自動搬運機械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文姓 名:學(xué) 號：系 (院):機 電 系專 業(yè):機電一體化題 目:自動搬運機械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)者： 評閱者： 2011年06月自動搬運機械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。本機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動

2、機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1-SQ9)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。目 錄第1章 前 言 1.1 設(shè)計優(yōu)點 4 1.2 設(shè)計的一般步驟 4第2章 機械手設(shè)計簡介2.1 設(shè)備的控制要求 52.2 裝置簡介 6第3章 搬運機械手硬件系統(tǒng)設(shè)

3、計 3.1機械手的結(jié)構(gòu) 8 3.2電氣控制的設(shè)計 8 3.3操作面板及動作說明 9第4章 機械手的PLC控制 4.1控制特點 10 4.2 系統(tǒng)控制示意圖 10 4.3 輸入和輸出點分配表及原理接線圖 11 4.4 操作系統(tǒng) 12 4.5 回原位程序 12 4.6手動單步操作程序 13 4.7自動操作程序 14 4.8機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 15 4.9指令語句表 17第1章 前 言機械手是工業(yè)生產(chǎn)中常用的機械設(shè)備, 是現(xiàn)代企業(yè)和建筑工地不可缺少的運輸工具, 它的動作由相應(yīng)的控制系統(tǒng)控制，如采用傳統(tǒng)的繼電接觸控制,由于機械觸點多, 接線復(fù)雜, 因而控制裝置體積很大,并且故障率高, 可靠性差, 動

4、作精確度低。而可編程控制器是以中央處理器為核心, 綜合了計算機和自動控制等先進技術(shù), 具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡單、功耗低等優(yōu)點，已成為目前在機械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。它的使用大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位非常重要！本設(shè)計主要研究內(nèi)容： 要求有兩種工作方式：點動和自動操作；點動操作時，用按鈕單獨操作機械上升或下降，右移或左移，夾緊或放松；自動操作時，按下起動按鈕，機械從“原點”開始工作，自動完成一個工作循環(huán)過程，即將工件夾緊后，從A點移

5、動到B點放下工件，然后返回“原點”等待下一次操作。1.1 設(shè)計的優(yōu)點用可編程控制器，具有投資省、見效快的特點。因為使用PLC控制機床電氣系統(tǒng)后，可去掉了機械手的中間繼電器、時間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡化。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還具有信號指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。論文從PLC選型開始介紹，并按照設(shè)計的全過程逐次的介紹了系統(tǒng)資源配置、控制系統(tǒng)程序設(shè)計集調(diào)試的方法、自動操作系統(tǒng)流程圖、總程序結(jié)構(gòu)框圖、源程序、程序清單、梯形圖、電氣原理圖。1.2 設(shè)計的一般步驟（1）先要全面的了解被控對象的機構(gòu)、運行過程等

6、，并明確動作邏輯關(guān)系；根據(jù)系統(tǒng)的功能要求選擇PLC的型號及各種附加的配置，并有規(guī)則，有目的分配輸入輸出點；（2）根據(jù)控制及流程要求，對應(yīng)輸入輸出開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序；同時連接PLC與外部設(shè)備的連線；（3）將編制完成的程序?qū)懭隤LC中，模擬工況運行，進行調(diào)試及修改；在模擬成功后，接入現(xiàn)場實際控制系統(tǒng)中進行再次調(diào)試，直至完全通過為止。第2章 機械手設(shè)計簡介每設(shè)計都要分析被控對象并提出控制要求：1.詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。確定輸入輸出設(shè)備 2.根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入

7、設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。2.1 設(shè)備的控制要求 設(shè)備應(yīng)具有“正常運轉(zhuǎn)”和“強制停止”。控制系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步和連續(xù)4種工作方式，機械手在最上面和左邊且放松時，成為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)或初始狀態(tài)。機械手自動控制順序功能圖見圖2-1，機械手的運動過程主要有八個動作即為：原點下降夾緊上升右移 左移上升放松下降圖2-1 機械手的自動控制順序功能 手動操作時由按鈕操作對機械手的每一種運動單獨進行控制，在單步操作方式下，從初始步開始，按下啟動按鈕X0后，

8、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。如選擇單周期工作方式，按下啟動按鈕后，從初始步開始，機械手按順序功能圖（見圖2-2）的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。原點下降夾緊上升右移 左移上升放松下降圖2-2 機械手的單周期控制順序功能選擇連續(xù)工作方式時，在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后機械手從初始步開始一個周期一個周期地反復(fù)連續(xù)工作，按下停止按鈕，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在選擇單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處于原點狀態(tài)。如不滿足這一條件，可選擇原點工作方式，然后按回原點啟動按鈕，使系統(tǒng)自

