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1、PLC课程设计题目：气动机械手操作PLC控制院系：工学院电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化班级：电子工程1401姓名：安佰船学号：202302023034指导教师：梁浩烟台南山学院教务处二。一七年五月烟台南山学院毕业设计论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承当。论文作者签名：年月日烟台南山学院关于毕业设计论文使用授权的说明本人完全了解烟台南山学院有关保
2、存、使用学士学位论文的规定，即：学校有权保存、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部或局部内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。指导教师签名：论文作者签名：年月日年月日目录第一章绪论11.1 研究背景11.2 研究目的与意义11.3 研究现状11.4 主要研究内容2第二章气动机械臂的功能需求及总体方案设计22.1 功能需求22.2 控制要求为22.3 机械手的的操作功能22.4 气动机械手的工作方式3第三章气动机械手PLC控制系统设计33.1 气动机械手的1/0地址分配表33.2 气动机械手的主系统设计5手动模式5回原位模式5单步模式错误!未定义书签。单周期模式6连续模式
3、9第四章气动机械手PLC控制系统调试124.1 模式选择调试124.2 手动模式调试124.3 回原位模式调试124.4 单步模式调试134.5 单周期模式调试134.6 连续模式调试13总结13谢辞14参考文献14气动机械手操作PLC控制摘要本课题主要目的是通过S7-300PLC的设计，实现机械手的物料搬运，其中包括手开工作方式，回原位工作方式，单步工作方式，单周期工作方式，连续工作方式，以及一些关于平安保护类要求。具体来说包括实现机械手的各种动作控制，像上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松的控制，另外该过程中还包括分析系统硬件要求，选择适宜工作方式，合理分配I/O地址和完成PLC外部接线图
4、，最后完成气动机械手的程序设计梯形图、指令表的程序设计，并进行调试，并完成设计说明书。关键词：机械手S7-300PLC可编程技术PNEUMATICMANIPULATOR,PLCCONTROLABSTRACTThemainpurposeofthisprojectisthroughtheS7-300PLCdesign,implementationofmaterialhandlingmanipulator,includingmanualwork,backtowork,singlework,singlecyclework,continuouswork,andsomeofthesafetyprotect
5、ionrequirements.Toachieveavarietyofactionsofthemanipulatorcontrol,asthecontrolofupanddownandleftandright,clampingandrelax,inadditiontotheprocessalsoincludestheanalysisofsystemrequirements,selecttheappropriatewayofworking,areasonableallocationofI/OaddressandPLCexternalwiringdiagram,finallycompletethe
6、diagram,pneumaticmanipulatorinstructionlistprogramdesignofladderprogramdesignanddebugging,andcompletethedesignspecification.Keywords：Manipu1atorS7-300PLCProgrammabIetechnology第一章绪论1.1研究背景近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速开展，对气动技术提出了
7、更多更高的要求；微电子技术的引进，促进了电气比例伺服技术的开展，现代控制理论的开展，负气动技术从开关控制进进闭环比例伺服控制，控制精度不断进步；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和本钱低廉等特点，国内外都在大力开发研究。12研究目的与意义由于气压传动系统使用平安、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以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、精密仪器和军事
