课程设计PLC机械手控制的实现

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1、PLC机械手编程说明书（08电气自动化专业）职业技能实训说明书2009/2010 学年 第一 学期课程名称： 电气控制与PLC课程设计 课 题： PLC机械手设计 姓 名： 班 级： 自动化0802 学 号： 08031409 指导老师： 起止时间： 第17 周 第18周 电气电子工程系 . 2010.1.8青春的含义就在于不管我们选择了什么、成功与否，都不后悔！20课程设计任务一、 设计任务 PLC机械手控制的实现二、设计要求：1、 输入/输出分析 分析系统信号输入/输出要求，画出PC主机的I/O分配图及主电路图。2、 安排I/O端口及所用内部元件地址3、 设计PLC控制程序（1）、画出PC

2、控制功能流程图 （2）、绘制梯形图（3）、写出指令表4、 按要求连接线路5、程序输入与调试 将编制的程序输入可编程序控制器，在 PC运行状态下输入相应控制信号和现场模拟信号进行程序调 试、修改和完善。 三、设计的步骤1、分析工艺流程和控制要求 2、确定输入/输出设备3、选择合适的PLC 4、I/O点分配5、设计软件及硬件 6、离线模拟调试7、现场联机调试 8、整理技术文件 目录课程设计任务2目录3机械手课题设计实训装置介绍4机械手的概述6第一章：课题内容71.1 PLC在机械手搬物控制中的应用71.2控制要求8第二章：机械手程序设计92.1 机械手PLC控制的I/O地址表92.2PLC的 I/

3、O电气接线图112.3 PLC顺序控制流程图、梯形图及指令表121)工艺流程图.122）梯形图.153）指令表.172.4 课题关键技术设计说明181）循环启动、单循环启动的设计182）断电保持功能控制的设计18第三章：总结与评价19参考文献：工厂电气控制技术20亚龙YL-235型光机电一体化实训考核装置 机械手课题设计实训装置介绍课题设计实训使用装置为亚龙YL-235型光机电一体化实训考核装置该实训考核装置,由铝合金导轨式实训台、机电一体化设备部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、接线端子排和各种传感器等组成其整体结构采用开放式和拆装式，学生可以自由组装和调试送料检测部件、物料搬

4、运部件、物料分拣部件和自动生产线等机电一体化设备；PLC模块、变频器模频、按钮模块、常用装置模块等可任意调换和组合，进行机电设备安装与调试、PLC控制程序的编写与运行、变频器调速系统的组装与调试、PLC控制系统的安装与调试、光机电一体化设备的组装与调试等专业知识与技能的教学和实训该实训考核装置PLC模块的I/O端子、变频器的接线端子、各常用模块与PLC的连接端子，均与安全插座连接，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接插拔线连接电路与端子牌连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠该实训考

5、核装置既能进行机电设备安装、PLC应用技术、电气控制技术、自动控制技术、机电一体化技术等专业知识模块的单项实训项目的教学，也能进行机电一体化设备、气动系统、自动控制系统的综合技能训练技术参数 交流电源三相AC380V±10% 50Hz; 外形尺寸1190×800×1500mm 整机容量15kVA机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械

6、手虽然目前还如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5）宇宙及海洋的开发。(6)军事工程及生物医学方面的研

7、究和试验。 第一章：课题内容1.1 PLC在机械手搬物控制中的应用下图为机械手动作示意图，机械手按下述顺序周而复始地搬物：X5X3转盘Y0传送带B 光电开关X1上限开关下限开关夹Y2松Y3左限X13右限X7左转右转ZHUA转ZHUANG 机械手搬物动作示意图转盘Y0为步进式传送物料，每当机械手从转盘Y0输送通道上取走一个物料时，该转盘向前步进一个步距，将使机械手在下一个循环取走物料。机械手搬物动作示意图1中转盘Y0由电动机M控制，械手的左右回转运动由Y10、Y11电控阀控制，机械手的上下运动由电控阀Y12、Y13控制，机械手的夹紧与放松由电控阀控制Y2、Y3，机械手的伸出与缩回由电控阀Y6、Y

