机械手.docx

1、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12、总体设计 21.搬运机械手的结构及动作 22.控制工艺要求 33.控制系统构成图 34.选择PLC 43、硬件系统设计 51.机械手传送工件系统 52.PLC外部接线图 64、程序设计 71.I/O地址分配表 72.控制系统流程图 83.系统梯形图 94指令语句表 155、程序调试及结果分析 191.程序调试 1

2、92.结果分析 196、总结 197、参考文献 201 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

3、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

4、。(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、

5、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

6、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3S7-200系列plc输入输出特性特性CPU221 CPU222 CPU224CPU226本机I/O6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 11 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

7、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

8、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

9、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54、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.

10、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I0.0I0.1I0.2I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I0.3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Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4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

11、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。

12、 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

13、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=1LD I0.0AN M0.1O I0.2A I0.2= M0.0网络二 手动方式启动M0.1=1，有自锁LD I0.1AN M0.0O M0.1AN I0.2= M0.1网络3 自动方式调子程序LD M0.0AN M0.1= SBR0网络4 手动方式调子程序1LD M0.1AN M

14、0.0= SBR1网格5 错误操作处理LD I0.0A I0.1AN I0.2= STOP网络6 停止处理R I0.22）机械手控制程序SBRO:网络1 启动机械手下降LD I0.4A I0.6A I0.3AN Q 0.1= Q0.0网格2 机械手下降到位，停止下降并启动抓紧LD Q0.0A I0.6A I0.5= Q0.4A Q0.0网格3 机械手抓紧并启动抓紧计时器，定时100毫秒LD Q0.4A I0.6A I0.5AN Q0.1TON T101,+100网格4 定时时间到，并启动上升LD T101A I0.6A I0.5AN Q0.0= Q0.1网格5 机械手上升到位，停止上升并且启动

15、右移控制LD Q0.1A I0.6A I0.4= Q0.1AN Q0.3= Q0.2 网络6 机械手右移到位，停止右移并且启动下降控制LD Q0.2A I0.4A I0.6= Q0.1AN Q0.1= Q0.0网络7 机械手下降到位，停止下降并启动松开控制LD Q0.0A I0.7A I0.5= Q0.0A Q0.4网络8 机械手松开并启动松开计时器，定时100毫秒 LD Q0.4A I0.7A I0.5AN Q0.1TON T102,+100网络9 定时时间到，启动上升LD T102A I0.7A I0.5AN Q0.0= Q0.1网络10 机械手上升到位，停止上升并且启动左移控制LD Q0

16、.1A I0.7A I0.4= Q0.1AN Q0.2=Q0.33)机械手控制程序SBR1:网络1 手动下降LD I1.0AN I0.5= Q0.0网络2 手动上升LD I1.1AN I0.4= 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LD I1.2A I0.6A I0.5= Q0.4A I0.7A I0.5= Q0.4网络4 手 动左移LD I1.3AN I0.6= Q0.3网络5 手动右移LD I1.4AN I0.7= Q0.25、程序调试及结果分析(1).程序调试1) 按照图2-2 PLC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SI

17、EMENS S7-200PLCz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

18、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，20074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，20065 胡学林. 可编程控制器应用技术M. 高等教育出版社, 2003年