氣動機械手控制系統(tǒng)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄之中。機電工程學院課程設計說明書 設計題目: 氣動機械手控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 機制F09 指導教師： 2012 年 12 月 12 日專心-專注-專業(yè)內(nèi)容摘要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(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，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從工業(yè)機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的技術，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，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。在我國，近幾年也有較快的發(fā)展，并取得了一定的效果，受到機械工業(yè)和鐵

2、路工業(yè)等部門的重視。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫、抗腐蝕的材料制成，以適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。PLC可以按照所需要求完成機械手的設計，使機械手的設計簡單化，大大節(jié)省了時間。本文應用西門子S7200系列PLC來實現(xiàn)氣動機械手的搬運控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）的控制功能。利用可編程技術結(jié)合相應的硬件裝置，控制氣動機械手完成各種動作。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠穩(wěn)定、容易控制等優(yōu)點。 關鍵詞：氣動機械手；S7200系列PLC；CPU226；目 錄

3、第1章 引 言由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣

4、動機械手。高頻率的點焊、力控的準確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應用。第2章 系統(tǒng)總體方案設計2.1 程序設計的基本思路在進行程序設計時，首先應明確對象的具體控制要求，然后根據(jù)程序的控制要求畫出程序工作狀態(tài)流程圖，最后根據(jù)程序工作狀態(tài)流程圖及程序的控制要求畫出梯形圖。由于CPU對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后。而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實現(xiàn)控制要求的基礎上，應使程序盡量簡潔緊湊，這樣有利于程序的運行。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變

5、化。此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性，這樣在修改程序時能節(jié)省很多時間。下面介紹一種基于PLC的氣動機械手的控制方法。機械手的控制屬順序控制，采用步進指令，首先應畫出機械手工作狀態(tài)流程圖，然后根據(jù)流程圖所提供的思路進行程序設計。2.2 氣動機械手的控制要求1、氣動機械手的升降和左右移動分別由不同的雙線圈電磁閥實現(xiàn)，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態(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，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)。線圈通電時夾緊工作，斷電時松開工作。 4、機械手的夾鉗的松開，夾緊通

6、過延時1.7s實現(xiàn)。5、機械手下降、上升、右行、左行的限位由行程開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來實現(xiàn)。2.3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與操作功能2.3.1 硬件結(jié)構(gòu)機械手用來將工件從A點搬運到B點（如圖2-1），輸出Q0.1為1時工件被夾緊，為0時被松開。工作方式選擇開關的5個位置分別對應于5種工作方式，操作面板下部的9個按鈕式手動按鈕分別對用于緊急停車、啟動、停止、下降、上升、右行、左行、夾緊、松開。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷負載電源，設置了交流接觸器KM。PLC開始運行時按下“負載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情

7、況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。機械手示意圖如圖2-1所示。圖2-1 機械手示意圖2.3.2 氣動機械手的操作功能系統(tǒng)設有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點五種工作方式（如圖2-2）。在手動工作方式下，用I0.5I1.2對應的6個按鈕分別獨立控制機械手的升、降、左右行和夾緊松開。在單周期的工作方式下，按下啟動按鈕I2.6后，從初始步M0.0開始，機械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。在單步工作方式下，從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。圖2-2 操

8、作面板第3章 PLC控制系統(tǒng)設計3.1 可編程控制器的CPU選擇根據(jù)設計可知需要17個輸入接口，5個輸出接口，通過查閱手冊選擇S7-200 CPU226基本單元（24DI/16DO出）1臺。CPU226有24個輸入端口，16個輸出端口，滿足氣動機械手對輸入輸出端口的要求，不需要再增加擴展單元，它屬于整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低的優(yōu)點。一般小型或超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。模塊式PLC把各個組成部分做成獨立的模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等。綜上所述，應選擇S7-200CPU226基本單元。3.2 氣動機械手的I/O地址分配表氣動機械手的I/O地

9、址分配表如表3-1所示。表3-1 I/0地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號下降停止下限位開關SQ1I0.0上升停止上限為開關SQ2I0.1右行停止右限位開關SQ3I0.2左行停止左限位開關SQ4I0.3下降下降按鈕SB3I0.4上升上升按鈕SB4I0.5右行右行按鈕SB5I0.6左行左行按鈕SB6I1.7夾緊夾緊按鈕SB7I1.0松開松開按鈕SB8I1.1手動操作手動開關SA1-0I2.0回原點操作回原點開關SA1-1I2.1單步操作單步開關SA1-2I2.2單周期操作單周期開關SA1-3I2.3連續(xù)操作連續(xù)開關SA1-4I2.4急停急停按鈕SB9I2.5啟動啟動按鈕S