8、7控制。位置信号分别为：机械手左、右转到位开关为磁性传感器X13、X7，机械手手臂上升、下降到位开关为磁性传感器X5、X3，机械手伸出、缩回到位开关为磁性传感器X2、X6。1.2控制要求1）、在初始状态（机械手在上限、左限、手臂缩回）下，按下启动按钮，转盘转动开始输送物料，当光电开关检测到物料时，机械开始动作。2）机械手伸出到权限位置时，停止伸出；然后机械手开始下降下降到下限权限位置时，停止下降；然后机械手夹紧物料。3）、机械手夹紧物料后开始上升上升到上限的权限位置时，停止上升；然后机械手缩回缩回到权限位置时，停止缩回。4）、停止缩回后机械手开始右转右转到右限位置时，停止右转；当右转停止后机械

9、手开始伸出伸出到伸出权限时，停止伸出、随着机械手开始下降下降到下限位置时，停止下降然后松开物料。4）、松开物料后机械手开始上升上升到上限位置后，停止上升、然后左转到原位完成一个循环。5）、正常工作时闪亮绿灯。6）、按下启动按钮若在30S内光电开关检测不到物体，报警锋鸣响起及红灯闪亮。7）具有断电保持功能、停电后再次来电，需按启动按钮才能启动并从停电时那步继续开始工作机械手。8）、机械手具有急停（机械手立即停止工作、启动后仍从此开始工作）和停止功能（要回到原始位置）。9）、要设计有单步和循环启动功能。所谓“循环”，即一次循环工步完毕后，随即或延时0.5秒后自动进入下一次循环；所谓“单步”，即一次

10、循环工步完毕后，机械手就停在初始位。若想机械手再一次开始工作，必须再次按启动按钮方可。10）、适当设计一些延时功能，在机械手工作时。第二章：机械手程序设计2.1 机械手PLC控制的I/O地址表如下表.输入输出器件代号I/O口说明器件代号I/O口说明SQ1X0循环启动M（KA1）Y0转盘转动X1光电检测开关YV1Y1工作绿灯X2伸出限位开关YV2Y2机械手夹紧X3下降限位开关YV3Y3机械手松开SQ2X4单步启动YV4Y4锋鸣报警X5上升限位开关YV5Y5红灯报警X6缩回限位开关YV6Y6机械手伸出X7右转限位开关YV7Y7机械手缩回SQ3X10停止开关YV10Y10机械手右转SQ4X11急停开

11、关YV11Y11机械手左传X13左转限位开关YV12Y12机械手上升SQ5断电保持开关YV13Y13机械手下降I/O地址表2.2 PLC的 I/O电气接线图机械手的PLC I/O电气接线如下图所示。SQ1SQ4四个开关分别接PLC的X0、X4、X10、X11四个输入，输出Y0Y7、Y10Y13分别接电磁阀的Y0Y7、Y10Y13。2.3 PLC顺序控制流程图、梯形图及指令表 1)工艺流程图.如12页工艺流程土所示，在初始状态下，当按下启动循环按钮X0接通或单步启动开关X4，状态转移到S500，从而驱动转盘Y0转动开始输送物料，若在30S内光电开关X1检测不到物料，则开始报警锋鸣Y4响起、红灯Y

12、5闪亮。在按下启动按钮的同时状态转移到S500机器开始运行，使工作指示绿灯Y1置位，只要机器在工作状态工作指示绿灯Y1就会一直闪亮。当光电开关X1检测到物料X1接通，状态转移到S501，而S500自动复位。S501驱动机械手Y6伸出，当伸出到伸出权限，伸出限位开关X2闭合，T1延时1S，延时时间到、常开开关T1闭合，状态转移到S502、同时S501自动复位。S502驱动机械手Y13下降，当下降到下降权限，下降限位开关X3闭合，T2延时1S，当延时时间到，常开开关T2闭合，状态转移到S503，S502自动复位。S503驱动机械手Y2夹紧物料，同时T3延时1S，延时时间到，常开T3闭合，状态转移到

13、S504，同时S503自动复位。S504驱动机械手Y12上升，当上升到上升权限，上升限位开关X5闭合，T4延时1S，延时时间到，常开T4闭合，状态转移到S505，同时S504自动复位。S505驱动机械手Y7缩回，当缩回到缩回权限停止缩回，缩回权限开关X6闭合，T5延时1S，延时时间到，常开T5闭合，状态转移到S506，S505自动复位。S506驱动机械手Y10右转，右转到右转权限停止右转，右转权限开关X7闭合，T6延时1S，延时时间到，常开开关T6闭合，状态转移到S507，S506自动复位。S507驱动机械手Y6伸出，伸出到伸出权限，停止伸出，伸出权限开关X2闭合，T7延时1S，延时时间到，常

