基于PLC氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)word格式

1、 高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō) 明 書(shū)題 目 基于plc氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班 級(jí) 10機(jī)電一體化技術(shù) 設(shè)計(jì)人員 蘇杭 設(shè)計(jì)地點(diǎn) b4-303 時(shí) 間 2012-5-14 2012-6-15 指導(dǎo)教師 張勇 目 錄第1章 引言11.1氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求11.2氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式11.3系統(tǒng)流程圖2第2章 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)32.1氣動(dòng)機(jī)械手的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.1.1氣動(dòng)機(jī)械手的硬件系統(tǒng)32.1.2電器元件的選擇32.2氣動(dòng)機(jī)械手的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.2.1 plc的i/o地址分配42.2.2 plc的外部接線圖52.3程序設(shè)計(jì)及梯形圖62.3.1 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明

2、62.3.2 程序梯形圖7總結(jié)16附錄17參考文獻(xiàn)22摘 要 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。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。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特點(diǎn)。氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是在控制系統(tǒng)的指令下，能將工件迅速、靈活、準(zhǔn)確、可靠地抓起并運(yùn)送到指定位置。在工業(yè)生產(chǎn)中， 利用氣動(dòng)機(jī)械手將工件從一條生產(chǎn)線搬運(yùn)到另一條生產(chǎn)線是一種高效的工作方式。因此采用plc可編程控制器作為工件抓取機(jī)械手的控制系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械手的控制要求和所能實(shí)現(xiàn)的操作功能，設(shè)置動(dòng)作流程，分配輸入輸出接點(diǎn)，按所需來(lái)選plc的型號(hào)，接著進(jìn)

3、行梯形圖的編輯，最后進(jìn)行程序的編輯與調(diào)試，從而使機(jī)械手能夠完成符合設(shè)計(jì)要求的動(dòng)作。關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 可編程控制器 plc 控制設(shè)計(jì)第1章 引言1.1氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求 1、氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移動(dòng)分別由不同的雙線圈電磁閥實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來(lái)的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向德線圈才能反向運(yùn)動(dòng)。 2、上升、下降的電磁閥線圈分別為yv1、yv2；右行、左行的電磁閥線圈為yv3、yv4； 3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥yv5來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈通電夾緊，斷電松開(kāi)； 4、機(jī)械手的夾鉗的松開(kāi)，夾緊通過(guò)延時(shí)1.7s實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手的限位由行程開(kāi)關(guān)sq1、sq2、sq3、sq4來(lái)實(shí)現(xiàn)；1.2氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式

4、系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、連續(xù)、單步和回原點(diǎn)五種工作方式（如圖1-1）。 在手動(dòng)工作方式下，用i0.5i1.2對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的升、降、左右行和夾緊松開(kāi)。 在單周期的工作方式下，按下啟動(dòng)按鈕i2.6后，從初始步m0.0開(kāi)始，機(jī)械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個(gè)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(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在該步，再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。 單步單周期 回原位連續(xù)手動(dòng) 夾緊sb7右行sb5 下降sb3啟動(dòng)sb1負(fù)載電源松開(kāi)sb8左行sb6 上升sb4 停止sb2緊

5、急停車sb9圖1-1 氣動(dòng)機(jī)械手的控制面板1.3系統(tǒng)流程圖如圖1-2所示：接通電源是系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)始掃描，掃描手動(dòng)式判斷手動(dòng)按鈕的是執(zhí)行手動(dòng)操作，掃描回原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，是執(zhí)行回原點(diǎn)操作，掃描單步開(kāi)關(guān)，是執(zhí)行單步操作，掃描單周期開(kāi)關(guān)，是檢測(cè)是否在原點(diǎn)，是執(zhí)行單周期操作，掃描連續(xù)操作，是檢測(cè)是否在原點(diǎn)，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(dòng)重新掃描。單周期連續(xù)是否在原點(diǎn)檢測(cè)等待檢測(cè)等待連續(xù)操作是否停止系統(tǒng)啟動(dòng)回原點(diǎn)手動(dòng)單步手動(dòng)操作回原點(diǎn)操作單步操作是否在原點(diǎn)單周期操作是否在原點(diǎn)檢測(cè)等待 yynynyyynnyyynnyyyynny 圖1-2 氣動(dòng)機(jī)械手控制流程圖第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.