10、B1I2.6停止停止按鈕SB2I2.7輸出信號下降下降電磁閥YV1Q0.1夾松夾松電磁閥YV5Q0.0上升上升電磁閥YV2Q0.2右行右行電磁閥YV3Q0.3左行左行電磁閥YV4Q0.43.3 PLC的輸入輸出設備接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計應結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來進行具體分析和設定。PLC的外部接線圖應盡量做到簡潔明了以便于觀察，出現(xiàn)故障時也便于維修，這樣的外部接線圖才是合理的外部接線圖。氣動機械手控制外部接線圖如圖3-1所示。 圖3-1 PLC的輸入輸出設備的接線圖 3.4 氣動機械手控制流程圖原理：接通電源使系統(tǒng)啟動開始掃描，掃描手動時判斷手動按鈕是執(zhí)行手動

11、操作；掃描回原點開關，是執(zhí)行回原點操作；掃描單步開關，是執(zhí)行單步操作；掃描單周期開關，是檢測是否在原點，是執(zhí)行單周期操作；掃描連續(xù)操作，是檢測是否在原點，是執(zhí)行連續(xù)操作。除了連續(xù)操作以外，其他操作執(zhí)行完以后自動重新掃描。 圖3-2 氣動機械手控制流程圖3.5 程序設計梯形圖 3.6 語句表ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注釋：主程序BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋：調(diào)用公用子程序LD SM0.0CALL SBR0Network 2 / 調(diào)用手動子程序LD I2.0CALL SBR1Network 3 / 調(diào)用自動回原位子程序LD I2.

12、1CALL SBR2Network 4 / 調(diào)用單步，單周期和連續(xù)子程序LD I2.4O I2.3O I2.2CALL SBR3Network 5 / 機械手下降LD M2.0O M2.4AN I0.0LD M3.4OLDAN I2.5AN M4.0= Q0.1Network 6 / 機械手夾緊LD M2.1O M3.1S Q0.0TON T37, 17Network 7 / 機械手松開LD M2.5O M3.2O M4.2O M4.3R Q0.0, 1TON T38, 17Network 8 / 機械手上升LD M2.2O M2.6AN I0.1LD M3.3O M4.3OLDAN I2.5

13、= Q0.2Network 9 / 機械手右行LD M2.3AN I0.2O M3.5OLD AN I2.5AN M4.1= Q0.3Network 10 / 機械手左行LD M2.7AN I0.3O M3.6O M4.4AN I2.5= Q0.4END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0TITLE=子程序注釋BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋END_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_1:SBR1TITLE=子程序注釋公用子程序BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注

14、釋：判斷機械手是否在原點LD I0.3A I0.1AN M4.5= M0.5Network 2 / 機械手回原點LD SM0.0O I2.0O I2.1LPSA M0.5S M0.0, 1LPPAN M0.5R M0.0, 1Network 3 / 系統(tǒng)進入手動，回原點工作方式LD I2.0O I2.1R M2.0, 1Network 4 / 系統(tǒng)進入單步，單周期和連續(xù)工作方式LDN I2.4R M0.7, 1END_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_2:SBR2TITLE=子程序注釋：手動子程序BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋機械

15、手夾緊LD I1.0S M3.1, 1Network 2 / 上限位開關常閉LD I1.1R M3.2, 1Network 3 / 機械手上升直至上限位開關打開LD I0.5AN I0.1AN M3.4= M3.3Network 4 / 機械手下降直至下限為開關打開LD I0.4AN I0.0AN M3.3= M3.4Network 5 / 機械手左行直至左限位開關打開LD I0.7AN I0.3A I0.1AN M3.5= M3.6Network 6 / 機械手右行直至右限位開關打開LD I0.6AN I0.2A I0.1AN M3.6= M3.5END_SUBROUTINE_BLOCKSU

16、BROUTINE_BLOCK SBR_3:SBR3TITLE=子程序注釋：自動回原點子程序BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋：工作方式調(diào)到回原點狀態(tài)，按下啟動按鈕，M1.0變?yōu)镺N,機械手上升到上限位LD I2.1A I2.6S M1.0, 1S M4.0, 1S M4.2, 1Network 2 / 機械手上升到上限位開關時上限位開關打開，左行，到左限位開關時LD M1.0A I0.1S M1.1, 1R M1.0, 1R M4.0, 1 S M4.1, 1Network 3 / 左限位開關打開，將步M4.2復位，LD M1.1A I0.3R M1.1, 1R M4.2,

17、 1R M4.1, 1Network 4 / 回到初始位置，上限位開關常閉變常開LD M1.0AN I0.1= M4.3Network 5 / 回到初始位置，左限位開關常閉變常開LD M1.1AN I0.3= M4.4END_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_4:SBR4TITLE=子程序注釋：單步，單周期，連續(xù)工作方式子程序BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋：機械手處于連續(xù)工作狀態(tài)LD I2.6O M0.7A I2.4AN I2.7= M0.7Network 2 / 允許機械手工作狀態(tài)發(fā)生步與步直接轉(zhuǎn)換LD I2.6EUON I2.