9、動返回原點狀態(tài)。在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常工作狀態(tài)下的停車。按下停車按鈕，機械手完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停車。緊急停車：在發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時的停車。按下緊急停車按鈕，機械手停止在當前執(zhí)行狀態(tài)。當故障排除后，需手動回原點。2.2 裝置簡介 參照圖1機械手結(jié)構(gòu)圖，機械手在連續(xù)工作方式下，機械手按下述順序周而復(fù)始地搬物：（如圖2-3）1）原位狀態(tài)下（機械手在左、上限位置），按啟動按鈕，機械手開始下降。2）下降到下限位行程開關(guān)動作，下降結(jié)束，機械手開始夾緊。3）機械手夾緊工件，直到計時器計時時間到，上升運動開始。4）上升到上限行程開關(guān)受壓動作，上升運動結(jié)束，機械

10、手開始右移。5）右移到右限行程開關(guān)受壓動作，右移運動結(jié)束，等待工件檢測信號。6）待無工件信號到來，機械手開始下降。7）下降到下限行程開關(guān)受壓動作，下降運動結(jié)束，機械手開始放松。8）機械手放松工件，直到計時器計時時間到，上升運動開始。9）上升到上限行程開關(guān)受壓動作，上升運動結(jié)束，機械手開始左移。左移到左限行程開關(guān)受壓動作，左限運動結(jié)束，機械手回到原始狀態(tài)，一個工作循環(huán)完畢。圖2-3 機械手工作循環(huán)過程圖機械手的上升和下降、左行和右行由不同繼電器來控制不同電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，夾緊和放松由二位四通的電磁閥控制的。氣缸采用QGBQ系列，屬自保持式雙電控閥氣缸，工作壓力為0.150.8Mpa，其電磁換向

11、閥有記憶功能，當切斷電信號時，閥位不變，氣缸活塞位置保持不變，系統(tǒng)不受突然斷電的干擾。圖2-4為機械手示意圖，機械手的任務(wù)是將A工作臺上的工件搬到B工作臺圖2-4 機械手結(jié)構(gòu)圖 第三章 搬運機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件系統(tǒng)設(shè)計包括機械部分和電氣控制部分的設(shè)計。3.1機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計其結(jié)構(gòu)如圖31所示圖31 機械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān)；SQ2為小車原位檢測開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢測開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、S

12、Q8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運動停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計包括主電路和控制電路的設(shè)計。主電路由兩臺電動機，即慢速電機和快速電機，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動機M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運行過程中突然斷電導(dǎo)致的機械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動作說明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動和自動，手動又包括手動步進、回原位操作，自動控制包括單步、單周

13、期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個檔位。手動工作方式下，手動動作包括上升、下降、放松、快進、慢進、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個動作看官按鈕。各個動作進行的同時均設(shè)有動作指示燈。另外設(shè)有啟動停止按鈕。其操作面板如圖32所示：圖32機械手操作面板示意圖第4章 機械手的PLC控制4.1 控制特點機械臂電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設(shè)計該機

14、械手控制程序的步驟和方法。4.2 系統(tǒng)控制示意圖機械臂傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。 圖1 機械臂傳送示意及操作面板圖4.3 輸入和輸出點分配表及原理接線圖表1 機械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0夾緊SB5X10電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X4單步左移SB9X14電磁閥左行YV5Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點指示ELY5手動操作SB3X6回原點SB11

15、X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測SQ5X174.4 操作系統(tǒng) 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3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16接通，系統(tǒng)自動回原點，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點，當執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4.5 回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當用S10S19作

16、回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。4.6手動單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護。4.7自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當機械臂處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當?shù)竭_下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當上升到達最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時

17、1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。4.8機械臂傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運行的?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦颉Ｊ怯貌竭M順控方式編程。在各步進順控末行，都以RET結(jié)束本步進順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。4.9指令語句表總 結(jié)搬運機械手的PLC控制課程設(shè)計是機電課程當中一個重要環(huán)節(jié)通過了畢業(yè)設(shè)計使我對機械設(shè)計過程有進一步了解，對機電產(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(xué)的不牢固，在設(shè)計遇到了不少問題，如：遺忘以前學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識。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(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。運用學(xué)習(xí)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(shè)計過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)