plc課程設(shè)計(jì)機(jī)械手控制裝置

1、<p>　　西門子PLC課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　201

2、2年06月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　機(jī)械手控制裝置3</b></p><p>　　1.1 PLC簡(jiǎn)介3</p><p>　　1.2機(jī)械

3、手簡(jiǎn)介3</p><p><b>　　2.1課題內(nèi)容4</b></p><p>　　3.1工藝過程與控制要求5</p><p>　　3.2操作面板布置7</p><p>　　3.3輸入/輸出端子地址分配8</p><p><b>　　3.4程序結(jié)構(gòu)9</b><

4、;/p><p>　　3.4.1整體程序結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.4.2單操作工作的程序10</p><p>　　3.4.3自動(dòng)操作程序11</p><p>　　4.1 PLC外圍端子接線圖15</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)16</b></p><p>&

5、lt;b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　附錄:18</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控

6、機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。自上世紀(jì)六十年代，PLC設(shè)計(jì)的機(jī)械手被實(shí)現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對(duì)它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，它可以在減輕繁重的體力勞動(dòng)、改善勞動(dòng)條件

7、和安全生產(chǎn)；提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力等方面起到及其重要的作用。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手 PLC 現(xiàn)代工業(yè)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In modern industry, the production process of mechan

8、ization, automation has become a prominent theme. Continuity of the chemical production process of autom\ation has been basically resolved. Dedicated high-volume production automated machine tools is an effective way; co

9、ntrolled machine tools. However, in addition to cutting its own, there are a lot of loading and unloading, transportation, assembly, and other operations to be further mechanized. According to the data, PLC robot was des

10、igned to</p><p>　　Keyword: robot PLC modern industrial</p><p><b>　　機(jī)械手控制裝置</b></p><p><b>　　1.1 PLC簡(jiǎn)介</b></p><p>　　可編程序控制器，英文稱Programmable C

11、ontroller，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)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)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的

12、產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于

13、生產(chǎn)實(shí)踐。</p><p><b>　　1.2機(jī)械手簡(jiǎn)介</b></p><p>　　機(jī)械手：mechanical hand，也被稱為自動(dòng)手，auto hand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，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造冶金部門。</p&g

14、t;<p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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

15、設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)越多、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。</p><p>　　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點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p>　　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

16、刀具等，一般沒有獨(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。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。</p><p>　　機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。</p><p><b>　　2.1課題內(nèi)容</b></p>

17、<p>　　用PLC對(duì)機(jī)械手（實(shí)物模型）操作進(jìn)行控制，設(shè)機(jī)械手起始點(diǎn)位乙地，工作時(shí)可將工件從甲地取起，將工件翻轉(zhuǎn)后放至丙地，周而復(fù)始完成每個(gè)工件的翻轉(zhuǎn)，機(jī)械手的動(dòng)作步驟如下：</p><p>　　乙地——甲地——抓取工件——丙地——放置工件——返回乙地</p><p><b>　　輸入輸出點(diǎn)的分配：</b></p><p>　　10

18、001——左轉(zhuǎn)限位E100001——左轉(zhuǎn)M1</p><p>　　10002——右轉(zhuǎn)限位E200002——右轉(zhuǎn)M1</p><p>　　10003——抓手開放度限位E3 00003——抓取M2</p><p>　　10004——抓手開放度限位E4 00004——抓取M2</p><p>　　3.1工藝過程與控制要求</p>&l

19、t;p>　　機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。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。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等

20、特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，工業(yè)上機(jī)械手的應(yīng)用業(yè)越來越廣泛，對(duì)機(jī)械手的控制要求和精度也越來越高。</p><p>　　下面設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械手移動(dòng)工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡(jiǎn)易機(jī)械手的工藝過程。該機(jī)械手石一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作。如圖是機(jī)械手的控制示意圖，其過程并不復(fù)雜，一共有6個(gè)動(dòng)作，分為3組，即上升/下降，左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)和放松/夾緊。

21、</p><p>　　圖1 機(jī)械手控制示意圖</p><p>　　機(jī)械手的全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈的兩位電磁閥控制。例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升，當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止上升。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松/

22、夾緊動(dòng)作由一個(gè)單線圈的兩位電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。 當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保安全，必須在右工作臺(tái)上無工件時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降，用光電開關(guān)進(jìn)行有無工件的檢測(cè)。</p><p><b>　　圖a</b></p><p><b>　　圖b

23、</b></p><p>　　圖2機(jī)械手的動(dòng)作過程圖</p><p>　　從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位后碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右

24、移停止。若此時(shí)右工作臺(tái)上無工件，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手停止上升；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)后，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過9步動(dòng)作完成了一個(gè)周期的工作。機(jī)械手的每次循環(huán)動(dòng)作均由原位開始。</p&

25、gt;<p>　　機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為步進(jìn)，單周期和連續(xù)操作。</p><p>　　手動(dòng)操作：利用按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。當(dāng)選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松；</p><p>　　步進(jìn)操作：每按一次啟

26、動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。</p><p>　　單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。</p><p>　　連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。</p><p><b>　　

27、3.2操作面板布置</b></p><p>　　操作面板布置如圖3所示</p><p>　　圖3 PLC操作面板示意圖</p><p>　　3.3輸入/輸出端子地址分配</p><p>　　該機(jī)械手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，圖4是S7-200CPU224輸入/輸出端子地址分配圖。該機(jī)械手

