2022年简易物料搬运机械手PLC控制设计

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1、课程设计电气控制系统与PLC课程设计题目：简易物料搬运机械手地PLC 控制系统设计系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自 081 班时间： 2011 年 12 月 1 日指导教师：冯治国精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页1.设计地目地 1 通过课程设计培养学生综合运用所学地基础理论、基础知识及基本技能进行分析和解决实际问题地能力. 2使学生受到 PLC 系统开发地综合训练 ,达到能够进行 PLC 系统设计和实施地目地 . 3使学生掌握简易机械手地电器工作原理. 2 设计内容1目录2原理介绍和分析部

2、分3根据要求选择系统方案4PLC选择及 I/O 及其它 PLC元器件分配5程序框图和程序设计6心得体会. 3设计任务和要求1.提交报告一份（主要组成：功能阐述 、流程图 、I/O 分配、电气原理图、梯形图 ）2.字数 3000 3.报告相似程度 80%,按不及格处理4.交作业时间： 12.34 器材简易物料搬运机械手5 参考资料1 宫淑贞徐世许主编可编程控制器原理及应用北京人民邮电出版社 2009.4 一、 机械手地控制及说明一、课题内容1.如图所示为一简易物料搬运机械手地工艺流程图.该机械手是一个水平 /垂直位移地机械设备 ,其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台,由光耦合器VLC 来检测工

3、作台上有没有工件.机械手通常位于原点 ,它地动作全部由气缸驱动,而气缸则由相应地电磁阀控制.其中,上升/下降和左移 /右移分别由双线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页圈二位电磁阀控制 ,放松 /夹紧由一个单线圈二位电磁阀(称为夹紧电磁阀 )控制. 机械手工作循环过程示意图如图2 所示.从图中可见 ,机械手工作循环过程主要有 8 个动作 ,即为：图 1 机械手结构示意图二 机械手地控制系统要求分析机械手动作示意图如图1 所示.其全部动作由汽缸驱动 ,而汽缸又由相应地电磁阀和继电器控制 .其中,上升下降和左移右移分别由

4、双线圈两位继电器控制 .下降继电器线圈通电时,机械手下降；下降继电器线圈断电时,机械手下降停止 .只有上升继电器线圈通电时,机械手才上升；上升继电器线圈断电时 ,机械手上升停止 .同样 ,左移右移分别由左移继电器和右移继电器控制.机械手地放松夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀 )控制.该线圈通电 ,机械手夹紧；该线圈断电 ,机械手放松 . 机械手地动作过程如图2 所示.从原点开始按下启动按钮时,下降继电器线圈通电 ,机械手开始下降 .下降到底时 ,碰到下限位开关 ,下降继电器线圈断电,下降停止；同时接通夹紧电磁阀,机械手夹紧 ,夹紧后 ,上升继电器线圈开始通电 ,机械手上升；上升到顶时,碰到上限

5、位开关 ,上升继电器线圈断电 ,上精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页升停止；同时接通右移继电器,机械手右移 ,右移到位时 ,碰到右移极限位开关,右移继电器线圈断电 ,右移停止 .此时,右工作台上无工作 ,则光电开关接通 ,下降继电器线圈接通 ,机械手下降 .下降到底时碰到下限位开关下降继电器线圈断电 ,下降停止；同时夹紧电磁阀断电,机械手放松 ,放松后 ,上升继电器线圈通电 ,机械手上升 ,上升到极限时碰到极限位开关,上升继电器断电 ,上升停止；同时接通左移继电器,机械手左移；左移到原点时,碰到左极限开关 ,左移继

6、电器线圈断电 ,左移停止 .至此,机械手经过八步动作完成一个循环. 三 PLC 地共有选型及 I/O 口接线图根据控制要求共有20 个输入和 5 个输出 ,共有 25 个点数,按照设计要求和需要我们选用了三菱FX 系列中地 FX2-48 MR 作为设计主体 ,其输入与输出接线图及控制面板如图所示：X15 回原点启动 X5 X4 X6 X7 X21 X22 X8 X23 电源急停上升右移左移下降夹紧松开启动停止回原点 X11 单步运行 X12 单周期 X13 自动 X14 手动 X10 操作面板示意图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4

7、 页，共 16 页I/O 口分配表输入信号输出信号名称代号输入点编码名称代号输出点编码上限位SQ1 X0 上升YV1 Y0 下限位SQ2 X1 下降YV2 Y1 左限位SQ3 X2 右移YV3 Y2 右限位SQ4 X3 左移YV4 Y3 下降点SB1 X4 夹紧YV5 Y4 上升点SB2 X5 左移点SB3 X6 右移点SB4 X7 启动SB5 X8 L1 LLQF QF QF 上升 /下降KM1 KM2 左 /右移KM3 KM4 夹紧 /放松KM5 M1 M2 YA4 外围接24V PLC 机 械 手 主 FR FV 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -

8、 - - - -第 5 页，共 16 页手动操作SA1-1 X10 回原点SA1-2 X11 单步SA1-3 X12 单周期SA1-4 X13 自动SA1-5 X14 回原点启动SB6 X15 全自动SB7 X16 停止SB10 X17 夹紧SB8 X21 放松SB9 X22 工作检测ST5 X20 KV1 KV2 KV3 KV4 KV5 KM2 KM3 KM4 KM5 220V/380V 外围电路（ 1）KV4 KM1 ST 1ST 2ST 3ST 4SB1SB2SB3SB4SB5SA1-1SA1-2SA1-3SA1-4SA1-5SB6SB7SB8SB9SB10SB11X0X1X3X2X4X

9、5X6X7X24X10X11X12X14X13X15X17X21X22X20X16Y0Y1Y2Y3Y4COMCOMCOMK V 1K V 2K V 3K V 4KV 5PLC精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页四 初始化程序设计在主电路中 KM1 、KM2 、KM3 、KM4 为继电器 ,YA4 是电磁阀 . 当 PLC中输出 Y0 时,KV1 导通同时接触器KM1 导通继电器动作 ,机械手上升；当KM2 通电时继电器动作 ,机械手下降；当KM3 导通时继电器动作 ,机械手右移；当 KM4 导通时继电器动作 ,机械手

10、左移；当KM5 通电时电磁阀动作 ,使机械手夹紧或放松 ,而图中地 FV 为短路保护 ,FR 为过载保护 .M8044 特殊辅助继电器作为原点位置条件用,当原点位置条件满足时M8044 接通. 外围电路（2） - PLC 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页1为了使 I ST 指令在每个扫描周期内均执行,用 PLC“RUN”时 ON和 M 8000 驱动. 2使用IST 指令时五种工作方式加三种必要地按钮,共八种控制信号：A 手动方式 B 回原点方式 C 单步方式 D 单周期方式 E 自动连续方式 F 回原点方式 G

11、启动按钮 H 停止按钮3使用 IST 指令后 ,PLC 自动把状态元件S中 S0S2分配给了 3 大类模式地初始化状态用 ,且规定 S0 用于手动 ,S1用于回原点 ,S2 用于自动/单步/单周期 .S10S19 用于回原点程序模块中地状态.因此 ,指令格式中地 S20 是用户可以分配给自动 /单周期 /单步地最小状态号 .下图为置初始状态IST 指令自动动作地特殊辅助继电器M8040M8047 地动作内容 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页M8040 是禁止转移用辅助继电器,当 M8040=ON 时就禁止所有

12、状态转移,手动状态下M8040 总是接通地 .在原点、单周期运动时按动停止按钮后一直到再按启动按钮地时间内,M8040 一直保持 ON 状态.单步执行时 M8040常通,但是再按动启动按钮时 ,M8040=OFF,使状态可以顺序转移一步. 转移开始特殊辅助继电器M8041 是初始状态S2 向另一状态转移地转移条件辅助继电器 .手动加原点M8041 不动作 ,单步、单周期时 ,仅在按动启动按钮时动作,自动时按启动按钮后保持为M8041=ON, 按停止按钮后M8041=OFF. 启动脉冲辅助继电器M8042 是在启动按钮按下时瞬间接通.特殊辅助继电器 M8044 是原点条件 ,M8043 是回原点

13、结束 ,这两个元件应由用户程序控制. 1 手动方式程序手动方式梯形图程序如图所示,S0 手动方式地初始状态,手动方式地夹紧、放松及上升、下降是由相应地按钮来控制地. 将选择开关拨到手东方示（X10 置 1）按启动按钮（ X24）,S0 获得状精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页态,按下降开关X6,下降开始直到碰到下限位开关（X1）下降结束 ,在按下夹紧开关（ X21）夹紧动作开始（ Y4 置 1）,按下上升开关（ X4）上升动作开始,当动作碰到上限位开关（X0）上升结束；按下右移开关（X7）右移动作开始 ,直到碰到右

14、限位开关（X3）动作结束；按左移开关（X6）动作左移,直到碰到左限位开关（X2）动作结束 ,按放松按钮（ X22）机械手方松（Y4 复位 0）. 2 回原点方式程序在我们地自动 /单步 /单周期运行之前我们通常要让机械手回到原点,才能让他完成自动运行地动作. 回原点方式也属于自动程序地一种,在机械手地自动操作中 ,由于操作地动作复杂不容易直接设计出梯形图,可以先画出自动操作地流程图,用以表示动作地顺序和转换地条件,然后根据所采用地控制方法设计梯形图比较简单,所以后面地自动程序都采用流程图来完成. 将操作板上地工作方式打到回原点位置（X11,S1置 1）,此时 S1获得信号.当按下回原点启动开关