6、1氣動(dòng)機(jī)械手的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.1氣動(dòng)機(jī)械手的硬件運(yùn)行方式 機(jī)械手用來(lái)將工件從a點(diǎn)搬運(yùn)到b點(diǎn)（如圖2-1），輸出q0.1為1時(shí)工件被夾緊，為0時(shí)背松開(kāi)。工作方式選擇開(kāi)關(guān)的5個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的6個(gè)按鈕式手動(dòng)按鈕。為了保證在緊急情況下可靠地切斷負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器km。開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使km線圈得電并自鎖，km的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急停車”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。左行sq3sq4 右行下降夾緊上升sq2松開(kāi)sq1 圖2-1 氣動(dòng)機(jī)械手示意圖2.1.2可編程控制器的cpu選擇氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家

7、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?；趐lc 控制的氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)。與同類系統(tǒng)相比，節(jié)省了大量的電氣元件，大大降低了開(kāi)發(fā)成本。適用性更強(qiáng)。因此，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用plc進(jìn)行控制：由控制要求可知，系統(tǒng)共需要輸入端口18個(gè)，輸出端口5個(gè)。西門子s7-200系列plc硬件配置靈活，既可以用一個(gè)單獨(dú)的s7-200 cpu構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字量控制系統(tǒng)，也可通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行數(shù)字量i/o模塊、模擬量i/o模塊或智能接口模塊的擴(kuò)展，構(gòu)成較復(fù)雜的中等規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。西門子s7-200 cup226/ac/dc/rly有輸入端口24個(gè)，輸出端

8、口16個(gè)，符合要求;為使控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，故本次設(shè)計(jì)采用西門子s7-200cup226/ac/dc/rly完成plc硬件結(jié)構(gòu)配置。2.2氣動(dòng)機(jī)械手的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 氣動(dòng)機(jī)械手的i/o地址分配由上硬件系統(tǒng)的選擇可知控制系統(tǒng)由一個(gè)cpu226分配地址如表2-1 表2-1 i/0地址分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱元件符號(hào)地址編碼輸入 信號(hào)下降停止下限位開(kāi)關(guān)sq1i0.1上升停止上限為開(kāi)關(guān)sq2i0.2右行停止右限位開(kāi)關(guān)sq3i0.3左行停止左限位開(kāi)關(guān)sq4i0.4下降下降按鈕sb3i0.5上升上升按鈕sb4i0.6右行右行按鈕sb5i0.7左行左行按鈕sb6i1.0夾緊夾緊按

9、鈕sb7i1.1松開(kāi)松開(kāi)按鈕sb8i1.2手動(dòng)操作手動(dòng)開(kāi)關(guān)i2.0回原點(diǎn)操作回原點(diǎn)開(kāi)關(guān)i2.1單步操作單步開(kāi)關(guān)i2.2單周期操作單周期開(kāi)關(guān)i2.3連續(xù)操作連續(xù)開(kāi)關(guān)i2.4急停急停按鈕sb9i2.5啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕sb1i2.6停止停止按鈕sb2i2.7輸出 信號(hào)夾松夾松電磁閥yv5q0.0下降下降電磁閥yv1q0.1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yv4q0.42.2.2 plc外部接線圖plc外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來(lái)設(shè)定。氣動(dòng)機(jī)械手控制外部接線圖如圖2-2所示。圖2-2 cpu226外部接線圖 2.4 程序設(shè)計(jì)及

10、梯形圖2.4.1程序設(shè)計(jì)說(shuō)明sm0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的。在手動(dòng)工作方式下，i2.0為on，執(zhí)行手動(dòng)子程序。在自動(dòng)回原點(diǎn)方式下，i2.1為on，執(zhí)行回原點(diǎn)子程序，在其他3種工作方式下執(zhí)行自動(dòng)子程序。由于s7-200plc的順控指令不支持直接輸出的雙線圈操作，所以要用中間繼電器邏輯過(guò)度一下，如本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手下降，上行，夾緊、松開(kāi)、左行、右行等都需要用中間繼電器過(guò)渡。公用程序見(jiàn)下圖用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理不同工作方式之間的轉(zhuǎn)換。左限位開(kāi)關(guān)i0.4、上限位開(kāi)關(guān)i0.2的常開(kāi)觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開(kāi)的m4.5的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，原點(diǎn)條件m0.5變?yōu)閛n

