機(jī)械手臂課設(shè)說(shuō)明書.

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄1引言1.2 PLC的簡(jiǎn)介2.2.1 PLC的產(chǎn)生2.2.2 PLC的定義和特點(diǎn)2.2.2.1 PLC 的定義2.2.2.2 PLC 的特點(diǎn)2.2.3可編程控制器的主要性能指標(biāo)32.4 PLC系統(tǒng)的組成3.2.4.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 32.4.2 PLC 的軟件3.2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域4.3方案設(shè)計(jì)6.3.1主程序設(shè)計(jì)6.3.2公用程序設(shè)計(jì) 6.3.3自動(dòng)程序設(shè)計(jì)7.3.4 手動(dòng)程序設(shè)計(jì) 7.3.5自動(dòng)回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)8.4心得體會(huì).10參考文獻(xiàn).1.1附錄112附錄216131引言機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一

2、門新興學(xué)科， 并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng) 用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是 在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于 其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊?，機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件， 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。可編程序控制器（PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一 。由于

3、自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易 學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，如 用果實(shí)采摘機(jī)械手來(lái)摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國(guó)自動(dòng)化水平 本身比較低，因此用PLC來(lái)控制的機(jī)械手還比較少。2 PLC的簡(jiǎn)介2.1 PLC的產(chǎn)生1968年美國(guó)通用汽車公司（GM ）招標(biāo)要求：軟連接代替硬接線；維護(hù)方便； 可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；成本低于繼電器控制柜；有數(shù) 據(jù)通訊功能；輸入115V;可在惡劣環(huán)境下工作；擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)變更要少；用戶程序 存儲(chǔ)容

4、量可擴(kuò)展到4K。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外 部裝置直接相聯(lián)，結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展 ，這是PLC的雛形。1969年美國(guó)DEC公司研制出世界上第一臺(tái) PLC（ PDP-14），并在GM公 司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。2.2 PLC的定義和特點(diǎn)2.2.1 PLC的定義美國(guó)電氣協(xié)會(huì)制造商協(xié)會(huì) NEMA和國(guó)際電工委員會(huì)IEC對(duì)可編程控制器分 別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主 的自動(dòng)控制裝置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的 開關(guān)量（或模擬量）進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開關(guān)量 （或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機(jī)

5、械或生產(chǎn)過(guò)程。早期的可編程控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制 器，簡(jiǎn)稱PLC，后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開關(guān)邏輯控制， 所以被稱之為可編程控制器 PC，但這很容易和個(gè)人計(jì)算機(jī) PC相混淆，因此， 一般仍把PLC作為可編程控制器的簡(jiǎn)稱。2.2.2 PLC的特點(diǎn)可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下 特點(diǎn)：（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服 了因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障； 輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全； 面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工 作環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地

6、超過(guò)了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。（2）編程簡(jiǎn)單，易于掌握 PLC采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制 邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡(jiǎn)單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。（3）功能完善，靈活方便 隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善， 不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能，而且還具有模擬量處理、溫度 控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中 控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過(guò)程中，可隨時(shí)修改控制邏輯， 增減系統(tǒng)的功能。（4）體積小、質(zhì)量輕、功耗低由于采用了單片機(jī)等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)經(jīng)湊、功耗低。2.3可編程控制器的主要性能指標(biāo)可編程控

7、制器的性能指標(biāo)有很多，主要有以下幾項(xiàng)指標(biāo)。（1） 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)（I/O）I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端 子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。（2）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ) 容量。（3） 掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需的時(shí)間來(lái)衡量，單位為 ms/ 千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來(lái)計(jì)算，單位us/步。（4）功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些 可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊功能應(yīng)用的需要。如 A/D模塊、D/A模塊、位置 控制模塊等。（5） 指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令的總和，它是衡

8、量可 編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。2.4 PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)上與 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。2.4.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)一套PLC系統(tǒng)在硬件上由以下幾部分組成：（1）中央處理器（CPU）與計(jì)算機(jī)一樣，是PLC的核心部件。（2）存儲(chǔ)器 PLC配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。（3）輸入/輸出（I/O）接口電路。（4）電源。（5）擴(kuò)展單元。（6）外部設(shè)備。2.4.2 PLC的軟件PLC的軟件是指PLC所使用的各種程序的集合。它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件） 和用戶程序（用戶軟件）組成。（1）系統(tǒng)程序 系

9、統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序，輸入譯碼程序及診斷程序等。（2）用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用 PLC的編程語(yǔ)言（如 梯形圖）編制的應(yīng)用程序。2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制 造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類。1、開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控 制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2、模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的

10、量，如溫度、壓力、流量、液位和速度 等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（An alog ）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和 D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于 開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。 如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等 場(chǎng)合。4、過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量

11、等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制 系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也 具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化 工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些 數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用

12、于大型控制系 統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品 工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6通信及聯(lián)網(wǎng)隨著計(jì)算機(jī)控制的 PLC的通信功能， 通信非常方便。PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。 發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC廠商都十分重視 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC都具有通信接口,3方案設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)主程序是整個(gè)程序的開始，系統(tǒng)讀取的時(shí)候一定從主程序開始，至于之后需 執(zhí)行哪個(gè)子程序，都在主程序中體現(xiàn)。SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，鏈接公用程 序，公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的；在手動(dòng)控制方式中，I2.0為ON時(shí)，其常開觸點(diǎn) 閉

