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1、电气控制与PLC课程设计题 目 机械手动作的模拟专 业 姓 名 班 级 学 号 指导教师 起止日期 年 月 日摘 要 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。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制
2、、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。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。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。目 录第一章 设计目的及主要内容31.1设计目
3、的31.2.主要内容3第二章 气动机械手的操作要求及功能32.1. 操作要求32.2 操作功能4第三章 PLC及机械手的选择和论证53.1 PLC53.1.1 PLC简介53.2 机械手53.2.1 机械手简介53.2.2 机械手的选择6第四章 硬件电路设计及描述64.1 操作方式64.2 输入与输出分配表及I/O分配接线6第五章 软件电路设计及描述75.1 机械手的操作系统程序75.2 回原位程序8 5.3 手动单步操作程序95.4 自动操作程序105.5 机械臂传送系统梯形图105.6 程序调试和模拟运行11第六章 心得体会12参考文献13第一章 设计目的及主要内容1.1设计目的1、培养p
4、lc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。1.2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.模拟调试第二章 气动机械手的操作要求及功能2.1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反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线
5、圈为YV3、YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5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、夹紧通过延时1.7S实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；2.2操作功能机械手能实现手动、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、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，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、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动
6、安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；6、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；7、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。第三章 PLC及机械手的选择和论证3.1 PLC3.1.1 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
7、。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。3.2 机械手3.2.1机械手简介mechanical hand 也被称为自动手，auto hand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
8、，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。3.2.2机械手选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用
9、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。第四章 硬件电路设计及描述4.1 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
10、止按钮，设备运行到原位停止。4.2 输入和输出点分配表及I/O分配接线表1 机械臂传送系统输入和输出点分配表名 称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动SB1X0左限位SQ1X8单周期SB13X16停止SB2X1右限位SQ3X9回原点启动SB14X17上升SB3X2上限位SQ2X10电磁阀下降YV1Y0下降SB4X3下限位SQ4X11电磁阀上升YV2Y1左移SB5X4手动SB9X12电磁阀左行YV3Y2右移SB6X5自动SB10X13电磁阀右行YV4Y3放松SB7X6回原点SB11X14电磁阀夹紧YV5Y4夹紧SB8X7单步SB12X15图2 PLC接线图第五章 软件电路设计及描述5.1机械
11、手的操作系统程序操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点，当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。5.2 回原位程序回原位程序如图4所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继
12、电器M8043置1。5.3手动单步操作程序如图5所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。5.4 自动操作程序自动操作状态转移见图6所示。当机械臂处于原位时，按启动X0接通，状态转移到S20，驱动下降Y0，当到达下限位使行程开关X1接通，状态转移到S21，而S20自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当T0接通，状态转移到S22，驱动Y2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态转移到S23。S23驱动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，T1接通，状态转移到S26
13、上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。5.5 机械臂传送系统梯形图如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不
14、同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。5.6程序调试和模拟运行（1）程序检验：将编好的应用程序输入编程器，经过检验，改正编程语法和数据错误，再逐条搜索与所设计程序对无误后传入CPU模块RAM存储器中。（2）模拟信号：用模拟开关模拟输入信号，开关的一端接相对应的输入端点，另一端作为公共端，接在PLC输入信号电源的负端（当要求输入信号公共端为正电源时）。输入程序后，扳动开关，接通或断开输入信号来模拟机械动作，使检测元件发生变化，并通过输入、输出端点的指示灯来观察输入、输出端点的状态变化。（3）模拟运行：按状态转换表进行模拟运行。首先对照输入信号状态表，设置好原始状
15、态下所有输入信号的状态，再使PLC运行。按工步状态再一个工作循环里逐步转换，依次发出状态转换主令信号，则系统将依次进行工步状态转换。每发出一个状态转换主令信号，系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态。仔细观察输出端点指示灯，并与执行元件动作节拍表对照，看各输出端点的状态是否在每个工步状态里都与执行元件节拍表里的要求一致，如果一致则说明PLC应用程序设计正确，符合控制要求。这样逐步检查，以便都达到规定状态。第六章 心得体会可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了1周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。因为理论知识学的不牢固，在设计遇
16、到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。 参考文献【1】周惠文 可编程控制器原理与应用电子工业出版社 北京，2007.8【2】涂明武 可编程控制器原理与应用 北京航空航天出版社 北京，2008.8【3】孙德胜 李伟 PLC操作实训（三菱）机械工业出版社 北京，2007.9【4】冯新强 PLC应用技术 北京邮电大学出版社 北京，2009.4
