基于PLC的机械手自动控制的设计

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1、物理与电子工程学院PLC原理与应用课程设计报告书 设计题目： 基于PLC的机械手自动控制的设计 专 业： 自动化 班 级： XXX 学生姓名: XX 学 号: XXXX 指引教师： XXXX 12月 20日物理与电子工程学院 课程设计任务书专业： 自动化 班级： 3班 学生姓名XX学号XX课程名称PLC原理与应用设计题目基于PLC的机械手自动控制的设计设计目的、重要内容（参数、措施）及规定设计目的：1、掌握PLC功能指令的用法2、掌握PLC控制系统的设计流程设计重要内容及规定：设计一种运用机械手将物品从左侧自动搬移到右侧的控制程序。机械手原始位置在左上方，且为放松状态，启动后机械手顺序动作如下

2、：机械手下降加快上升右移下降放松上升左移最后回到原始位置2、画出实现程序流程图。3、列出输入、输出端口。4、写出梯形图程序。5、调试程序，直至符合设计规定。工作量2周时间，每天3学时，合计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计规定查找有关资料第2-3天：学习课程设计中用到的PLC有关知识第4-5天：根据课程设计的规定画出程序流程图第6天：列出I/O分派表第7-8天：写出梯形图程序，并对程序进行注释第9-10天：学习西门子S7-200的编程软件STEP 7 MicroWIN SP6，并在该软件中编写梯形图程序第11天：学习西门子S7-200仿真软件，并进行程序仿真和调试。

3、第12天：将课程设计中用到的程序在PLC实验箱上进行运营和调试。第13-14天：撰写课程设计报告。重要参照资料1廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,.82梅丽凤.电气控制与PLC应用技术M.机械工业出版社,.33殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.机械工业出版社,.1指引教师签字教研室主任签字摘 要工业机械手是近代自动控制领域中浮现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一种重要构成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。特别在高温、高压、粉尘、噪声以及带有

4、放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在国内，近几年来也有较快的发展，并获得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的注重。本文简介的物料搬运机械手可在空间抓放物体，可替代人工在高温和危险的作业区进行作业，重要作用是完毕机械部件的搬运工作，能放置在多种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货品运送更快捷、便利。核心词：PLC；机械手控制；程序设计目 录1 课题简介11.1 课题设计内容11.2课题设计具体规定11.3课题研究的目的和意义22机械手和PLC的概念及选择22.1机械手的概念22.2 PLC的概念33 PLC控制机械手的系统33.1机械手的流程图33.2 I/O地址分派43.3 机械手

5、的PLC编程语句43.4机械手自动控制的梯形图94心得体会15参 考 文 献161 课题简介1.1 课题设计内容机械手设有调节、持续、单周及步进四种工作方式，工作时要一方面选择工作方式，然后操作相应按钮。其工作示意图如图1-1-1所示。图1-1-1 机械手工作循环示意图机械手的工作方式及过程如下：1.调节工作方式：可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加快、放松各个动作的单独调节。 2.持续工作方式：按下起动按钮，机械手按下降加快上升右移下降放松上升左移的顺序周而复始的持续工作；按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。 3.单周工作方式：按下起

6、动按钮后，机械手按下降加快上升右移下降放 松上升左移的顺序自动工作一种周期停止。若要再工作一种周期，可再次按下起动按钮。按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。 4.步进工作方式：每按一次起动按钮，机械手完毕一步动作后自动停止。按下急停按钮，系统立即停车。1.2课题设计具体规定1PLC输入/输出点的分派。2编制机械手PLC程序及梯形图控制程序。1.3课题研究的目的和意义在工业生产和其她领域内，由于工作的需要，人们常常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增长了工人的劳动强度，甚至于危机生命。由于以上的问题，需要一种东西替代人在恶劣的环境中作业的规

7、定呼之欲出，同步随着社会的进步，工业自动化产品的性能日益加强，而价格也因电子技术的高速发展而不断下降。对原有的设备的电器控制可以高性价比进行改善，通过采用先进的控制技术和驱动技术，使设备的运营更加节能、高效、安全可靠。机械手就在这样诞生了，自从机械手问世以来，相应的多种难题迎刃而解。机械手可在空间抓放搬运物体，动作灵活多样，合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，大大减少了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机械手的重要构成部分，在诸多状况下它就可以称为工业机械手。工业机械手是集机械、电子、控制、计算

8、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妆备。广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，并且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节省原材料消耗以及减少生产成本，有这十分重要的意义。2机械手和PLC的概念及选择2.1机械手的概念机械手也被称为自动手。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。它可替代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。机械手重要由手部和运动机构构成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据

9、被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有多种构造形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完毕多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，变化被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其构造也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按合用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和持续轨迹控制机械手等。机

10、械手一般用作机床或其她机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。2.2 PLC的概念可编程序控制器为（Programmable Logic Controller，简称PLC），是在继电顺序控制基本上发展起来的以微解决器为核心的通用自动控制装置。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控

11、制多种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一种整体，易于扩大其功能的原则设计。PLC具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程以便、对环境规定低、与其她装置配备连接以便等特点。在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。本文选用的PLC是西门子公司开发的S7-200系列。3 PLC控制机械手的系统3.1机械手的流程图由机械手的工作过程可知，这是一种典型的顺序控制系统。为此，可从机械手的持续工作方式入手编写程序。一方面应绘出持续工作时的功能表如图3-1-1，然后直接列写逻辑体现式，用触点线圈指令编程，也可使用置位复位指令或顺序控制继电器指令来完毕。 图3-

