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1、PLC 课程设计 课题：机械手控制系统的设计作者学号专业班级指导教师任务要求1.1设计任务与要求 许多娱乐场合设有投币手动抓物机械手。仿照娱乐场合中的手动 抓物机械手，设计机械手的控制系统，能够配合机械手的机械结构实 现手动抓物。要求：在资料调查和分析的基础上，对系统进行的分析和设计； 要求完成如下主要功能：（1）机械手的控制可以用单片机或 PLC；（2）通过按键，实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开 闭合；（3）可采用上位机，远程控制机械手的上升、下降、左移、右移、 手爪张开、闭合。（4）采用电机驱动控制方式。 机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制， 可以完成俩个工
2、作台之间的工件搬运，完成动作包括左右，上下及工 件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。 本课题结合学生的将来的职业岗位，主要要求学生根据机械手的工作 原理及控制特点，设计该类型机械手的PLC控制过程，包括PLC的选 型，即采用的类型。确定输入输出端口的个数。完成左右，上下及工 件的夹紧和放松六个动作过程梯形图。 实验二：机械手控制系统的设计机械手PLC控制设计摘要随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争 激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传 统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要 人力监督操作，更增加生产成本，
3、原有的生产装料装置远远不能满足 当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性， 降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生 成所必须面临的重大问题。它集成自动控制技术、计量技术、新传感 器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机 技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分 散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化 设计，配置灵活、组态方便。本论文可编程控制器(PLC)选用西门子(SIEMENS)公司S7-200 系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继 电器对电磁阀加以控制,
4、而电磁阀通过控制相应的汽缸，完成俩个工 作台之间的工件搬运，包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作 过程，并可实现手动和自动两个操作过程。关键词：PLC，可编程控制器，机械手目录一、控制系统结构5二、控制要求5三、机械手顺序功能图6四、输入、输出分配7五、程序设计及工作过程分析5.1程序设计75.2程序梯形图95.3过程分析12六、方案特点及存在的问题13七、课程设计心得与总结13参考文献一、控制系统结构 机械手系统结构如图所示。此磁阀和指硝丁求理SQ2 V 一个将工件由）电嚨推i二极管来模拟。原位o肛L YV5开关来模拟，电亠开关钮子0 Q_ QsQ2:和左移由A处传送到B处的机械手，上升
5、下降 刪气缸完成当某个电磁阀线圈通电，就多/右移的执行用 直保持现有的机 圈再断电，仍保 夹紧放松由单线图中双线械动乍作0如一旦下降的持现有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、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，圈通电江机械手下降，即使 ,I直到相反方向的线圈通 电为止辰另外卜,即为：机械手要求具有以下几种工作方式：夬紧上升F右移1. 手动操作：=|用各自的控制按钮来一一对应地接通或断开各动作的工作方式。2. 单周期操作：按下起动按钮，机械手传送工件运行一次后，停在原位后等待下次启动。3. 连续操作：按下起动按钮，机械手能自
6、动连续往复运行。三、机械手顺序功能图四、输入、输出分配输入信号输出信号启动按钮SB1I0.0电磁阀下降YV1Q00停止按钮SB2I01电磁阀上升YV3Q0.1左限位SQ4I10电磁阀左行YV5Q0.2右限位SQ3I11电磁阀右行YV4Q0.3上限位SQ2I1.2夹紧YV2Q0.4下限位SQ1I1.3原位HLQ0.5五、程序设计及工作过程分析5.1程序设计语言表:LDI0.0LDM0.2OQ0.0OQ0.0ANQ0.4=Q0.4ANM0.5LDNI1.3ANI1.3AQ0.4ANQ0.2LDNI1.3ANQ0.5ANQ0.4ANQ0.3AM0.5ANQ0.1OLD=M0.1OQ0.1LDNQ0.
7、4ANI1.2ANM0.5ANQ0.2AI1.3ANQ0.0=M0.2ANQO.3=Q0.1LDQ0.4LDNQ0.4ANI1.0AI1.2AM0.1ANQ0.3OQ0.3LDQ0.4ANQ0.0ANI1.1AM0.3ANQ0.1ANQ0.0OLD=Q0.2ANQ0.1OQ0.0ANQ0.2ANI1.3=Q0.3=Q0.0LDI1.1LDNQ0.4OQ0.0AI1.0AQ0.40Q0.5ANI1.3ANI1.3ANQ0.1ANI0.1ANQ0.2ANQ0.1ANQ0.3ANQ0.3=M0.3=Q0.5SM0.4RM0.4,1LDQ0.4RM0.5,1AM0.4LDNQ0.4AI1.3AI1.2
8、RQ0.4OQ0.2SM0.5,1ANI0.15.2 程序梯形图1) 电磁阀下降2) 夹紧3) 电磁阀上升Network 411.2：C.2QO.G11.34) 电磁阀右行MBtwonk 511.1QLiLiQO.1QU.2QQ35) 电磁阀左行Metwork 10I电礪阀左行Iqo.4r.2r.oQ0.24.1 PLC 主程序设计QIi.1E.CIIIlll.;r m LOLJ- 一 T I一一 一01 I i讀g 芝tuN工mC?LMO. 41 1吕T厂s YJ_-0() - 一十m 肖 m二一Network 10电陽阀芹行m4 1 / 11 2 II11IIcmIIQr rI . IQT
9、I II z II z II I5.3过程分析机械手动作过程的实现机械手的动作过程如图3-1所示。从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀 通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止； 同时接通夹紧电磁阀，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，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀， 机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此 时右工作台上无工件，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，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
10、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，机械手经过八部动作完成 了一个周期的动作。图3-1机械手动作过程六、方案特点及存在的问题在设计机械手没考虑到断电情况，一旦断电后恢复将会导致机械手难以控制，将会导致工程事故。这是一个很现实的问题， 作为设计者必须考虑到的一点。在正常情况下，做每一动作时， 其他的步骤的开关将处于关闭状态。它的可靠性高，实用性强、 灵活性好、功能齐全，并且编程简单、使用方便。七、课程设计心得与总结经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机
11、械 手的模型已设计完毕，其功能基本达到要求。整个系统稳定性好，而 且只要修改控制程序，就可以让机械手作出不同的动作，控制的柔性 很好。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学 习与探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系 统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的 掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会，并在 学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。控制系统的开发设计是 一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、 系统运行于调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项既复杂又辛 苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程
12、，在设计过程中，要边学习， 边实践，遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。在设计中，体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料， 但在实际应用中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题。许多问 题都是书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析 修改后，才设计出达到要求的系统。目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论 数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的 机械手，以减轻劳动强度 改善作业条件，在应用专用机械手的同时， 相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控 制机械手和组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升 降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的 通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构， 即可组成不同用途的机械手。既便于设计制造，有便于更换工件，扩 大应用范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发 挥机械手的作用。总之，随着 PLC 传感技术的发展机械手装配作
