plc課程設計機械手控制裝置

1、<p>　　西門子PLC課程設計</p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　201

2、2年06月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　機械手控制裝置3</b></p><p>　　1.1 PLC簡介3</p><p>　　1.2機械

3、手簡介3</p><p><b>　　2.1課題內(nèi)容4</b></p><p>　　3.1工藝過程與控制要求5</p><p>　　3.2操作面板布置7</p><p>　　3.3輸入/輸出端子地址分配8</p><p><b>　　3.4程序結(jié)構(gòu)9</b><

4、;/p><p>　　3.4.1整體程序結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.4.2單操作工作的程序10</p><p>　　3.4.3自動操作程序11</p><p>　　4.1 PLC外圍端子接線圖15</p><p><b>　　設計總結(jié)16</b></p><p>&

5、lt;b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　附錄:18</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機床、數(shù)控

6、機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化,工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而生產(chǎn)的。機械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預定要求輸送制品或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設備。自上世紀六十年代，PLC設計的機械手被實現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件

7、和安全生產(chǎn)；提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：機械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern industry, the production process of mechan

8、ization, automation has become a prominent theme. Continuity of the chemical production process of autom\ation has been basically resolved. Dedicated high-volume production automated machine tools is an effective way; co

9、ntrolled machine tools. However, in addition to cutting its own, there are a lot of loading and unloading, transportation, assembly, and other operations to be further mechanized. According to the data, PLC robot was des

10、igned to</p><p>　　Keyword: robot PLC modern industrial</p><p><b>　　機械手控制裝置</b></p><p><b>　　1.1 PLC簡介</b></p><p>　　可編程序控制器，英文稱Programmable C

11、ontroller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的

12、產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于

13、生產(chǎn)實踐。</p><p><b>　　1.2機械手簡介</b></p><p>　　機械手：mechanical hand，也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，廣泛應用于機械制造冶金部門。</p&g

14、t;<p>　　機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手

15、設計的關(guān) 鍵參數(shù)越多、自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。</p><p>　　機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。</p><p>　　機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換

16、刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。</p><p>　　機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。</p><p><b>　　2.1課題內(nèi)容</b></p>

17、<p>　　用PLC對機械手（實物模型）操作進行控制，設機械手起始點位乙地，工作時可將工件從甲地取起，將工件翻轉(zhuǎn)后放至丙地，周而復始完成每個工件的翻轉(zhuǎn)，機械手的動作步驟如下：</p><p>　　乙地——甲地——抓取工件——丙地——放置工件——返回乙地</p><p><b>　　輸入輸出點的分配：</b></p><p>　　10

18、001——左轉(zhuǎn)限位E100001——左轉(zhuǎn)M1</p><p>　　10002——右轉(zhuǎn)限位E200002——右轉(zhuǎn)M1</p><p>　　10003——抓手開放度限位E3 00003——抓取M2</p><p>　　10004——抓手開放度限位E4 00004——抓取M2</p><p>　　3.1工藝過程與控制要求</p>&l

19、t;p>　　機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等

20、特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，工業(yè)上機械手的應用業(yè)越來越廣泛，對機械手的控制要求和精度也越來越高。</p><p>　　下面設計一個簡單的機械手移動工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡易機械手的工藝過程。該機械手石一個水平/垂直位移的機械設備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作。如圖是機械手的控制示意圖，其過程并不復雜，一共有6個動作，分為3組，即上升/下降，左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)和放松/夾緊。

21、</p><p>　　圖1 機械手控制示意圖</p><p>　　機械手的全部動作由汽缸驅(qū)動，而汽缸又由相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈的兩位電磁閥控制。例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降，當下降電磁閥斷電時，機械手下降停止。只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升，當上升電磁閥斷電時，機械手停止上升。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松/

22、夾緊動作由一個單線圈的兩位電磁閥控制。當該線圈通電時，機械手夾緊；當該線圈斷電時，機械手放松。 當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走，機械手應自動停止下降，用光電開關(guān)進行有無工件的檢測。</p><p><b>　　圖a</b></p><p><b>　　圖b

23、</b></p><p>　　圖2機械手的動作過程圖</p><p>　　從原點開始，按下啟動按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位后碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右

24、移停止。若此時右工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機械手下降，下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，機械手停止上升；同時接通左移電磁閥，機械手左移。左移到原點時，碰到左限位開關(guān)后，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經(jīng)過9步動作完成了一個周期的工作。機械手的每次循環(huán)動作均由原位開始。</p&

25、gt;<p>　　機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為步進，單周期和連續(xù)操作。</p><p>　　手動操作：利用按鈕操作對機械手的每一步運動進行單獨控制。例如，當選擇上/下運動時，按下啟動按鈕，機械手下降；按下停止按鈕，機械手上升。當選擇左/右運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊；按下停止按鈕，機械手放松；</p><p>　　步進操作：每按一次啟

26、動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。</p><p>　　單周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。</p><p>　　連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一次啟動按鈕，機械手的動作將自動地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。</p><p><b>　　

27、3.2操作面板布置</b></p><p>　　操作面板布置如圖3所示</p><p>　　圖3 PLC操作面板示意圖</p><p>　　3.3輸入/輸出端子地址分配</p><p>　　該機械手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，圖4是S7-200CPU224輸入/輸出端子地址分配圖。該機械手

