机械手自动操作控制的PLC程序设计.docx

1、机械手自动操作控制的机械手自动操作控制的 PLC 程序设计程序设计 机械手自动操作控制的 PLC 程序设计 中北大学 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 中北大学 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

2、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 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

3、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（SQ1SQ6）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 输入输出信号分析与 PLC I/O 分配图 PLC 选型 主要元器件型号的选择 主接线图设计 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：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

4、规定格式完成课程设计说明书的撰写。4主要参考文献：按国标 GB 771487文后参考文献著录规则书写：1 廖常初，系列编程的应用北京：机械工业出版社，2005.4 2 范永胜，王岷电气控制与应用北京：中国电力出版社，2007 3 齐从谦，王士兰技术及应用北京：机械工业出版社，2000.8 4 王晓军，杨庆煊，许强可编程控制器原理及应用北京：化学工业出版社，2007.7 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 1

5、2 月 9日 答辩 系主任审查意见：签字：年 月 日 1机械手的工作原理 1.1 机械手的概述1 1.2 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3 2.2 控制程序4 3梯形图及指令表 3.1 梯形图 9 3.2 指令表11 总结 13 参考文献 14 附录 15 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

6、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 23 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

7、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

8、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。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

9、 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：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

10、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 2.1.1 PLC I/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 Y

11、V4 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 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 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

12、图 3 所示。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 S10S12 作回零操作元件。应注意，当用 S10S19 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。

13、2.2.3手动单步操作程序 如图 5所示。手动操作时用 X10X15 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。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

14、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。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

15、，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。3、梯形图及指令表 3.1 梯形图 图 7 机械手传送系统

16、梯形图 3.2指令表 总结 机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。参考文献 按国标 GB 771487文后参考文献著录规则书写：1 廖常初，系列编程的应用北京：机械工业出版社，2005.4 2 范永胜，王岷电气控制与应用北京：中国电力出版社，2007 3 齐从谦，王士兰技术及应用北京：机械工业出版社，2000.8 4 王晓军，杨庆煊，许强可编程控制器原理及应用北京：化学工业出版社，2007.7 附录 主要元器件的型号选择:文字符号 名称 型号 规格 KT 时间继电器 MT5CR 50Hz,240V FU 熔断器 RL1 QS 断路器 DZ20 50Hz SB1,SB2,SB5,SB6 SB7,SB8,SB9,SB10 按钮 LAY3