12、1-1机械手动作功能表3.2 I/O地址分派I/O地址分派如下表3-2-1所示。表3-2-1机械手控制输入输出分派表 输 入输 出下降极限M0.0放松按钮M1.1/I1.1下降电磁阀Q0.0上升极限M0.1调试选择M1.2/I1.2夹紧电磁阀Q0.1右移极限M0.2步进选择M1.3/I1.3上升电磁阀Q0.2左移极限M0.3持续选择M1.4/I1.4上升按钮M0.4/I0.4单周选择M1.5/I1.5右移电磁阀Q0.3下降按钮M0.5/I0.5急停按钮M1.7/I0.2左移按钮M0.6/I0.6启动按钮M2.0/I0.0左移电磁阀Q0.4右移按钮M0.7/I0.7停止按钮M2.1/I0.1夹紧

13、按钮M1.0/I1.0内部存储器的使用空手下降状态M5.1右移状态M5.4空手上升状态M5.7夹紧状态M5.2重手下降状态M5.5左移状态M4.0重手上升状态M5.3放松状态M5.6原位状态M4.13.3 机械手的PLC编程语句LD I1.2= M1.2LD I1.3= M1.3LD I1.4= M1.4LD I1.5= M1.5LDN M1.2JMP 0LD I0.4= M0.4 LD M0.4LPSAN M0.1AN Q0.0AN Q0.3AN Q0.4= Q0.2LPPTON T37, 100LD T37= M0.1LD I0.5= M0.5LD M0.5LPSAN M0.0AN Q0.

14、2AN Q0.3AN Q0.4= Q0.0LPPTON T38, 100LD T38= M0.0LD I0.6= M0.6LD M0.6LPSAN M0.3AN Q0.3AN Q0.0AN Q0.2= Q0.4LPPTON T39, 100LD T39= M0.3LD I0.7= M0.7LD M0.7LPSAN M0.2AN Q0.0AN Q0.2AN Q0.4= Q0.3LPPTON T40, 100LD T40= M0.2LD I1.0O M1.0AN M1.1= M1.0LD M1.0= Q0.1LD I1.1= M1.1LBL 0LDN M1.3JMP 1 LD I0.2= M1.7

15、LD I0.0= M2.0LDN C4A C8O C5AN M0.1AN Q0.2LPSAN M0.0= Q0.0LPPTON T39, 50LD T39= M0.0LD C2O Q0.1AN M1.7LPSAN C1= Q0.1LPPTON T37, 50LD C3AN M0.2O C6AN M1.7LPSAN M0.1= Q0.2LPPTON T40, 50LD T40= M0.1LD Q0.1A C4O Q0.3O M0.2AN M1.7AN Q0.4LPSAN M0.2= Q0.3LPPTON T41, 50 LD T41= M0.2LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLD

16、CTU C1, 6LD C7A C1LPSAN M0.3= Q0.4LPPTON T42, 50LD T42= M0.3LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C2, 2LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C3, 3 LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C4, 4LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C5, 5LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDCTU C6, 7LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C7, 8LD M2.0LD M1.7LD Q0.4EDOLDCTU C8

17、, 1LBL 1LDN M1.4JMP 2 LD I0.2O M1.7AN I0.0= M1.7 LD I0.1O M2.1AN I0.0= M2.1LD I0.0O M2.0AN M1.7= M2.0LD M2.0AN M0.1AN Q0.2LPSAN M0.0= Q0.0LPPTON T39, 50LD T39= M0.0LD M0.0O Q0.1AN M1.7LPSAN T38= Q0.1LPPTON T37, 50LD T37AN M0.2O T38AN M1.7LPSAN M0.1= Q0.2LPPTON T40, 50 LD T40= M0.1LD Q0.1A M0.1O Q0.3

18、O M0.2AN M1.7AN Q0.4LPSAN M0.2= Q0.3LPPTON T41, 50LD T41= M0.2LD M0.0LD T42AN M2.1O M1.7CTU C1, 2LD C1TON T38, 30LD M0.1AN M1.7A T38LPSAN M0.3= Q0.4LPPTON T42, 50LD T42= M0.3LBL 2LDN M1.5JMP 3 LD I0.1= M2.1 LD I0.2= M1.7LD I0.0O M2.0AN M1.7= M2.0LD M2.0AN M0.1AN Q0.2LPSAN M0.0= Q0.0LPPTON T39, 50LD

19、T39= M0.0 LD M0.0O Q0.1AN M1.7LPSAN T38= Q0.1LPPTON T37, 50LD T37AN M0.2O T38AN M1.7LPSAN M0.1= Q0.2LPPTON T40, 50LD T40= M0.1LD Q0.1A M0.1O Q0.3O M0.2AN M1.7AN Q0.4LPSAN M0.2= Q0.3LPPTON T41, 50LD T41= M0.2LD M0.0LD I0.0O M1.7AN M2.13.4机械手自动控制的梯形图 CTU C1, 2LD C1TON T38, 30LD M0.1A T38LPSAN M0.3= Q0

20、.4LPPTON T42, 50LD T42= M0.3LBL 3END 4心得体会这次的课设让我充足结识到了机械手的重要工业用途，明白它的工作原理，对学过的理论知识有了更深刻和直观的结识，也可以更加纯熟地运用有关软件，目前可以独立地完毕设计。本文设计的机械手控制程序，基本上反映了机械手的构造和使用功能，效果直观，可操作性好；在该仿真上采用了PLC控制，基本上可应用于真实机械手中，因而在实践中，可基本脱离现场环境，事先编制出符合规定的控制软件，以达到提高实际调试的成功率，运营在不同的方式下，实现诸多操纵方式的模拟，克服了仿真软件功能单一，仅以演示为目的的局限性，为教学和科研提供了较抱负的实验平台，具有实用和推广价值。参 考 文 献1廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,.82梅丽凤.电气控制与PLC应用技术M.机械工业出版社,.33殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.机械工业出版社,.1