自動搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

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炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)論文

姓名:系(院):專業(yè):

學(xué)號：機(jī)電系機(jī)電一體化

題目:自動搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

指導(dǎo)者：

評閱者：

2023

年06月

炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院

自動搬運(yùn)機(jī)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(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)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(yùn),可以更好地儉約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機(jī)分別通過兩線圈控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動運(yùn)動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1SQ9)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(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的確切定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、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。

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目錄

第1章前言

1.1設(shè)計優(yōu)點(diǎn)41.2設(shè)計的一般步驟4

第2章機(jī)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(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)83.2電氣控制的設(shè)計83.3操作面板及動作說明9

第4章機(jī)械手的PLC控制

4.1控制特點(diǎn)104.2系統(tǒng)控制示意圖10

4.3輸入和輸出點(diǎn)分派表及原理接線圖114.4操作系統(tǒng)124.5回原位程序124.6手動單步操作程序134.7自動操作程序144.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖154.9指令語句表17

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第1章前言

機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中常用的機(jī)械設(shè)備,是現(xiàn)代企業(yè)和建筑工地不可缺少的運(yùn)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(jī)械觸點(diǎn)多,接線繁雜,因而控制裝置體積很大,并且故障率高,可靠性差,動作確切度低。而可編程控制器是以中央處理器為核心,綜合了計算機(jī)和自動控制等先進(jìn)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(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。PLC具有通用性強(qiáng)、使用便利、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。它的使用大大降低了工人的勞動強(qiáng)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十分重要！

本設(shè)計主要研究內(nèi)容：要求有兩種工作方式：點(diǎn)動和自動操作；點(diǎn)動操作時，用按鈕單獨(dú)操作機(jī)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(jī)械從“原點(diǎn)〞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(diǎn)移動到B點(diǎn)放下工件，然后返回“原點(diǎn)〞等待下一次操作。

1.1設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)

用可編程控制器，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。由于使用PLC控制機(jī)床電氣系統(tǒng)后，可去掉了機(jī)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，而且還能給確鑿判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的便利。

論文從PLC選型開始介紹，并依照設(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(jī)構(gòu)、運(yùn)行過程等，并明確動作規(guī)律關(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，有目的分派輸入輸出點(diǎn)；

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（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(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試及修改；在模擬成功后，接入現(xiàn)場實(shí)際控制系統(tǒng)中進(jìn)行再次調(diào)試，直至完全通過為止。

第2章機(jī)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(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象機(jī)、電、液之間的協(xié)同，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(diǎn)數(shù)。

2.1設(shè)備的控制要求

設(shè)備應(yīng)具有“正常運(yùn)轉(zhuǎn)〞和“強(qiáng)制中止〞?？刂葡到y(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步和連續(xù)4種工作方式，機(jī)械手在最上面和左邊且放松時，成為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)或初始狀態(tài)。機(jī)械手自動控制順序功能圖見圖2-1，機(jī)械手的運(yùn)動過程主要有八個動作即為：

圖2-1機(jī)械手的自動控制順序功能

手動操作時由按鈕操作對機(jī)械手的每一種運(yùn)動單獨(dú)進(jìn)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，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動中止工作并在該步，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(jī)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。

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原點(diǎn)→下降→夾緊→上升→右移↑↓左移←上升←放松←下降

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圖2-2機(jī)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(jī)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，按下中止按鈕，并不馬上中止工作，完成最終一個周期的工作后，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(diǎn)狀態(tài)。如不滿足這一條件，可選擇原點(diǎn)工作方式，然后按回原點(diǎn)啟動按鈕，使系統(tǒng)自動返回原點(diǎn)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(jī)械手完成最終一個周期的工作后，返回原點(diǎn)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(jī)械手中止在當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動回原點(diǎn)。

2.2裝置簡介

參照圖1機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖，機(jī)械手在連續(xù)工作方式下，機(jī)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(jī)械手在左、上限位置），按啟動按鈕，機(jī)械手開始下降。

2）下降到下限位行程開關(guān)動作，下降終止，機(jī)械手開始夾緊。3）機(jī)械手夾緊工件，直到計時器計時時間到，上升運(yùn)動開始。4）上升到上限行程開關(guān)受壓動作，上升運(yùn)動終止，機(jī)械手開始右移。

5）右移到右限行程開關(guān)受壓動作，右移運(yùn)動終止，等待工件檢測信號。

6）待無工件信號到來，機(jī)械手開始下降。

7）下降到下限行程開關(guān)受壓動作，下降運(yùn)動終止，機(jī)械手開始放松。

8）機(jī)械手放松工件，直到計時器計時時間到，上升運(yùn)動開始。

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原點(diǎn)→下降→夾緊→上升→右移↓左移←上升←放松←下降炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院

9）上升到上限行程開關(guān)受壓動作，上升運(yùn)動終止，機(jī)械手開始左移。左移到左限行程開關(guān)受壓動作，左限運(yùn)動終止，機(jī)械手回到原始狀態(tài)，一個工作循環(huán)完畢。

下限位（1）下降原點(diǎn)（4）右行上限位（3）上升A點(diǎn)左限位（8）左行上限位（5）下降下限位B點(diǎn)右限位（7）上升（2）夾緊（6）放松圖2-3機(jī)械手工作循環(huán)過程圖

機(jī)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(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，夾緊和放松由二位四通的電磁閥控制的。氣缸采用QGB—Q系列，屬自保持式雙電控閥氣缸，工作壓力為0.15~0.8Mpa，其電磁換向閥有記憶功能，當(dāng)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(jī)械手示意圖，機(jī)械手的任務(wù)是將A工作臺上的工件搬到B工作臺

左行右行上行下行夾緊放松工件工件檢測A點(diǎn)圖2-4機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

B點(diǎn)7

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第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)設(shè)計包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)

設(shè)計其結(jié)構(gòu)如圖3—1所示

SQ4SQ3SQ2BYA2YA3SQ6SQ7SQ8SQ9ASQ1YA1

圖3—1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖

圖中設(shè)置9個行程開關(guān)SQ1—SQ9用于檢測工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實(shí)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(jī)械手下降上升是否到位檢測開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運(yùn)動中止開關(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(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)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，在通電狀況下，機(jī)械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的狀況發(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(jìn)、回原位操作，自動控制包括單步、單周期、連

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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(jìn)、慢進(jìn)、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(jìn)行的同時均設(shè)有動作指示燈。另外設(shè)有啟動中止按鈕。其操作面板如圖3—2所示：

單步啟動回原位單周期手動連續(xù)中止原位指示上升下降放松復(fù)位快進(jìn)慢進(jìn)快退慢退

圖3—2機(jī)械手操作面板示意圖

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第4章機(jī)械手的PLC控制

4.1控制特點(diǎn)

機(jī)械臂電氣控制系統(tǒng)，除