15、（X11）,S10 得到信号 ,同时下降运行停止 ,机械手松开,上升运动开始 ,直到碰到上限位开关（X0）接通 S11,此时右移停止 ,左移运动开始 ,直到碰到左限位开关（ X2）接通S12,此时输出M8043 回归完成,信号自动返回给S12,动作结束 .其原理如图所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页3自动方式控制在自动程序中包括单周期、单步运行方式.将控制面上地工作方式拨到自动工作方式（ X14）,然后按启动按钮（ X24）,此时 M8041 导通置 1（附：精选学习资料 - - - - - - - - -

16、 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页在使用自动单步运行、单周期运行之前我们都得先回原点使M8044 通过置1）,此时 S2 导通到 S21,下降动作开始 ,直到碰到限位开关（ X1）,停止下降 ,导通 S26,并停留 2秒钟,然后导通 S27,机械手放松并开始上升 ,直到碰到上限位开关 ,上升停止 .S28导通,机械手左移 ,碰到左限位开关 ,信号返回给 S2,达到循环动作 ,直到按下停止开关 (X17),所有动作停止 .下图为自动方式地梯形图与状态图自动方式梯形图如下图所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -

17、-第 12 页，共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页4单步运行、单周期运行将控制面板上地工作方式拨到单步工作方式上,每按一次启动按钮机械手就运到一次运动一个步骤 .将开关拨到单周期工作方式上,按动一次启动按钮机械手自动完成一个周期地动作,其工作原理与自动方式一样. 5 程序地语句表手动方式、回原点方式、自动、单步、单周期方式语句表分别为：（1） 初始状态语句表步 序指令0 LD X0 1 AND X2 2 ANI Y4 3 OUT M8044 4 LD M8000 5 IST X10 S20 S28 (

18、2)手动状态语句表步 序指 令步 序指 令0 STL S0 12 OUT Y1 1 L D X21 13 L D X7 2 RET Y4 14 ANI X0 3 L D X22 15 ANI X2 4 RST Y4 16 ANI Y2 5 L D X5 17 OUT Y3 6 ANI Y1 18 L D X7 7 ANI X0 19 ANI X0 8 OUT Y0 20 ANI X3 9 L D X4 21 ANI Y3 10 ANI Y0 22 OUT Y2 11 ANI X1 23 (3)自动方式语句表步 序指 令步 序指 令0 STL S2 20 SET S25 精选学习资料 - - -

19、 - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页(4) 回原点方式语句表步 序指 令步 序指 令0 STL S1 10 RST Y2 1 L D X15 11 OUT Y3 2 SET S10 12 L D X2 3 STL S10 13 SET S12 4 RST Y4 14 STL S12 5 RST Y1 15 SET M8043 6 OUT Y0 16 RST S12 7 L D X0 17 OUT S12 8 SET S11 18 RET 9 STL S11 (5)内部单步、单周期自动梯形图地语句表1 L D M8041 21 STL S2

20、5 2 AND M8044 22 LDI X20 3 SET S21 23 OUT Y1 4 STL S21 24 L D X1 5 OUT Y1 25 SET S26 6 L D X1 26 STL S26 7 SET S22 27 OUT T1 K20 8 STL S22 28 L D T1 9 OUT TO K20 29 SET S27 10 L D T0 30 STL S27 11 SET S23 31 SET Y4 12 STL S23 32 OUT Y0 13 SET Y4 33 L D X0 14 OUT Y0 34 SET S28 15 L D X0 35 STL S28 16

21、 SET S24 36 OUT Y3 17 STL S24 37 L D X3 18 OUT Y2 38 OUT S2 19 L D X2 39 RET 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页步 序指令步 序指令0 L D X14 15 L D X12 1 OR X24 16 ORB 2 AND M8041 17 L D X13 3 ANI X17 18 AND X17 4 AND X12 19 ORB 5 OR X13 20 L D M8002 6 L D X14 21 ORB 7 ORB 22 L D M8042

22、 8 L D X24 23 ORB 9 OR X15 24 ANI M8042 10 ANI X10 25 ORB 11 SET M8042 26 OUT M8040 12 L D X10 27 L D M8000 13 L D X11 28 OUT M8047 14 AND X17 四设计小节本次设计完成了简单地机械手地工作原理及PLC 电气部分地设计 .在这段时间地设计中 ,参考了大量地参考资料,同时我们也作了大量地社会调查,结合实际完成了这套设计 . 通过这段时间地设计 ,我初步掌握了设计地方法和要求,为以后走上工作岗位打下了一定地基础 ,实现了理论和实践相结合地初步转变. 机械手是一种机械与电气紧密相结合地运输产品.随着可编程控制器在工业中地广泛应用 ,也使机械手子效率和人力方面得到了很大地改变. 这次设计使我感最深地是：作为一个设计人员,当接到这份设计任务之后,应该怎么去查资料 ,怎样和合伙伙伴同台设计、调试. 本次设计地成功要感谢指导老师给我们地指导和学校给我们提供地实验器材,同时在学校地引导以及老师地指导下,我们更加充分了所学知识地总结和巩固 ,也提高了对设计地热情 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页