18、2= M0.6Network 3 / 機械手下降LD M2.7A I0.3A M0.7LD M0.0A I2.6A M0.5OLDA M0.6O M2.0AN M2.1= M2.0Network 4 / 機械手夾緊LD M2.0A I0.0A M0.6O M2.1AN M2.2= M2.1Network 5 / 延時1.7秒后，機械手夾緊LD M2.1A T37A M0.6O M2.2AN M2.3= M2.2Network 6 / 機械手右行LD M2.2A I0.1A M0.6O M2.2AN M2.3= M2.3Network 7 / 機械手下降LD M2.3A I0.2A M0.6O

19、M2.3AN M2.4= M2.4Network 8 / 機械手松開LD M2.4A I0.0A M0.6O M2.5AN M2.6= M2.5Network 9 / 延時1.7秒后，機械手上升LD M2.5A T38A M0.6O M2.6AN M2.7= M2.6Network 10 / 機械手左行LD M2.6A I0.1A M0.6O M2.7AN M2.0AN M0.0= M2.7Network 11 / 判斷機械手工作狀態(tài)LD M2.7A I0.3AN M0.7A M0.6O M0.0AN M2.0= M0.0END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCK

20、INT_0:INT0TITLE=中斷程序注釋BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注釋END_INTERRUPT_BLOCK 3.7 PLC模擬調(diào)試S7-200sim3.0是西班牙PLC愛好者編寫的一個PLC模擬仿真軟件。該軟件支持所有型號的S7-200系列PLC。使用S7-200sim3.0可以模擬仿真大多數(shù)PLC程序大大簡化了PLC程序調(diào)試步驟，縮短了程序調(diào)試時間。S7-200sim3.0調(diào)試方法如下 ： 1.將在Step 7 Micro/Win中編譯正確的程序在文件菜單中導出為AWL文件； 2.打開仿真軟件S7-200sim3

21、.0，點“配置”-“CPU 型號”，然后選擇CPU 226； 3.點“程序”-“載入程序”；4.選擇Step 7 Micro/Win的版本； 5.將先前導出的AWL文件打開；6.點“PLC”-“運行”，開始調(diào)試程序（一）判斷機械手是否處于原點。當機械手處于原點位置時，即左、上限位開關打開，調(diào)試結(jié)果如下： （二）機械手自動回原點。機械手先進行向上運動，然后向左運行至原點處。1.機械手先向上運動2.機械手行至上限位開關，機械手右移至原點。 （三）手動子程序調(diào)試如下：(此處以向下、夾緊為例) 1.按下啟動按鈕，將旋轉(zhuǎn)按鈕調(diào)至手動開關位置。按下下降開關，機械手下

22、降。2.按下夾緊開關，機械手進行夾緊操作。 （三）以連續(xù)調(diào)試（單周期）調(diào)試為例。（單步、單周期調(diào)試與其基本相同，在此只介紹連續(xù)調(diào)試）1.氣動機械手處于連續(xù)工作狀態(tài)。當按下啟動按鈕后，氣動機械手下降。 2.機械手下降至下限位開關處，機械手開始夾緊，1.7s以后上升。 3.機械手到達上限位，上限位開關打開，機械手右行。 4.機械手到達右限位，右限位打開，機械手開始下行。5.機械手下降至最低位，機械手放松。 6.機械手放松完，1.7s以后上升。7.機械手行至上限位，機械手左行。 8.機械手行至原點，開始下降。 結(jié) 論氣動機械手的升降和左右移動分別由不同的雙線圈電磁閥實現(xiàn)，電磁閥線圈失電時能保持原來的

23、狀態(tài)，需驅(qū)動反向德線圈才能反向運動。線圈通電夾緊，斷電松開；機械手的夾鉗的松開，夾緊通過延時1.7s實現(xiàn)；機械手的限位由四個行程開關來實現(xiàn)。本設計主要應用于機加工生產(chǎn)、貨物調(diào)運等場合。氣動機械手因采用PLC控制，具有體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡單和容易維修等優(yōu)點。使用該機械手代替人工搬運工件，既安全又準確，提高了勞動生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動強度，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益?？删幊炭刂破鱌LC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性，可以在機械手控制系統(tǒng)的設計中起到十分重要的作用。設計總結(jié)課程設計結(jié)束了，我自己感到收獲頗豐。由于機電傳動的課程掌握的不是很好，在課程設計的開始階段，自己基本上沒有思緒，很難下手去做課程設計。有問題不怕，就怕不解決問題。就