PLC“分揀機械手”的控制設計 課程設計說明書

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1、車輛與動力工程學院課程設計說明書 電氣控制技術(shù)課程設計任務書 班級： 姓名： 學號： 設計題目： “分揀機械手”的控制設計1 一、設計目的 進一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學理論知識在實際中的應用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的設計方法；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的施工設計、安裝與調(diào)試方法；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報告的能力。 二、設計任務及要求 掌

2、握PLC工作原理、編程及調(diào)試方法及應用技術(shù)；根據(jù)控制要求，制定合理的設計方案；.正確選用PLC，確定輸入、輸出設備；PLC的I/O點分配，并繪制其連接圖，以及其它外部硬件圖；設計PLC控制程序；繪制有關(guān)圖紙；編制設計說明書。 三、控制要求 一個將工件由 A 處傳送到 B 處的機械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作

3、。設備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過程如圖1所示，有八個動作： 圖1 工作過程圖 四、設計時間安排 查找相關(guān)資料（1天）、設計并繪制系統(tǒng)原理圖（2天）、設計PLC控制程序（2天）、模擬調(diào)試（2天）、編寫設計報告（2天）和答辯（1天）。 五、主要參考文獻 1.黃永紅.電氣控制與PLC應用技術(shù), 北京: 機械工業(yè)出版社, 2011. 2.王建華. 電氣工程師手冊, 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006. 3.吳曉君. 電氣控制課程設計指導, 北京: 中國建材工業(yè)出版社, 2007. 指導教師簽字：

4、 年 月 日 分揀機械手的控制設計 摘 要 本文介紹的機械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸變頻器，控制機械手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給PLC主機；位置信號由接近開關(guān)反饋給PLC主機，通過交流電機的正反轉(zhuǎn)來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本文設計的主要目地是將物體從A移動到B，實現(xiàn)物體的移動?？纱嫒斯さ奈ｋU動作。再設計的過程中，設計模塊主要分三個模塊。1.回原點操作。2.手動操作。3.自動操作。三個獨立的模塊很容易設計，但當合成一個程序時，由

5、于輸出的相互影響，使得程序出現(xiàn)凌亂。如在手動操作中，在閉合加緊開關(guān)時，輸出Q0.4不得電。是因為中的Q0.4沒有得電。所以在設計過程中必須保證輸出的結(jié)果相同。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。 關(guān)鍵詞：機械手 交流伺服電機 PLC 目錄 分揀機械手的控制設計 I 摘 要 I 第一章．緒論 1 第二章．總體設計 2 2.1分揀機械手的操作要求及功能 2 2.1.1操作要求 2 2.1.2操作功能 2 2.2硬件接線圖

6、3 2.3輸入和輸出點分配表及I/O分配接線 3 2.4軟件電路設計及描述 5 2.4.1機械手的操作系統(tǒng)程序 5 2.4.2 回原位程序 5 2.4.3手動單步操作程序 7 2.4.4自動操作程序 9 2.4.5急停和停止 10 2.5機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 11 2.6機械臂傳送系統(tǒng)仿真圖 17 第三章．設計結(jié)論 19 參考文獻 19 II 第一章．緒論 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種

7、各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。 工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用plc，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分

8、有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。 　　　　　　 第二章．總體設計 2.1分揀機械手的操作要求及功能 2.1.1操作要求 分揀機械手的功能是將工件從A處移送到B處。控制要求為： 1、分揀機械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈二位電磁閥推動氣缸來實現(xiàn)，當某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運動； 2、上升、下降的電磁閥線圈分別為YV2、YV1

9、；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4； 3、機械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來實現(xiàn)，線圈通電時夾緊工件，線圈斷電時松開工件； 4、機械手的夾鉗的松開、夾緊通過延時1S實現(xiàn)； 5、機械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實現(xiàn)； 2.1.2操作功能 機械手能實現(xiàn)手動、回原位、連續(xù)等工作方式。 1、手動工作方式時，用各按鈕的手動開關(guān)實現(xiàn)相應的動作； 2、回原位工作方式時，按下“回原位”按鈕，則機械手自動返回原位； 3、連續(xù)工作方式時，機械手在原位，只要按下“連續(xù)工作”安鈕，機械手就會連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕； 4、傳送工件時，

10、機械手必須升到最高點才能左右移動，在左右極限時才能上下移動，以防止機械手在較低位置和左右位置運行時碰到其他工件； 5、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時，機械手停止所有的操作 2.2硬件接線圖 通過Q0.0、Q0.1分別控制電動機1的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)下降和上升，Q0.2、Q0.3分別控制電動機2的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左行和右行。 圖1 主電路圖 2.3輸入和輸出點分配表及外部接線圖 表1 輸入輸出點分配圖 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出 啟動 SB1 I0.0 下限位 SQ1 I1.0 電磁閥上升 YV2 Q0

11、.1 停止 SB2 I0.1 上限位 SQ2 I1.1 電磁閥左行 YV3 Q0.2 加緊 SB3 I0.2 右限位 SQ3 I1.2 電磁閥右行 YV4 Q0.3 放松 SB4 I0.3 左限位 SQ4 I1.3 電磁閥夾緊 YV5 Q0.4 上升 QS1 I0.4 回原點 QS3 I1.4 電磁閥下降 YV1 Q0.0 下降 QS2 I0.5 手動 QS4 I1.5 左行 QS3 I0.6 自動 QS5 I2.0 右行 QS4 I0.7 急停 SB5 I2.