11、。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)位置狀態(tài)，在開(kāi)始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或者自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)，初始步對(duì)應(yīng)的m0.0將被置位，進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)m0.5為off狀態(tài)，m0.0將被撫慰，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)將不能在單步，單周期，和連續(xù)工作方式下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將初始步以外的各部隊(duì)贏得存儲(chǔ)器位（m2.0-m2.7）復(fù)位，否則系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后返回自動(dòng)工作方式時(shí)。為了保證安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的連鎖。設(shè)置上升與下降之間,左行與右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為on.有限位開(kāi)關(guān)限制機(jī)

12、械手移動(dòng)的范圍。用限位開(kāi)關(guān)i0.1-i0.4限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍。用上限位開(kāi)關(guān)i0.2的常開(kāi)觸點(diǎn)與控制左，右行的m3.6和左行的m4.4的繼電器串聯(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。單周期、連續(xù)和單步這三種工作方式主要是“連續(xù)”標(biāo)志m0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志m0.6來(lái)區(qū)分的。1）單步與非單步的區(qū)別m0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)接在每一個(gè)控制代表步的存儲(chǔ)器位的啟動(dòng)電路中，他們斷開(kāi)時(shí)禁止步的活動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)處于單步工作方式，i2.2為1狀態(tài)，常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，“轉(zhuǎn)換允許”存儲(chǔ)器位m0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件

13、滿足，如果沒(méi)有按啟動(dòng)按鈕i2.6，則m0.6處于0狀態(tài)，起保停電路的啟動(dòng)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，不會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下啟動(dòng)按鈕i2.6，m0.6在i2.6的上升沿on一個(gè)掃描周期，m0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步。2）單周期與連續(xù)的區(qū)分在連續(xù)工作方式下，i2.4為1狀態(tài)。初始步為活動(dòng)步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕i2.6，m2.0變?yōu)?狀態(tài)，機(jī)械手下降。于4此同時(shí)，控制連續(xù)工作的m0.7的線圈通電并自保持。當(dāng)機(jī)械手在步,m2.7返回最左邊時(shí)，i0.4為1狀態(tài)，因?yàn)檫B續(xù)標(biāo)志位m0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件m0.7-i0.4滿足，系統(tǒng)將返回步m2.0，反復(fù)連續(xù)的工作下去。按下停止按鈕i2.7后，m0

14、.7變?yōu)?狀態(tài)，但是機(jī)械手不會(huì)立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，機(jī)械手返回最左邊，左限位開(kāi)關(guān)i0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足系統(tǒng)才能從m2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式，m0.7一直處于0狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在最后一步,m2.7返回最左邊時(shí)，左限位開(kāi)關(guān)i0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步，按一次啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)只工作一個(gè)周期。2.4.2 程序梯形圖 總 結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，不僅使我對(duì)機(jī)電傳動(dòng)控制這門課進(jìn)行了更加深入的了解。在繪制i/o接線圖和編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的過(guò)程中也讓我對(duì)auto cad和office辦公軟件的使用更加熟練。 通過(guò)此次氣動(dòng)機(jī)械手的plc的設(shè)計(jì)使

15、我對(duì)于電路的控制有了更加具體的了解，對(duì)于現(xiàn)代工廠自動(dòng)化生產(chǎn)有了更深層次的認(rèn)識(shí)。在這次的課程設(shè)計(jì)中,我更加深刻地了解到我的不足之處,以后要加倍努力盡可能牢固地掌握plc的相關(guān)知識(shí)，并將所學(xué)知識(shí)更好的用于自己今后的工作當(dāng)中。附錄（語(yǔ)句表）organization_block 主程序:ob1title=程序注釋：主程序beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋：調(diào)用公用子程序ld sm0.0call sbr1network 2 / 調(diào)用手動(dòng)子程序ld i2.0call sbr2network 3 / 調(diào)用自動(dòng)回原位子程序ld i2.1call sbr3network 4 / 調(diào)用單步，單

