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1、重庆科技学院本科生课程设计目 录摘要I1 设计目的和要求11.1 目的11.2 要求12 机械手的工艺和控制要求22.1 设备概况22.1.1 工艺介绍22.1.2 面板操作22.2 控制要求32.2.1液压系统油泵启动及停止32.2.2机械手工作方式32.2.3系统保护和报警功能。33 PLC控制系统发设计方法。43.1 确定输入输出43.2 选着PLC的型号。43.3 机械手设计框图：43.4 为PLC的输入输出编址44 电气原理图设计64.1主电路设计64.2输入电路64.3输出电路64.4绘图注意事项65 PLC程序设计75.1主程序流程图85.2 手动子程序95.3回原点子程序流程图
2、105.4 单步流程图115.5 单周期流程图125.5自动流程图135.6 程序调试136 总结14附录1 机械手电气原理图附录2 机械手梯形图14重庆科技学院本科生课程设计摘要机械手主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，动力来源于液压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动、回原点、单步、单周期、自动五大部分。各个功能运用转换开关进行切换，切后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器，接通电磁阀。首先运用AUTOCAD绘制实际工程电气接线图，在实验室运用实验模拟设备，进行编程模拟。关键字：机械手 PLC 电气接线图 电磁阀 中间继电器1 设计目的和要求1.1
3、 目的（1）用PLC实现对机械手手、自动控制。（2）用PLC设计具有多种操作方式的电控系统的程序结构。（3）掌握一般控制系统操作方式切换时保持系统状态连续的程序设计思路和方法。（4）自行设计手动、回原点、单步、单周期和自动五种工作方式下的控制程序。1.2 要求（1）绘制电气原理图时要符合国家标准。（2）PLC配置及硬件接线正确。（3）PLC程序要满足设计要求。（4）编写规范可读性强。（5）程序设计报告撰写规范。2 机械手的工艺和控制要求2.1 设备概况机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设备为一般机械手，其动力来源于液压系统。2.
4、1.1 工艺介绍机械手搬运工件动作示意图如下： 图2.1 机械手搬运工件动作示意图左上角为原点位置，工件按下降夹紧上升右行下降放松上升左行回原点为一个工作周期。上升/下降、左行/右行、夹紧/放松的动作均采用电磁阀控制液压系统实现，都工作顺序由行程开关和定时器进行控制。2.1.2 面板操作该系统的控制方式由操作面板的行程开关进行选择，设计时要求能够进行手动、自动操作方式控制功能。2.2 控制要求2.2.1液压系统油泵启动及停止 单按钮操作，按下油泵启/停按钮，油泵启动，在按下一次油泵停止。系统工作时卸荷阀得电升压，反之卸荷阀失电卸荷。2.2.2机械手工作方式机械手的操作方式分为手动、回原点、单步
5、、单周期、自动五种工作方式，五种工作不仅能各自独立工作，还能按顺序实现他们之间的互相转换，转换过程中原状态保持，转换后按照新的工作方式进行。（1）手动：选择手动方式，按下手动按钮，结合限位开关，对各个动作进行单独控制。如：按下机械手下降按钮，机械手下降，松开机械手按钮，机械手停止下降，或者到位后，机械手停止下降，机械手只能在左限位和有限位才能下降中间不可以下降。（2）回原点：选择回原点方式，按下原点按钮，机械手以最快及最安全的路径回到原点位置停止。如：若机械手未夹物体时，以最快路径回到原点位置；若机械手夹了物体必须搬运到B点，在回到原点位置。（3）单步：选择单步方式，按一次启动按钮，机械手动作
6、一个工步后自动停止。（4）单周期：选择单周期方式，按启动按钮，机械手动作一个周期后自动停止；在动作过程中，按停止按钮，机械手立即停止，在按启动按钮，机械手继续动作，机械手继续动作，一个周期后自动停止。（5）自动： 选择自动方式，按启动方式，机械手周而复始的动作；在动作过程中，按停止按钮，机械手不立即停止等到当前一个周期结束才停止。 2.2.3系统保护和报警功能。该系统的动力装置为液压控制系统。液压系统要求具有滤油器堵、油温高声光报警，失压和油位低要求声光报警、立即卸荷和停油泵的保护功能故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号。3 PLC控制系统发设计方法。3.1 确定输入输出 根据机械手的控
7、制要求，确定输入的个数。在本控制中，共需要22个输入点，14个输出点。3.2 选着PLC的型号。在常用的PLC中，能那个满足这样的输入数点数的PLC有许多类型。为此在这里我们选择PLC224XP作为最佳型号；这样的PLC 我们熟悉他的编程和输入输出接线，以及他的扩展模块的使用。3.3 机械手设计框图：PLC各种传感器输入接通电磁阀驱动中间继电器按钮开关输入 图3.3 机械手设计3.4 为PLC的输入输出编址为每个需要使用的输入输出功能I/O分配功能。以便在接线和绘图提供有力的地址一依据。其编址表如下图PLC输入输出编址表输入编址表输出编址手动（转换开关）I0.0机械手上升（中间继电器）Q0.0
