作台1加工，设计如图：图十九在1处加工如果机械臂在工作台2处，则步20.07执行的操作是工作台2加工，设计如图：图二十在2处加工如果机械臂在工作台B处，则步20.07执行的操作是传送带B运动，设计如图：图二十一在B处的操作步20.11由顺序功能图知，当步20.07为活动步，物件被传送带B传送到计数点时（即0.14=1），步20.11启动。步20.11的梯形图设计如图：图二十二步20.11步20.11启动后，计数器2开始计一次（即对完成的工件进行计数），同时机械臂向原点右移，传送带A将工件传送到工作台A。步20.11要执行的操作设计如图：图二十三步20.11的操

15、作由顺序功能图知，步20.11启动后，机械臂右移，此操作与步20.03相同，所以在设计梯形图时，直接用步20.11触发启动步20.03，设计如图：图二十四步20.11的操作3.3 创新设计由于工业现场不可能万事顺利，往往会由于机械或认为因素使得加工过程被迫停止，因此在PLC控制设计中，加入了紧急停止、正常停止、计数复位、系统复位等功能。3.3.1 正常工作系统正常工作时，由20.09与IL指令共同支持各活动步的进行，当系统运行时默认如图：（各活动步程序）图二十五启动后系统默认模式3.3.2 正常停止正常停止是指，当按下正常停止按钮后，机械臂只有回到原点才停止工作，如不在原点则机械臂还能正常按程

16、序运行，正常停止的梯形图设计如图：图二十六正常停止设计当20.08=1,0.02=1,0.04=1时，20.09线圈得电，常闭触点断开，则断开正常工作。按下正常停止按钮时，正常停止指示灯会点亮提示，其设计如图：图二十七正常停止指示3.3.3 紧急停止紧急停止是指，当发生突发情况时，按下急停按钮，系统停止工作，紧急停止的梯形图设计如图：图二十八紧急停止设计当20.10=1时，20.09线圈得电，常闭触点断开，则断开正常工作。当按下急停按钮时，急停指示灯会点亮，其设计如图：图二十九紧急停止指示3.3.4 计数器复位计数器复位在步20.11中稍有解释，即按下计数器复位按钮0.13后，计数器2复位，即

17、重新计数完成工件的数目。3.3.5 系统复位系统复位是指，在按下急停和正常停止按钮之后，待故障排除后进行的系统复位，其主要实现的功能就是让机械臂松开及解除停止指示。复位按钮为0.07，当0.07=1时，步20.08、20.09、20.10被断掉，从而系统进入正常运行模式。4. 人机界面设计4.1 CX_Designer简介我们采用CX_Designer进行仿真界面的设计，有关CX_Designer的使用方法可参见实验指导书。CX_Designer可以在线仿真，可在无PLC的条件下进行仿真调试，虽然实时性不是很好，但是比起组态王的设计却较为方便易操作，而组态王人机界面设计仿真时，需要通过串口与P

18、LC进行相连接才能进行，所以相对于没有PLC的情况下，我们选用CX_Designer设计人机界面，经济划算。4.2 画面制作与设计根据PLC外部接线图及IO分配表，我们将需要的按键添加到界面中，并将指示灯添加到指定位置，方便调试和观测。最后仿真界面如图：图三十仿真界面放置按键时使用绘图面板中的按钮，放置位指示灯使用绘图面板中的按钮，要观察计数器的值使用绘图面板中的按钮。对限位开关的设置，要设置成交替动作类型，如图：图三十一限位开关设置计数器的设置如图：图三十二定时器监视设置5. 仿真调试正常模式下，按照课题控制要求进行操作，机械臂能正常的按程序执行，并能正确计数完成加工工件的数目，以下是完成一

19、件工件时的仿真界面：未找到图形项目表。图三十三仿真调试界面完成一个周期后，只要不是按下停止和急停按钮，程序将自动循环进行。通过多次在线仿真调试，以及老师的检查指导，本次设计满足课题设计控制要求，仿真调试成功。6. 问题汇总及解决办法问题1：由于只是在线调试，限位开关得人工操作，不方便且易混淆。解决办法：假设步B要执行需要限位开关C接通且步B的前一步步A为活动步，则在C接通后，步B为活动步，步B将C限位开关复位。问题2：急停与正常停止的实现方法。解决办法：使用IL和ILC指令完成。详见创新设计部分介绍。总结语通过将近一周的设计，终于完成了课程需要，在本次设计过程中，有许多问题都是在摸索中进步得到

20、解决的。本设计完成了课题的要求，即对象由输送带 A 送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台 1 的位置进行第一步骤加工。当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2 进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带 B 送走，然后由计数器计数加工完成的数量。通过对机械臂加工流程的控制设计，让我进一步认识了工业生产自动化的控制原理，同时也掌握了一些PLC编程技巧。本设计中还为系统增设了紧急停止和正常停止功能，这样可以让工业控制更具有可控性，也为工业生产排障提供方便，同时也是着眼于工业生产安全而设计的。随着工业自动化的发展，越来越多的自动化生产设备也越来越多，学好PLC必然能够开阔自己的视野，同时适应社会的需要。参考文献：【1】 廖常初.PLC编程及应用：机械工业出版社；2003【2】 汤以范.电气与可编程控制技术：机械工业出版社；2004【3】 蔡杏山.零起步轻松学欧姆龙PLC技术：人民邮电出版社；2011附录