机械手.docx

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机械手

成绩：

课程设计报告书

所属课程名称机电传动控制（含PLC）

题目机械手动作控制系统

分院机电学院

专业、班级机械设计制造及其自动化B0803

学号

学生姓名

指导教师赵业平

2011年7月21日

目录

1、课程设计任务书…………………………………………1

2、总体设计2

1.搬运机械手的结构及动作2

2.控制工艺要求3

3.控制系统构成图3

4.选择PLC4

3、硬件系统设计5

1.机械手传送工件系统5

2.PLC外部接线图6

4、程序设计7

1.I/O地址分配表7

2.控制系统流程图8

3.系统梯形图9

4．指令语句表15

5、程序调试及结果分析19

1.程序调试19

2.结果分析19

6、总结19

7、参考文献20

1课程设计任务书

课程设计题目：

机械手动作控制系统

课程设计时间：

自2011年7月11日起至2011年7月21日。

课程设计要求：

为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线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，即为：

        原位  ->下降   ->  夹紧     ->上升     ->  右移    ->   下降  -> 放松  ->     上升  ->    左移->  原位             

学生签名：

年月日

课程设计评阅意见

项目

课程设计态度评价

10%

出勤情况评价10%

任务难度

、量评价10%

创新性评价

10%

综合设计

能力评价20%

报告书写规范评价20%

口试

20%

成绩

综合评定等级

评阅教师：

2011年月日

2、总体设计

工业机械手又称通用自动机械手，是一种“独立”的可变程序的自动机械手。

它是在五十年代末期出现，近年来才迅速发展起来的重要自动化装置，现已成为实现工业自动化的一种重要手段。

工业机械手已应用在机械制造的多种工艺中以代替人工，并成为机械加工人员所需掌握的生产工具。

（1）.搬运机械手的结构及动作

本机械手为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

其动作过程如下：

原位下降夹紧上升右移

左移上移放松下降

图1

（2）.控制工艺要求

将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

例如当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线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。

（3）.控制系统构成图

图2

（4）.选择PLC

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。

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。

输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。

PLC的基本结构如下图所示：

图3

S7-200系列plc输入输出特性

特性

CPU221

CPU222

CPU224

CPU226

本机I/O

6输入/4输出

8输入/6输出

14输入/10输出

24输入/14输出

扩展模块数量

无

2

7

7

通信口数量

1

1

1

2

表1

考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。

每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。

当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

本设计选取CPU224，它有14输入/10输出，I/O共计24点。

和CPu222相比，存储容量扩大一倍，并且有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数以及处理能力，是应用最多的s7-200产品。

3、硬件系统设计

（1）.机械手传送工件系统

图4

机械手的动作过程分解图如图4所示。

从原点开始按下起动按钮时，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，机械手下降停止；同时按夹紧电磁阀，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，碰到上限开关，上升电磁阀断电，机械手上升停止；同时接同右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限开关，右移电磁阀断电，机械手右移停止。

若此时工作台上无工件，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，机械手下降停止；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8步动作完成了一个周期。

（2）.PLC外部接线图

本设计中应包括：

1）操作方式转换开关：

有手动，自动2个位置可供选择。

2）手动时的运动选择开关：

应有上/下，左/右，夹紧/放松，等3个位置可供选择。

3）起动，停止及复位按钮。

4）位置检测元件：

机械手的动作是按行程原则进行控制的。

其上限，下限，左限，右限的位置分别用限位开关来检测。

图5

4、程序设计

（1）.I/O地址分配表

从控制方式选择上需要2个按钮，分别完成自动方式I0.0和手动方式I0.1的启动。

需要一个停止按钮I0.2。

限位开关有4个，高位限位开关I0.4、低位限位开关I0.5、左位限位开关I0.6和右位限位开关I0.7。

手动控制输入有5个按钮组成，下降I1.0、上升Il.1、抓紧I1.2、左移I1.3和右移按钮Il.4。

工作台A上有工件检测PH器的输入信号I0.3。

共有l3个输入信号。

输出信号有下降驱动Q0.0、上升驱动Q0.1、右移驱动Q0.2、左移驱动Q0.3和机械手抓紧驱动Q0.4。

共有5个输出信号。

（如表一、表二）。

表一

I0.0

I0.1

I0.2

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I0.3

自动

手动

停止

上限

下限

左限

右限

下降

上升

抓紧

左移

右移

原位

表二

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

下降

上升

右移

左移

夹紧

（2）.控制系统流程图

图6

（3）.系统梯形图

控制程序

系统程序是由OB1、SBR0和SBR1组成。

0B1的任务是根据启动信号分别调用自动控制SBR0和手动控制程序SBR1。

SBR0为自动控制程序，SBR1为手动控制程序。

1）控制程序OB1及说明

网络1：

M0.0为自动方式标志,只有按下自动启动按钮I0.0时,才能使M0.0置位。

当按下停止按钮I0.2时,M0.0复位。

网络2：

M0.1为手动方式标志,只有按下手动启动按钮I0.1时,才能使M0.1置位。

当按下停止按钮I0.2时,M0.1复位。

网络3：

M0.0有效时，调自动控制子程序SBR0。

网络4：

M0.1有效时，调手动控制子程序SBR1。

网络5：

如果自动启动按钮I0.0和手动启动按钮I0.1同时下按的误操作出现时，立即停止程序的运行。

网络6：

执行停止操作。

2）机械手控制程序SBR0及说明

SBRO:

网络1：

机械手第一次下降控制（下降的主要条件是机械手在原点

且A工作台上有工件）。

网络2：

机械手抓紧控制（抓紧的主要条件是机械手在下降到A工作

台上）。

网络3：

抓紧的时间控制。

网络4：

第一次上升控制（其主要条件是机械手T101计时时间到）。

网络5：

右移控制（其主要条件是机械手上升到位）.

