plc机械手课程设计

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1、目录11 引言在现代工业中，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

2、些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们 经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。 自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作 灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械 手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度， 提高了工作效率。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核 心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。机械手采用plc控制，具有可靠性高

3、，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控 制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是 机械手通用性更好。采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应 性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。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

4、、精密仪器和军事工业等。2 设计目的及主要内容2.1 设计目的1、培养 plc 设计能力；2、扩展知识结构；3、培养综合运用能力；4、是课堂教学的有 益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广 泛应用。2.2 主要内容1. 正确选用机械手和PLC类2.绘制I/O分配3.设计梯形图4.指令语句5.模拟调试3 气动机械手的操作要求及功能3.1 操作要求气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。 控制要求为：1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电 时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能

5、反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为QO.O、Q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为Q0.3、Q0.4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀Q0.1来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开 工件；4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延1S实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关11.0、10.5、I1.1、I0.6来实 现；3.2 操作功能机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五 种工作方式。1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；2、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作， 直到按下停止安钮；3、单步工作

6、方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；5、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行 时碰到其他工件；6、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。4PLC 及机械手的选择和论证4.1PLC4.1.1 PLC 简介可编程控制器（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。PLC具有

7、通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。4.1.2 PLC 的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点 数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。 无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与 组合。CPU： PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用

8、，每台PLC至少有一个CPU。与通 用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总 线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存 容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途 是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。 电源以其输入类型有：

9、交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电 压，常用的为 24V。PLC的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类1.编程设备 2.监控设备 3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手4.2.1 机械手简介mechanicalhand也被称为自动手，autohand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。机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较

10、为复杂，但基本的组 成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工 件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上 下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气 压传动和电力传动等几种形式。3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作， 简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路

11、便可实 现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制 器、微型计算机进行控制。4.2.2 机械手选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操 作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。5 硬件电路设计及描述5.1 操作方式 设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操 作方式用于设备的自动运行。手动操作方式手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。自动操作方式单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途

12、中 按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续 运行，直到原位停止。连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停 止按钮，设备运行到原位停止。5.2PLC 的 I/O 分配接线I/O分配及接线图I6 软件电路设计及描述6.1 主程序设计12 312.2主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子 程序，都在主程序中体现。SM0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件 执行的；在手动控制方式中，12.0为ON时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回 原点控制方式中，12.1为ON时，其常开触点闭合，

13、执行“回原点”子程序；在单步、单周 期和连续控制方式中，12.2、12.3、12.4并联，其中任何一个为ON时，执行“自动”子程 序。主程序梯形图为：1 Netwak CommentSMO.O|IEr-j丨1HelwMk 2120| |手动程序 EN1 1Network 312.1自动晅回僚点EN二1 1Network 1 Network Title124自动I EN图2-1主程序梯形图6.2 公用程序设计公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的 处理。左限位开关10.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触 点串联接通时，“原点条

14、件” M0.5变为ON,机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系 统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步、单周期和连 续工作方式作好准备。若M0.5为OFF状态，M0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按 钮也不能进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序 中，除初始步以外的各步对应的存储器位(M2.0M2.7)复位，否则当系统从自动工作方式 切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情 况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，

15、I2.1 的常闭触点闭合，代表回原点中的各步 M1.0M1.5复位。在非连续方式，12.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志M0.7复 位。公用程序梯形图为：图2-2公用程序梯形图6.3 手动程序设计在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互 锁，防止功能相反的两个输出同时为ON；限位开关11.2的常开触点闭合使得输出Q0.1置 位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关 I0.7 常开触点闭合时，输出 Q0.1 复位失电，表示工件已松开； I0.1I0.4 的常闭触点，限制机 械手移动的范围；上限位开关I0.2的常开触点与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联， 机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞；只允 许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。手动程序梯形图为：图 2-3 手动程序梯形图64 自动程序设计自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作 方式主要用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分，M0.0表示初始步，M2.0M2.7 分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状 态时，I2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动