12、1 圖2 外部接線圖 2.4軟件電路設計及描述 2.4.1機械手的操作系統(tǒng)程序 操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖所示。 其原理是：把旋鈕置于回原點，I1.4接通，系統(tǒng)自動回原點。再把旋鈕置于手動，則I1.5接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)，在I1.4不閉合的情況下，執(zhí)行手動程序。之后，由于I1.5常閉觸點，當執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到0所指的自動位置。如果旋鈕置于自動位置，（既I1.5常閉閉合、I1.6常開閉合），在I1.4不閉合的情況下，程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。 圖3 總體流程圖 2.

13、4.2 回原位程序 1、回原點程序一 回原位程序如圖所示。首先，在梯型圖中只有加緊和放松有了在用SET和RET指令，其它的手臂動作均是得電操作，失電停止。所以在左行的時所以在沒有其它操作指令時，上下行、左右行是停止的。所以在上行、左行的時侯不需要考慮是否上行和左行。其次，回原點操作就是讓手臂回到最左端和最上端。所以無論手臂在哪個地方，必須先移動到最上端再移動到最左端。最后，在手臂移動的時候，手臂必須是放松狀態(tài)。 圖5 回原點流程圖 2、回原點程序的改進。 當手臂處于加緊并且不是在最低點停止時，執(zhí)行回原點操作，會使手臂里加緊的物體掉落。所以，先讓手臂回到最低點，再放松

14、。 圖6 回原點的改進圖 2.4.3手動單步操作程序　 　如圖5所示。在進行手動操作時，首先將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動位置。此時I1.5閉合，I1.5的常開觸電斷開，不再進行跳轉(zhuǎn)操作，流程開始進行手動操作。具體過程已在圖中標注。其中圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。 2.4.4自動操作程序 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖所示。由于啟動時手臂自動回原位。所以開始自動操作前，手臂已回到原點位置。當閉合I1.6時I1.5處于斷開狀態(tài)，所以執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作，跳轉(zhuǎn)到LBL0位置，I1.6閉合開始執(zhí)行自動操作。I1.6接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.5，驅(qū)動下降Q0.0，當?shù)?/p>

15、達下限位使行程開關(guān)I1.0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.6，而Q0.0停止移動.M0.6驅(qū)動Q0.4置位，延時1秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當T37接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.7，驅(qū)動Q0.1上升，當上升到達最高位，I1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.0。M1.0驅(qū)動Q0.3右移。移到最右位，M1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到Q0.0下降。下降到最低位，M1.2接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T38接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.3使Q0.1上升。上升到最高位，I1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.4使Q0.2左移。左移到最左位，使M2.0接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動。 圖7 自動操作的流

16、程圖 2.4.5急停和停止 在負載和電源之間接一個交流接觸器的常閉開關(guān)，用中間繼電器M2.0控制。當按下急停按鈕I2.1后，M2.0得電，從而使Q0.5得電常閉開關(guān)斷開，切斷電源。停止安扭的功能是在運行過程中，按下停止按鈕，手臂不會停止，當?shù)竭_極限位置時再停止。即該步完成后再停止。如，當手臂在最左端時，I1.3左極限是閉合的，按下停止按鈕，手臂不停止。當I1.1上極限閉合時，M1.5得電，M2.0閉合，Q0.5得電，斷開電源，停止工作。 2.5機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 機械臂的整個梯形圖，能夠完成急停、停止、回原點、手動、自動等功能。

17、 2.6機械臂傳送系統(tǒng)仿真圖 圖8是按下回原點I1.4時，根據(jù)行程開關(guān)的相應動作，最終使手臂達到最左、最上的極限位置，使I1.1、I1.3閉合。圖9是按下I1.6時，在初始位置時，I1.1、I1.3是閉合的，所以，按下自動開關(guān)后，手臂開始進行下降等一系列的動作。 圖8 回原點的仿真圖 圖9 自動操作的仿真圖 第三章．設計結(jié)論 可編程控制器課程設計是課程當中一個重要環(huán)節(jié)，通過了2周的課程設計使我對plc設計過程有進一步了解，對plc產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識有了深刻的認識。 因為理論知識學的不牢固，在設計遇到了不少問題，

18、通過理論與實際的結(jié)合，進一步提高觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應社會主義現(xiàn)代化建設需要的高素質(zhì)的復合型人才。運用學習成果，把理論運用于實際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。通過此次設計過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)了我綜合應用可編程控制器設計課程及其他課程的理論知識和應用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，為今后的學習和工作過程打下基礎(chǔ)。 還要感謝四位老師的指導，感謝你們的耐心與關(guān)愛。 參考文獻 《可編程控制器原理與應用》 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC應用技術(shù)》 主編：馮新強 北京郵電大學出版社 北京，2009.4 《電氣控制與PLC應用技術(shù)》　主編：黃永紅　機械工業(yè)出版社　北京,2011 《電氣控制課程設計指導》 主編：吳曉君 中國建材工業(yè)出版社 北京,2007 19