网络6：

第二次下降控制（下降的主要条件是机械手右移到位）。

网络7：

放松控制（放松的主要条件是机械手下降到位）。

网络8：

放松时间控制。

网络9：

第二次上升控制（其主要条件是机械手T102计时时间到。

网络10：

左移控制（左移的主要条件是机械手上升到位）。

网络11：

机械手回原位控制（回原位的主要条件是机械手左移到位）。

3）机械手控制程序SBR1及说明

SBR1:

网络1是手动下降控制。

网络2是手动上升控制。

网络3是手动抓紧控制和放松控制。

网络4是手动左移控制。

网络5是手动右移控制。

（4）．指令语句表

1）控制程序OB1:

网格1自动方式启动M0.0=1

LDI0.0

ANM0.1

OI0.2

AI0.2

=M0.0

网络二手动方式启动M0.1=1，有自锁

LDI0.1

ANM0.0

OM0.1

ANI0.2

=M0.1

网络3自动方式调子程序

LDM0.0

ANM0.1

=SBR0

网络4手动方式调子程序1

LDM0.1

ANM0.0

=SBR1

网格5错误操作处理

LDI0.0

AI0.1

ANI0.2

=STOP

网络6停止处理

RI0.2

2）机械手控制程序SBRO:

网络1启动机械手下降

LDI0.4

AI0.6

AI0.3

ANQ0.1

=Q0.0

网格2机械手下降到位，停止下降并启动抓紧

LDQ0.0

AI0.6

AI0.5

=Q0.4

AQ0.0

网格3机械手抓紧并启动抓紧计时器，定时100毫秒

LDQ0.4

AI0.6

AI0.5

ANQ0.1

TONT101,+100

网格4定时时间到，并启动上升

LDT101

AI0.6

AI0.5

ANQ0.0

=Q0.1

网格5机械手上升到位，停止上升并且启动右移控制

LDQ0.1

AI0.6

AI0.4

=Q0.1

ANQ0.3

=Q0.2

网络6机械手右移到位，停止右移并且启动下降控制

LDQ0.2

AI0.4

AI0.6

=Q0.1

ANQ0.1

=Q0.0

网络7机械手下降到位，停止下降并启动松开控制

LDQ0.0

AI0.7

AI0.5

=Q0.0

AQ0.4

网络8机械手松开并启动松开计时器，定时100毫秒

LDQ0.4

AI0.7

AI0.5

ANQ0.1

TONT102,+100

网络9定时时间到，启动上升

LDT102

AI0.7

AI0.5

ANQ0.0

=Q0.1

网络10机械手上升到位，停止上升并且启动左移控制

LDQ0.1

AI0.7

AI0.4

=Q0.1

ANQ0.2

=Q0.3

3）机械手控制程序SBR1:

网络1手动下降

LDI1.0

ANI0.5

=Q0.0

网络2手动上升

LDI1.1

ANI0.4

=Q0.1

网络3手动抓紧，采用置位和复位方式是抓紧后不允许松开

LDI1.2

AI0.6

AI0.5

=Q0.4

AI0.7

AI0.5

=Q0.4

网络4手动左移

LDI1.3

ANI0.6

=Q0.3

网络5手动右移

LDI1.4

ANI0.7

=Q0.2

5、程序调试及结果分析

（1）.程序调试

1）按照图2-2PLC的I/O端对应的外部接线图连接硬件电路，检查无误后实验装置上电。

2）打开SIEMENSS7-200PLCz编程软件，键入所编程序。

经编译检查无误后，把编写好的程序下载到西门子S7-200的PLC中进行调试。

3）程序调试：

Q0.0为1后机械手开始下降，Q0.0就有输出此时Q0.0灯亮。

当机械手运行到下限位的位置后，指示灯Q0.4亮表示机械手夹紧工件，同时启动定时器，定时100毫秒后机械手上升，上升到上限位后，上限位开关I0.4动作，此时I1.4灯亮表示机械手右行。

当到达右限位开关后，右限位开关I0.7动作，此时机械手开始下降，I1.0灯亮。

当下降到下限位开关位置，I0.5接通。

机械手放下工件，此时Q0.4灯灭。

延时100毫秒后，机械手又向上提升。

Q0.1灯亮，表示机械手向上提升。

到达限位后，I0.4接通，机械手左移，此时I1.3灯亮。

机械手回到原点。

（2）.结果分析

以上程序经模拟调试和现场运行均达到了理想的效果，机械手能够安全、稳定和按照工艺要求运行，实现了机械手自动化和半自动化的控制要求。

6、总结

此次机电传动课程设计在赵业平老师的指导下，我收获颇多。

在系统设计过程中，我遇到了很多设计方面的问题。

为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案，并且在赵老师的帮助下我还学会了子程序调用的编程方法。

让我对plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

从这次设计中我有了很深的体会，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艰辛的努力。

7、参考文献

[1]周万珍，高鸿宾.PLC分析与设计应用.电子工业出版社，2004

[2]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用（第2版）.机械工业出版社，2005

[3]邓兴钟等.机电传动控制（第四版.华中科技大学出版社，2007

[4]鲁远栋等.PLC机电控制系统应用与设计技术电子工业出版社，2006

[5]胡学林.可编程控制器应用技术[M].高等教育出版社,2003年