28、控制系統(tǒng)共使用了14個輸入點，6個輸出點。</p><p>　　圖4 機械手的輸入/輸出接線圖</p><p><b>　　3.4程序結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.4.1整體程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　機械手的整體程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 機械手控制系統(tǒng)整體程序圖

29、</p><p>　　若選擇單操作工作方式，I0.7斷開，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨立于自動操作程序，可另行設計。在單周期工作方式下，可執(zhí)行自動操作程序。在步進工作方式下，執(zhí)行步進操作程序，按一下按鈕執(zhí)行一個動作，并按規(guī)定順序進行。在需要自動操作方式時，中間繼電器M1.0接通。步進工作方式，單操作工作方式和自動操作方式，都用同樣的輸出繼電器。</p><p>　　3.4.2單操作

30、工作的程序</p><p>　　如圖6是實現(xiàn)單操作工作的梯形圖程序。</p><p>　　圖6 機械手單操作梯形圖</p><p>　　為避免發(fā)生誤動作，插入了一些連鎖電路。例如，將加載開關(guān)扳到“左右”檔時，按下啟動按鈕，機械手右行；按下停止按鈕，機械手向左行。這兩個動作只有當機械手處在上限時才能執(zhí)行。</p><p>　　將加載開關(guān)扳到“夾

31、/松”檔，按下啟動按鈕，執(zhí)行夾緊動作；按下停止按鈕，松開。</p><p>　　將加載開關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動按鈕，下降；按停止按鈕，上升。</p><p>　　3.4.3自動操作程序</p><p>　　如圖7是機械手自動操作功能圖。</p><p>　　圖7 自動操作順序功能圖（SFC）</p><p>　　

32、PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進行初始復位。當機械手在原點時，將狀態(tài)繼電器S0.0置1，這是第一步。按下啟動按鈕后，置位狀態(tài)繼電器S0.1，同時將原工作狀態(tài)繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復位，原點指示燈熄滅，執(zhí)行下降動作。當下降到底碰到下限位開關(guān)時，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.2置1，同時將狀態(tài)繼電器S0.1清零，輸出繼電器S0.0復位，Q0.2置1，于是機械手停止下降，執(zhí)行夾緊動作；定

33、時器T37開始計時，延時1.7s后，接通T37動合觸點將狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時將狀態(tài)繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動作繼續(xù)執(zhí)行。當上升到上限位時，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時將繼電器S0.3清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動作。當右行至右限位時，I0.3接通，Q0.3失電，機械手右行停止，若此時I0.5接通，則將狀態(tài)繼電器S0.5置1，

34、同時將狀態(tài)繼電器S0.4清零，而Q0.0再次得電，執(zhí)行下降動作。當下降到底碰到下限位開關(guān)時，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S</p><p>　　在運行中，如按停止按鈕，機械手的動作執(zhí)行完當前一個周期后，回到原點自動停止。在運行中，PLC掉電，機械手動作停止。重新啟動時，先用手動操作將機械手移回原點，再按啟動按鈕，便可重新開始自動操作。</p><p>　　步進動作是指按下啟動按鈕動作1次。步

35、進動作功能圖與圖7相似，只是每步動作都需按1次啟動按鈕。步進操作所用的輸出繼電器，定時器與其他操作所用的輸出繼電器，定時器相同。</p><p>　　機械手自動操作梯形圖如下:</p><p>　　圖8 機械手自動操作梯形圖</p><p>　　4.1 PLC外圍端子接線圖</p><p>　　圖9 PLC端子外圍接線圖</p>

36、<p><b>　　設計總結(jié)</b></p><p>　　本課程設計是在肖老師的精心指導和嚴格要求下完成的。從在做設計以來，我不僅在專業(yè)上有了很大的進步，而且恩師的嚴謹治學態(tài)度、務實工作作風、高度的責任心，也使我受益非淺。在此，我要向肖清老師表示深深的敬意和衷心的感謝!</p><p>　　在這三個星期的課程設計當中，第一個星期時收集課程設計的相關(guān)資料。起

37、初拿到這個題目時。根本就不知如何下手，所有的資料都是從網(wǎng)上和書本上搜集的。在完成論文時，遇到了不少的問題。最后在同學的幫助下，這些問題都得到了解決。</p><p>　　此外，作者在學習期間，還得到許多老師、同學、朋友的幫助，在此表示衷心的感謝!</p><p>　　三周里有許多讓我感動的事和讓我感激的人。但由于時間的倉促和主客觀條件的限制我們只是做出演示，當然這與真正的實物相比，在工藝上

38、還有很大差距，盡管有些不太完美的地方，但我們已經(jīng)很努力了。</p><p>　　最后祝愿老師們工作順利，身體健康！祝愿同學們學業(yè)有成，一切順利！ </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】肖清．王忠鋒．西門子PLC課程設計指導書．2009</p><p>　　【2】張萬忠．劉明芹．電器與P

39、LC控制技術(shù)．北京．化工化學出版社．2008</p><p>　　【3】袁任光．可編程控制器應用技術(shù)與實．廣州．華南理工大學出版社．1997</p><p>　　【4】張進秋．可編程控制器原理及應用實例．北京．機械工業(yè)出版社．2004</p><p>　　【3】百度文庫．http://wenku.baidu.com/</p><p><