14、开开关T7闭合，状态转移到S508，同时S507自动复位。S508驱动机械手Y13下降，当下降到下降权限停止下降，下降权限开关X3闭合，T8延时1S，延时时间到，常开T8闭合，状态转移到S509，S508自动复位。S509驱动机械手Y3松开物料，同时T9延时1S，延时时间到，常开T9闭合，状态转移到S510，同时S509自动复位。S510驱动机械手Y12上升，上升到上升权限停止上升，上升权限开关X5闭合，T10延时1S，延时时间到，常开开关T10闭合，状态转移到S511，S510自动复位。S511驱动机械手Y7缩回，缩回到缩回权限停止缩回，缩回权限开关X6闭合，T11延时1S，延时时间到，常开

15、开关T11闭合，状态转移到S512，S511自动复位。S12驱动机械手Y11左转，左转到左转权限停止左转，左转权限开关X13闭合若是单循环启动状态转移到S0，完成一个循环周期，机械手停止工作，若要机械手继续工作需要再按启动按妞；若是循环启动，机械手至此完成一个循环周期工作，即进入下一个循环周期开始继续工作。 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。2）梯形图. 3）指令表.2.4 课题关键技术设计说明 1） 循环启动、单循环启动的设计. 如上图（a）所示：X0为循环启动

16、按钮，X4为单循环启动按钮，X0控制继电器M1的线圈得电，常开开关M1为自锁开关，一旦按下X0启动、M1、M2线圈将一直保持得电状态，直到电源断电为止，X4控制继电器M2的线圈得电，按一次X4，M2继电器的线圈得一次电，同时在按下X4的同时X4的常闭开关自锁掉循环启动，所以用M2的常开开关去控制程序的启动即可实现单循环、循环启动了。 2） 断电保持功能控制的设计.如图（b）所示：图为断电保持控制设计，用X14来控制继电器M3的线圈得电，常开开关M3为自锁开关，一旦M3自锁将保持一直得电状态，再用M3的常开开关放在每一步步进指令的后面（如梯形图所示），以形成断电保持控制设计要求，一旦外部电源突然

17、断开失电，当再次来点时，虽然我们所使用的步进指令有记忆功能，但机械手是不会自己在再次来电时，从原来断电的工序自己开始工作，而必须按下X14使M3线圈得电常开开关M3闭合，机械手才会从原来因断电而停止的工序继续开始工作，以可以实现断电保持功能。如若也用M2的常开开关（实际上为启动开关控制）来控制，将会出现乱码的问题，所以不的不另接一个开关来实现断电保持功能的实现。第三章：总结与评价两周的课题程序设计与调试到最后成功的按课程设计要求实现机械手各个工序的运行，在次期间我们发现并独立克服了摆在我们面前的问题，如：在调试刚开始的时候我们把自己编好的程序输入进电脑并转换好，进行进行PLC的写入后，按下启动

18、开关发现机械手不仅没有按我们内心设想的工序动作，而且还一动不动的在那里，当时真的很郁闷至极！后来经过排查发现自己的程序并没有问题，最后把问题锁定在外部接线上，经过一翻排查发现了自己的问题所在是我们自己所接的线路没有形成闭合回路，经过修改后，当我们进行调试时虽然机械手工作了，但是机械手的伸出和缩回却是相反的，起初还以为是自己的程序编反了，经过仔细的核对、检查发现自己的程序并没有问题；后来进行单个动作比对，发现了端子接线座上的伸出（18、19）和缩回（20、21）是相反的实际为伸出（20、21）和缩回（18、19）。通过这次设计和实作，使我们能够进一步把课堂里所学的理论知识与实践相结合，加深了对P

19、LC可编程序控制器的认识和理解，掌握PLC可编程序控制器的应用方法及编程技巧，增强了我们的动手能力及独立完成任务的能力，为以后参加工作打下了扎实的基础，同时也为下学期的高级维修电工等级考试作好准备工作。机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。 对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。 机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。 参考文献：工厂电气控制技术 方承远 张振国 编著