13、合，執(zhí)行 手動(dòng)”子程序；在回原點(diǎn)控制方式中，I2.1為ON時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉 合，執(zhí)行 回原點(diǎn)”子程序；在單步、單周期和連續(xù)控制方式中，22、23、24并聯(lián)，其中任何一個(gè)為ON時(shí)，執(zhí)行 自動(dòng)”子程序。主程序下圖：3.2公用程序設(shè)計(jì)公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。左限位開關(guān)10.4、上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松 開的Q0.1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)接通時(shí)，原點(diǎn)條件” M0.5變?yōu)镺N，機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M0.0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。 若M0.5為OF

14、F 狀態(tài)，M0.0被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入步M2.0，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式和回原點(diǎn)方式時(shí)，必須將單步、單周期以及連續(xù)工作方式程序中，除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位(M2.0M2.7)復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)部的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。如果不是回原點(diǎn)方式， I2.1的常閉觸點(diǎn)閉合，代表回原點(diǎn)中的各步M1.0M1.5復(fù)位。在非連續(xù)方式，12.4的常閉觸點(diǎn)閉合，表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。公共程序如下:10.2C11SMQ.1M00MOF1MO

15、OM2.0MDi5W1.0 H)6M071圖2公共程序3.3自動(dòng)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)程序（包括單步、單周期和連續(xù)）采用起保停電路控制。單周期、連續(xù) 和單步工作方式主要用 連續(xù)”標(biāo)志M0.7和 轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6來(lái)區(qū)分，M0.0 表示初始步，M2.0M2.7分別表示下降、夾緊、上升、右行、下降，松開、上升、 左行標(biāo)志。當(dāng)系統(tǒng)處于單步工作狀態(tài)時(shí)，I2.2常閉觸點(diǎn)斷開，只有在每按下一次 啟動(dòng)按鈕I2.6，M0.6才能得電一個(gè)掃描周期，程序執(zhí)行一步，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)單步 執(zhí)行，此時(shí)轉(zhuǎn)換不允許。當(dāng)系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，M0.6始終得電，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后同時(shí)未按停止按鈕I2.7之前，連續(xù)”標(biāo)志M0.7始終得

16、電，系統(tǒng)首 先通過(guò)M0.0、M0.5、26使M2.0得電，進(jìn)而開始程序執(zhí)行，由于 M0.7始終得 電，其常閉觸點(diǎn)斷開，使得程序執(zhí)行完一個(gè)周期后不在進(jìn)入初始步M0.0，而是直接進(jìn)入M2.0，開始了下一個(gè)周期的執(zhí)行，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)處于 單周期工作狀態(tài)時(shí)，M0.7不得電，M0.6得電，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后系統(tǒng)也是首 先通過(guò)M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電，進(jìn)而開始程序執(zhí)行，由于M0.7不得電， 其常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)程序執(zhí)行完一個(gè)周期后，返回初始步M0.0,此時(shí)程序再要執(zhí)行必須重新按下啟動(dòng)按鈕 I2.6，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)單周期執(zhí)行。3.4手動(dòng)程序設(shè)計(jì)在手動(dòng)程序中，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，

17、設(shè)置了上升與下降之間、左行與右 行之間的互鎖，防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為ON ;限位開關(guān)I1.2的常開觸點(diǎn)閉合使得輸出Q0.1置位得電，表示工件已夾緊；當(dāng)左限位開關(guān)或右限位開關(guān)的 常開觸點(diǎn)閉合同時(shí)限位開關(guān)10.7常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，輸出Q0.1復(fù)位失電，表示工 件已松開；10.110.4的常閉觸點(diǎn)，限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍；上限位開關(guān)I0.2的常 開觸點(diǎn)與控制左右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右 移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞；只允許機(jī)械手在最左邊或最右邊時(shí)上升、下降和松開工件。3.5自動(dòng)回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)自動(dòng)回原點(diǎn)程序用起保停電路設(shè)計(jì)。在此工作方式下，21

18、為ON，按下啟動(dòng)按鈕12.6后，機(jī)械手可能處于三種情況下，應(yīng)分別處理。Q0.1為0狀態(tài)，即機(jī)械手處于松開狀態(tài)，應(yīng)直接返回原點(diǎn)應(yīng)進(jìn)入上升步 M1.4 或左行步M1.5 ;若Q0.1為1狀態(tài)同時(shí)機(jī)械手在最右邊此時(shí)說(shuō)明應(yīng)執(zhí)行下降步 M1.2,；若Q0.1為1狀態(tài)同時(shí)機(jī)械手不在最右邊，應(yīng)將工件先送到B點(diǎn)，再返回 原點(diǎn)，進(jìn)入步M1.0。返回原點(diǎn)后，原點(diǎn)條件滿足，公用程序中的原點(diǎn)條件標(biāo)志M0.5為ON，此時(shí)12.1為ON , M0.0在公用程序中置位，為進(jìn)入自動(dòng)工作方式作好準(zhǔn)備。因此 可以認(rèn)為自動(dòng)程序中的初始步 M0.0是步M1.5的后續(xù)步。如下圖：圖3返回原點(diǎn)梯形圖4心得體會(huì)本課設(shè)在老師嚴(yán)格要求下業(yè)已完

19、成，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào) 試，無(wú)不凝聚著他的心血和汗水，在這一周期間，也始終感受著同學(xué)之間的團(tuán)結(jié) 和無(wú)私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此表示深深的感謝。不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn) 真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。是我了解 到課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉 實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技 術(shù)發(fā)展的日新日異，PLC已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握PLC是十分重要的。參考文獻(xiàn)1 廖常初.PLC編程及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2