16、周期和連續(xù)子程序ld i2.4o i2.3o i2.2call sbr4network 5 / 機(jī)械手下降ld m2.0o m2.4an i0.2ld m2.4o m4.0oldan i2.5= q0.1network 6 / 機(jī)械手松開(kāi)ld m2.1on m3.1= q0.0ton t37, 17network 7 / 機(jī)械手夾緊ld m2.5o m3.2o m4.2on m4.5r q0.0, 1ton t38, 17network 8 / 機(jī)械手上升ld m2.2o m2.6an i0.2ld m3.3on m4.3oldan i2.5= q0.2network 9 / 機(jī)械手右行l(wèi)d

17、m2.3an i0.3o m3.5o m4.1an i2.5= q0.3network 10 / 機(jī)械手左行l(wèi)d m2.7an i0.4o m3.6o m4.4an i2.5= q0.4end_organization_blocksubroutine_block sbr_0:sbr0title=子程序注釋beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_1:sbr1title=子程序注釋公用子程序beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋：判斷機(jī)械手是否在原點(diǎn)ld i0.4a i0.2an m4.

18、5= m0.5network 2 / 機(jī)械手回原點(diǎn)ld sm0.1o i2.0o i2.1lpsa m0.5s m0.0, 1lppan m0.5r m0.0, 1network 3 / 系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)，回原點(diǎn)工作方式ld i2.0r m2.0, 1network 4 / 系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)子程序beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋機(jī)械手夾緊ld i1.1s m3.1, 1network 2 / 上限位開(kāi)關(guān)常

19、閉ld i0.2r m3.2, 1network 3 / 機(jī)械手上升直至上限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)ld i0.6an i0.2an m3.4= m3.3network 4 / 機(jī)械手下降直至下限為開(kāi)關(guān)打開(kāi)ld i0.5an i0.2an m3.3= m3.4network 5 / 機(jī)械手左行直至左限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)ld i1.0an i0.4a i0.2an m3.5= m3.6network 6 / 機(jī)械手右行直至右限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)ld i0.7an i0.3a i0.2an m3.6= m3.5end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_3:sbr3title=子程序注釋：

20、自動(dòng)回原點(diǎn)子程序beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋：工作方式調(diào)到回原點(diǎn)狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，m1.0變?yōu)閛n,機(jī)械手上升到上限位ld i2.1a i2.6s m1.0, 1r m4.0, 1network 2 / 機(jī)械手上升到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)上限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，左行，到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)ld m1.0a i0.2s m1.1, 1r m1.0, 1r m4.1, 1network 3 / 左限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，將步m4.2復(fù)位，ld m1.1a i0.4s m1.1, 1r m4.2, 1network 4 / 回到初始位置，上限位開(kāi)關(guān)常閉變常開(kāi)ld m1.0an i0.2= m4.5netwo

21、rk 5 / 回到初始位置，左限位開(kāi)關(guān)常閉變常開(kāi)ld m1.1an i0.4= m4.4end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_4:sbr4title=子程序注釋：?jiǎn)尾?，單周期，連續(xù)工作方式子程序beginnetwork 1 / 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題/ 網(wǎng)絡(luò)注釋：機(jī)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(jī)械手工作狀態(tài)發(fā)生步與步直接轉(zhuǎn)換ld i2.6on i2.2eu= m0.6network 3 / 機(jī)械手下降ld m2.7a i0.4a m0.7ld m0.0a i2.6a m0.5olda m0.6o i2.0an m2.1= m2.0network 4 / 機(jī)械手松開(kāi)ld m2.0a i0.1a m0.6o m2.1an m2.2= m2.1network 5 / 延時(shí)1.7秒后，機(jī)械手夾緊ld m2.1a t37a m0.6o m2.2an m2.3= m2.2network 6 / 機(jī)械手右行l(wèi)d m2.2a i0.2a m0.6o m2.2an m2.4= m2.3network 7 / 機(jī)械手下降ld m2.3a i0.3a m0.6