基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)

1、物理與電子工程學(xué)院PLC原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)控制的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： XXX 學(xué)生姓名: XX 學(xué) 號(hào): XXXX 指導(dǎo)教師： XXXX 2013年 12月 20日物理與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 3班 學(xué)生姓名XX學(xué)號(hào)XX課程名稱PLC原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)題目基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求設(shè)計(jì)目的：1、掌握PLC功能指令的用法2、掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求：設(shè)計(jì)一個(gè)利用機(jī)械手將物品從左側(cè)自動(dòng)搬移到右側(cè)的控制程序。機(jī)械手原始位置在左上方，且為放松狀態(tài)，啟動(dòng)后機(jī)械手

2、順序動(dòng)作如下：機(jī)械手下降加緊上升右移下降放松上升左移最終回到原始位置2、畫出實(shí)現(xiàn)程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調(diào)試程序，直至符合設(shè)計(jì)要求。工作量2周時(shí)間，每天3學(xué)時(shí)，共計(jì)42學(xué)時(shí)進(jìn)度安排第1天：明確課程設(shè)計(jì)的目的和意義，根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求查找相關(guān)資料第2-3天：學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)中用到的PLC相關(guān)知識(shí)第4-5天：根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對(duì)程序進(jìn)行注釋第9-10天：學(xué)習(xí)西門子S7-200的編程軟件STEP 7 MicroWIN SP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學(xué)習(xí)西門子S7-200仿真軟件，并進(jìn)行程序

3、仿真和調(diào)試。第12天：將課程設(shè)計(jì)中用到的程序在PLC試驗(yàn)箱上進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。第13-14天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料1廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.82梅麗鳳.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2012.33殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù)M.機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。

4、尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本文介紹的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，主要作用是完成機(jī)械部件的搬運(yùn)工作，能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更快捷、便利。關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手控制；程序設(shè)計(jì)目 錄1 課題介紹11.1 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容11.2課題設(shè)計(jì)具體要求11.3課題研究的目的和意義22機(jī)械手和PLC的概念及選擇22.1機(jī)械手的概念22.2 PLC的概念33 PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)33.1機(jī)械手的流程圖33

5、.2 I/O地址分配43.3 機(jī)械手的PLC編程語(yǔ)句43.4機(jī)械手自動(dòng)控制的梯形圖94心得體會(huì)15參 考 文 獻(xiàn)161 課題介紹1.1 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)械手設(shè)有調(diào)整、連續(xù)、單周及步進(jìn)四種工作方式，工作時(shí)要首先選擇工作方式，然后操作對(duì)應(yīng)按鈕。其工作示意圖如圖1-1-1所示。圖1-1-1 機(jī)械手工作循環(huán)示意圖機(jī)械手的工作方式及過(guò)程如下：1.調(diào)整工作方式：可按相應(yīng)按鈕實(shí)現(xiàn)左移、右移、上移、下移、加緊、放松各個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)調(diào)整。 2.連續(xù)工作方式：按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手按下降加緊上升右移下降放松上升左移的順序周而復(fù)始的連續(xù)工作；按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立

6、即停車。 3.單周工作方式：按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)械手按下降加緊上升右移下降放 松上升左移的順序自動(dòng)工作一個(gè)周期停止。若要再工作一個(gè)周期，可再次按下起動(dòng)按鈕。按下停止按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)結(jié)束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。 4.步進(jìn)工作方式：每按一次起動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。按下急停按鈕，系統(tǒng)立即停車。1.2課題設(shè)計(jì)具體要求1PLC輸入/輸出點(diǎn)的分配。2編制機(jī)械手PLC程序及梯形圖控制程序。1.3課題研究的目的和意義在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。由于以上的問(wèn)題，需要一

7、種東西代替人在惡劣的環(huán)境中作業(yè)的要求呼之欲出，同時(shí)隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的性能日益加強(qiáng)，而價(jià)格也因電子技術(shù)的高速發(fā)展而不斷下降。對(duì)原有的設(shè)備的電器控制可以高性價(jià)比進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)采用先進(jìn)的控制技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使設(shè)備的運(yùn)行更加節(jié)能、高效、安全可靠。機(jī)械手就在這樣誕生了，自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓放搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)械手。工

8、業(yè)機(jī)械手是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)械手，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有這十分重要的意義。2機(jī)械手和PLC的概念及選擇2.1機(jī)械手的概念機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手。能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是

9、用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為

10、點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。2.2 PLC的概念可編程序控制器為（Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC），是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的以微處理器為核心的通用自動(dòng)控制裝置。 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，

11、并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC具有可靠性高、適應(yīng)面廣、抗干擾能力強(qiáng)、編程方便、對(duì)環(huán)境要求低、與其他裝置配置連接方便等特點(diǎn)。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位。本文選用的PLC是西門子公司開(kāi)發(fā)的S7-200系列。3 PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)3.1機(jī)械手的流程圖由機(jī)械手的工作過(guò)程可知，這是一個(gè)典型的順序控制系統(tǒng)。為此，可從機(jī)械手的連續(xù)工作方式入手編寫程序。首先應(yīng)繪出連續(xù)工作時(shí)的功能表如圖3-1-1，然后直接列寫邏輯表達(dá)式，用觸點(diǎn)線圈指令編程，也可使用置位復(fù)位指令或順

12、序控制繼電器指令來(lái)完成。 圖3-1-1機(jī)械手動(dòng)作功能表3.2 I/O地址分配I/O地址分配如下表3-2-1所示。表3-2-1機(jī)械手控制輸入輸出分配表 輸 入輸 出下降極限M0.0放松按鈕M1.1/I1.1下降電磁閥Q0.0上升極限M0.1調(diào)試選擇M1.2/I1.2夾緊電磁閥Q0.1右移極限M0.2步進(jìn)選擇M1.3/I1.3上升電磁閥Q0.2左移極限M0.3連續(xù)選擇M1.4/I1.4上升按鈕M0.4/I0.4單周選擇M1.5/I1.5右移電磁閥Q0.3下降按鈕M0.5/I0.5急停按鈕M1.7/I0.2左移按鈕M0.6/I0.6啟動(dòng)按鈕M2.0/I0.0左移電磁閥Q0.4右移按鈕M0.7/I0.

13、7停止按鈕M2.1/I0.1夾緊按鈕M1.0/I1.0內(nèi)部存儲(chǔ)器的使用空手下降狀態(tài)M5.1右移狀態(tài)M5.4空手上升狀態(tài)M5.7夾緊狀態(tài)M5.2重手下降狀態(tài)M5.5左移狀態(tài)M4.0重手上升狀態(tài)M5.3放松狀態(tài)M5.6原位狀態(tài)M4.1143.3 機(jī)械手的PLC編程語(yǔ)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

14、.5LPSAN M0.0AN Q0.2AN 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 M1.3J

15、MP 1 LD I0.2= M1.7LD 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 M2.0L

16、D M1.7LD Q0.4EDOLDCTU 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 M1.7

17、LD Q0.4EDOLDCTU C8, 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= M0.1L

18、D Q0.1A M0.1O Q0.3O 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 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,