8、回原点（转换开关）I0.1机械手下降（中间继电器）Q0.1单步（转换开关）I0.2机械手夹紧（中间继电器）Q0.2单周期（转换开关）I0.3机械手放松（中间继电器）Q0.3自动（转换开关）I0.4机械手左移（中间继电器）Q0.4转换开关启动停止按钮I0.5机械手右移（中间继电器）Q0.5油泵启/停按钮I0.6油泵电机（中间继电器）Q0.6上升按钮(手动)I0.7油泵卸荷阀（中间继电器）Q0.7下降按钮(手动)I1.0液位低报警（指示灯）Q1.0左移按钮(手动)I1.1滤油器堵报警（指示灯）Q1.1右移按钮(手动)I1.2油温高报警（指示灯）Q2.0夹紧按钮(手动)I1.3系统失压报警（指示灯）
9、Q2.1放松按钮(手动)I1.4油泵电机过载（指示灯）Q2.2报警解除按钮(手动)I1.5报警蜂鸣器Q2.3上限位行程开关I2.0下限位行程开关I2.1左限位行程开关I2.2右限位行程开关I2.3液位低（液位传感器）I2.4系统失压（压力传感器）I2.5 图3.4 PLC输入输出编址表注释：由于编址表内没有原点指示灯的输出，在做实验时把Q0.6作为原点指示灯，Q2.4为电机输出，其他与编址表相同。4 电气原理图设计在实际工程运用中必须有系统接线图，绘制电气原理图采用CAD绘图方法。主要绘制主电路和控制电路。在每张图纸中最多只能有八个点。在绘制时主电路和控制电路分开。在控制电路中输入与输出分开。
10、由于接线图和真实的接线图必须一一对应，所以在接线图的绘制中必须考虑实际的情况：如空开的使用，电机的接地保护等。4.1主电路设计在附录XX为主电路电机的接线图。三相电源经过接线端子进入主电路部分。其中经过空开1，最后经过空开接触器热继电器为三相电机供电。其中另外一相到达附录XX为电源供电，其中一个为直流24V供电，最后为PLC供电。4.2输入电路在附录十中有输入电路，由PLC内部42V电源供电。其输入的各个端子上最多只能接两根线，所以绘制接线端子应该注意到这一点。在每张图中最多只能有八个点。从输入图中可以看出头转换开关输入按钮输入，和传感器输入信号输入。每个输入必须和端子表对应。且需注意PLC的
11、输入输出端子必须和实际的PLC端子一一对应。4.3输出电路在附录十中有输出电路，从输出图可以看出输出可以直接驱动灯和扬声器。在输出中可以看出输出驱动中间继电器。有中间继器去接通电磁阀，这样做有力于保护PLC。输出需外接24V电源。由电源部分共给4.4绘图注意事项绘制电气原理图时应注意，从上到下，从左到右。绘制图时主电路为粗实线，且为绿色，控制电路为细实线，为白色。5 PLC程序设计由于机械手动作复杂，且要求还能互相之间进行切换。所以在设计程序时采取模块化思想。有主程序调用相应的模块。实现功能间的转化，在设计程序的过程中要求能够在模式切换后能够在继续进行上次的位置进行，所以在设计时我采用了存储器
12、VW0来记忆机械手的其位置。VW0为全局变量所以在模式切换后不会被清零。在主程序流程图中（如图5.1），可以看出各种模式的切换是根据开关所处的位置来决定的。很据处位置所处的位置的不同调用不同的子程序。可以看出这种方法的思路简单。而且易于实现，避免了逻辑的复杂性。在在相应的模式里面加入限制条件这样就能够实现所需求的动作在手动子程序里面（如图5.2）在每一步的后面都给VW0赋不同的数值，在这里.给VW0 值并不影响自动的逻辑顺序。这是因为在各个模式切换时我必须知道机械手所处的位置，为以后模式的切换提供有力的条件。在回原点流程图（图5.3）从所有子程序可以看出，在VW0=1,或者VW0=0.时,机械
13、手正处于原点位或者最下限位置。故机械手没有夹紧物体，最短回原点路径为，直接上升，碰到最上限开关后回原点。若VW01，可以看出是夹着物体像B点移动，或者正在向原点移动，所以跟单周期一样，直接调用单周期子程序即可实现。可以看出运用各个位置的记忆，对模式的切换有很大的帮助。且回原点显得最为简单。从单步流程图（如图5.4）中可以看出，每步的位置决定了下一步的走向。没按一次转换开关的启动按钮VW0自己增加一次，它的具体数决定下一步的走向。当回到原点否VW0自动清零。可以看出这样为各个模式的切换的通用性打下基础。从单周期和自动流程图中（图5.5）中，可以看出他们在程序的控制中是一样的，不一样的是在主程序对其条件进行了限制，故能实现不同功能。5.1主程序流程图YYYYY电机单按钮启动转换开关单按钮启动手动子程序初始化回原点子程单步子程序单周期子程自动子程序手动按钮回原点 单步 单周期 自动NNNN图5.1 主程序流程图5.2 手动子程序NNNN NYNNNYYYYYY夹紧按钮上升按钮右移按钮下降按钮放松按钮 上升按钮左移按钮结束回原点开始下降按钮下降阀通，碰下限位开关灭。VW0=1夹紧阀通 ，VW0=2上升阀通，碰