28、控制系統(tǒng)共使用了14個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　圖4 機(jī)械手的輸入/輸出接線圖</p><p><b>　　3.4程序結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.4.1整體程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　機(jī)械手的整體程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 機(jī)械手控制系統(tǒng)整體程序圖

29、</p><p>　　若選擇單操作工作方式，I0.7斷開，接著執(zhí)行單操作程序。單操作程序可以獨(dú)立于自動(dòng)操作程序，可另行設(shè)計(jì)。在單周期工作方式下，可執(zhí)行自動(dòng)操作程序。在步進(jìn)工作方式下，執(zhí)行步進(jìn)操作程序，按一下按鈕執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作，并按規(guī)定順序進(jìn)行。在需要自動(dòng)操作方式時(shí)，中間繼電器M1.0接通。步進(jìn)工作方式，單操作工作方式和自動(dòng)操作方式，都用同樣的輸出繼電器。</p><p>　　3.4.2單操作

30、工作的程序</p><p>　　如圖6是實(shí)現(xiàn)單操作工作的梯形圖程序。</p><p>　　圖6 機(jī)械手單操作梯形圖</p><p>　　為避免發(fā)生誤動(dòng)作，插入了一些連鎖電路。例如，將加載開關(guān)扳到“左右”檔時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右行；按下停止按鈕，機(jī)械手向左行。這兩個(gè)動(dòng)作只有當(dāng)機(jī)械手處在上限時(shí)才能執(zhí)行。</p><p>　　將加載開關(guān)扳到“夾

31、/松”檔，按下啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；按下停止按鈕，松開。</p><p>　　將加載開關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動(dòng)按鈕，下降；按停止按鈕，上升。</p><p>　　3.4.3自動(dòng)操作程序</p><p>　　如圖7是機(jī)械手自動(dòng)操作功能圖。</p><p>　　圖7 自動(dòng)操作順序功能圖（SFC）</p><p>　　

32、PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時(shí)，初始脈沖SM0.1對(duì)狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，將狀態(tài)繼電器S0.0置1，這是第一步。按下啟動(dòng)按鈕后，置位狀態(tài)繼電器S0.1，同時(shí)將原工作狀態(tài)繼電器S0.0清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復(fù)位，原點(diǎn)指示燈熄滅，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S0.2置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.1清零，輸出繼電器S0.0復(fù)位，Q0.2置1，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；定

33、時(shí)器T37開始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.7s后，接通T37動(dòng)合觸點(diǎn)將狀態(tài)繼電器S0.3置1，同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.2清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)上升到上限位時(shí)，I0.2接通，將狀態(tài)繼電器S0.4置1，同時(shí)將繼電器S0.3清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動(dòng)作。當(dāng)右行至右限位時(shí)，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械手右行停止，若此時(shí)I0.5接通，則將狀態(tài)繼電器S0.5置1，

34、同時(shí)將狀態(tài)繼電器S0.4清零，而Q0.0再次得電，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，將狀態(tài)繼電器S</p><p>　　在運(yùn)行中，如按停止按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作執(zhí)行完當(dāng)前一個(gè)周期后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。在運(yùn)行中，PLC掉電，機(jī)械手動(dòng)作停止。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，再按啟動(dòng)按鈕，便可重新開始自動(dòng)操作。</p><p>　　步進(jìn)動(dòng)作是指按下啟動(dòng)按鈕動(dòng)作1次。步

35、進(jìn)動(dòng)作功能圖與圖7相似，只是每步動(dòng)作都需按1次啟動(dòng)按鈕。步進(jìn)操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器與其他操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器相同。</p><p>　　機(jī)械手自動(dòng)操作梯形圖如下:</p><p>　　圖8 機(jī)械手自動(dòng)操作梯形圖</p><p>　　4.1 PLC外圍端子接線圖</p><p>　　圖9 PLC端子外圍接線圖</p>

36、<p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在肖老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。從在做設(shè)計(jì)以來，我不僅在專業(yè)上有了很大的進(jìn)步，而且恩師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、務(wù)實(shí)工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心，也使我受益非淺。在此，我要向肖清老師表示深深的敬意和衷心的感謝!</p><p>　　在這三個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，第一個(gè)星期時(shí)收集課程設(shè)計(jì)的相關(guān)資料。起

37、初拿到這個(gè)題目時(shí)。根本就不知如何下手，所有的資料都是從網(wǎng)上和書本上搜集的。在完成論文時(shí)，遇到了不少的問題。最后在同學(xué)的幫助下，這些問題都得到了解決。</p><p>　　此外，作者在學(xué)習(xí)期間，還得到許多老師、同學(xué)、朋友的幫助，在此表示衷心的感謝!</p><p>　　三周里有許多讓我感動(dòng)的事和讓我感激的人。但由于時(shí)間的倉促和主客觀條件的限制我們只是做出演示，當(dāng)然這與真正的實(shí)物相比，在工藝上

38、還有很大差距，盡管有些不太完美的地方，但我們已經(jīng)很努力了。</p><p>　　最后祝愿老師們工作順利，身體健康！祝愿同學(xué)們學(xué)業(yè)有成，一切順利！ </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】肖清．王忠鋒．西門子PLC課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書．2009</p><p>　　【2】張萬忠．劉明芹．電器與P

39、LC控制技術(shù)．北京．化工化學(xué)出版社．2008</p><p>　　【3】袁任光．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)．廣州．華南理工大學(xué)出版社．1997</p><p>　　【4】張進(jìn)秋．可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例．北京．機(jī)械工業(yè)出版社．2004</p><p>　　【3】百度文庫．http://wenku.baidu.com/</p><p><