8、工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动;车身外壳被真空吸盘吸起和放下,在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用。13研究现状精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反应装置有关。重复精度是指假设动作重复屡次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，假设一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以猜想的，因此可以通过编程
9、予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的开展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核产业和军事产业等。1.4主要研究内容本课题拟开发物料搬运机械手，采用西门子系列S7-300PLC,对机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。第二章气动机械臂的功能需求及总体方案设计2.1 功能需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。2.2 控制要求
10、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L7S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；2.3机械手的的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、手开工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作
11、；2、回原位工作方式时，按下“回原位按钮，那么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。2.3气动机械手的工作方式系统设有手动、单周期、连续、单步和回原点五种工作方式（如图2）。1、手开工作方式时，用SB3-SB8对应的6个按钮分别独立控制机械手的下降
12、、上升、右行、左行、夹紧、放松；2、回原位工作方式时，按下“回原位按钮，那么机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试；4、单周期的工作方式时，按下启动按钮SBl后，从初始步开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步；5、连续工作方式时，按下启动按钮SBl后，机械手按顺序功能图的规定连续循环工作，直到按下停止按钮SB2。第三章气动机械手PLC控制系统设计3.1 气动机械手的I/O地址分配表表3.1气动机械手I/O地址分
13、配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码紧急停车紧急停车SB910.0按钮启动启动按钮SBl10.1输入信号停止停止按钮SB210.2下降下降按钮SB310.3上升上升按钮SB410.4右行右行按钮SB510.5控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码左行左行按钮SB610.6夹紧夹紧按钮SB710.7松开松开按钮SB811.0手动操作手动开关-11.1回原位操作回原位开关-11.2单步操作单步开关一11.3单周期操作单周期开关-11.4连续操作连续开关-11.5下降停止下限位开关SQl11.6上升停止上限位开关SQ211.7右行停止右限位开关SQ312.0左行停止左限位开关SQ412.1
14、下降下降电磁阀YVlQ0.0夹紫、松开夹松电磁阀YV5Q0.5输出信号上升上升电磁阀YV2Q0.2右行右行电磁阀YV3Q0.3左行左行电磁YV4Q0.4控制信号名称元件名称元件符号地址编码信号阀3.2 气动机械手的主系统设计图3.1系统架构图系统分为手动、回原位、单步、连续、周期五个子系统，分别进行设计。程序总体架构如图3.1所示模式选择程序设计梯形图如下手动模式手动模式中只需要利用SB1-SB9按钮控制上升、下降、左行、右行对应的YV1-YV4线圈，并用SQ1-SQ4限位开关构成系统即可。以下为手动模式子系统PLC梯形图：回原位模式回原位模式之中需要利用SQ1-SQ2限位开关的信号判断此时机
15、械臂在工作的位置，然后驱动反向线圈完成回原位动作。以下为回原位模式子系统PLC梯形图：单步模式单步模式之中将系统一次动作周期分为八步，将SBl的按键次数利用计数器进行计数，将计数值与整数比拟指令进行比拟，分别得出按键次数，执行步骤，利用步数指令驱动YV1-YV4线圈动作，完成点动步骤，当完成最后一个动作时将计数器复位。以下为点动模式子系统PLC梯形图：单周期模式单周期模式利用SQ1-SQ4限位开关信号完成一周期的动作。以下为单周期模式子系统PLC梯形图Neliwozlc35:单周期模式Counen：II.6HZI-Hctwolr36：Tx-tle：Conunenl:IO.2Md.OHZI1Nc
16、-tvox-kSV：Tile:Coune11-t:M4.1-()1T4(SD)1S5TJ1S7OOMComment：Ml.4II.6T5M4.2TIIIl/lO_IM4.2Ne-tvoxk39:Title：Comment：Ml.4M4.2QO.5TI1IOINetwork40:Title：Comment：Ml.4T412.1M4.3TIIIl/lO_IM4.3Netvoxk41：Title：Comment：Ml.4M4.3QO.11I1IOINetvork42：Title：Comment：Ml.412.112.OM4.4TI1Il/lOIM4.4Hetvork43：Title：Comment：
17、Ml.4M4.4QO.2TI1IOIHXvorkd4:TiXle:Ntworlc45:Ti-tie:H七，。*k4C:Txle:Comment:：Hetvork50：Title：Comment：Ml.4M5.0Q0.3TI1I0IBTetvoxk47:Title:Comment:Ml.4M4.6T1M4.7T)III.7连续模式将单周期模式植入连续模式，将最后一个动作完成的信号并入单模式的开始信号。以下为连续模式子系统PLC梯形图Netvork51：连续模式Comment：Netvoxk52：Title：Cownent:Ml.5QO.3M5.2K5.1-II_II_l/lO-IM5.1IIKe
18、tvok53：Title：Cownent：Ml.5M5.112.1M4.0M5.2TIII1I_MO_IM5.2IIComment：M4.1II.6(SD)1Netvoxk56：Title：S5TlS7OOMSComment：M4.2M4.2Conuhent：M4.4Q0.2T)-Heatvork62：Title：Comment:Ml.512.0II.61(4.5TIIIIIO-IM4.5Netvoxk63:Title：ICOJmenWM4.6T)IT5SD)一INetvork66：Title：Coiment：Ml. 5M4. 7QO.1T)_I第四章气动机械手PLC控制系统调试4.1 模式选
19、择调试4.2 手动模式调试4.3回原位模式调试Ietvoxk14:Title：Rctvoxk15：Title：4.4 单步模式调试4.5 单周期模式调试4.6 连续模式调试总结一周的课程设计很快过去了，在这短短的两周内我学到了很多东西，看见自己的程序能够运行，内心甚是冲动，下面让我来总结一下我的设计过程。在第一天我首先看了一下课本，对各种指令及使用有了一定的了解，包括根本逻辑指令，定时器，计数器，顺序控制指令和程序控制指令等，接下来我分析了书上简单的程序设计包括对定时器，计数器的应用。接下来我去图书馆借了几本有关PLC编程实例及分析，我用了大概三四天的时间完成了CPU的选型，并初步完成了手动控
20、制，及回原位控制的PLC梯形图设计。然后我又用了大概两天把单步，连续及单周期的PLC梯形图写了出来，并把他们整合到了一块。然后在星期一我们实验课的时候，我在实验室完成了程序的调试，并在老师的指导下进行了简化。通过这次课程设计我对PLC有了更为深刻的认识。对它的工作原理以及各种硬件组成都有很多认识，例如，我现在已熟练掌握了循环语句的编写，以及对语句调用也有了一定的掌握。另外我也深刻的体会到了去图书馆查找资料的重要性,因为刚开始我没有去查找参考文献，所以进展很慢，后来在老师的帮助下，我借了两三本关于PLC实例编程及讲解的图书，所以很快把梯形图给写了出来。在这次课程设计中我也体会到了团队合作的重要性
21、。指导老师在第一天就把我们分了组，在小组中我学到了很多东西，对我感触最深得是大家从不同的角度去考虑问题，有的很具体，有的很有重点，不管怎样，这对我都有很深得影响，我想以后我做事也会多角度的思考。谢辞在这里，我要感谢所有帮助我的人，是他们的及时帮助让我顺利完成了这次的课程设计。首先，我对母校表示感谢，非常感谢学校给我们这样一个做PLC课程设计的时机，因为这次课程设计会让将要毕业的我们在找工作时更有竞争力。其次，非常感谢老师对我们的指导，在这次课程设计中他耐心的给我们讲述了我们同学常见的错误，并给我们及时纠正，特别是我的机械手的梯形图，老师给我提供了很多珍贵的意见。虽然这只有短短时间，但是我从老师
22、那里学到了很多东西，在这两周内我学会了常用PLC语句的编程方法，以及PLC类型的选择,还有最重要的是我学会了怎么来写课程设计说明书等等。最后，我非常感谢所有帮助我的同学，特别是同学，他在我写课程设计说明书的时候给予了很大的帮助，他耐心的给我讲解办公文档的使用，最终我才顺利的完成说明书的撰写。参考文献1田效伍.电气控制与PLC应用技术M.北京：机械工业出版社，2023.2韦瑞录，麦艳红.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，2023.3郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术M.南京：东南大学出版社,2023.4郭艳萍.电气控制与PLC控制技术M.北京：北京师范大学出版社，2023.5杨青洁,PLC应用系统设计指南M.北京：机械工业出版社，2023.高勤.可编程控制器原理及应用M.北京：电子工业出版社，2023.
