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

1、炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文姓 名:學(xué) 號(hào)：系 (院):機(jī) 電 系專 業(yè):機(jī)電一體化題 目:自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年06月自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要隨著工業(yè)自動(dòng)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), 可以更好地節(jié)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(gè)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(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)

2、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(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1-SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。目 錄第1章 前 言 1.1 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) 4 1.2 設(shè)計(jì)的一般步驟 4第2章 機(jī)械手設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介2.1 設(shè)備的控制要求 52.2 裝置簡(jiǎn)介 6第3章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)

3、計(jì) 3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 8 3.2電氣控制的設(shè)計(jì) 8 3.3操作面板及動(dòng)作說明 9第4章 機(jī)械手的PLC控制 4.1控制特點(diǎn) 10 4.2 系統(tǒng)控制示意圖 10 4.3 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖 11 4.4 操作系統(tǒng) 12 4.5 回原位程序 12 4.6手動(dòng)單步操作程序 13 4.7自動(dòng)操作程序 14 4.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖 15 4.9指令語句表 17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(dòng)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, 接線復(fù)雜, 因而控制裝置體積很大,并且故障率高, 可靠性差, 動(dòng)

4、作精確度低。而可編程控制器是以中央處理器為核心, 綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)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(jiǎn)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)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它的使用大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位非常重要！本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容： 要求有兩種工作方式：點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)操作；點(diǎn)動(dòng)操作時(shí)，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(dòng)操作時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械從“原點(diǎn)”開始工作，自動(dòng)完成一個(gè)工作循環(huán)過程，即將工件夾緊后，從A點(diǎn)移

5、動(dòng)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)用可編程控制器，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。因?yàn)槭褂肞LC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(shí)間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡(jiǎn)化。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還具有信號(hào)指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。論文從PLC選型開始介紹，并按照設(shè)計(jì)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(jì)集調(diào)試的方法、自動(dòng)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(jì)的一般步驟（1）先要全面的了解被控對(duì)象的機(jī)構(gòu)、運(yùn)行過程等

6、，并明確動(dòng)作邏輯關(guān)系；根據(jù)系統(tǒng)的功能要求選擇PLC的型號(hào)及各種附加的配置，并有規(guī)則，有目的分配輸入輸出點(diǎn)；（2）根據(jù)控制及流程要求，對(duì)應(yīng)輸入輸出開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序；同時(shí)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(chǎng)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(jì)簡(jiǎn)介每設(shè)計(jì)都要分析被控對(duì)象并提出控制要求：1.詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)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

7、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(hào)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)制停止”。控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、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(shí)，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(dòng)控制順序功能圖見圖2-1，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程主要有八個(gè)動(dòng)作即為：原點(diǎn)下降夾緊上升右移 左移上升放松下降圖2-1 機(jī)械手的自動(dòng)控制順序功能 手動(dòng)操作時(shí)由按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)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(dòng)按鈕X0后，

8、系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并在該步，再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步。如選擇單周期工作方式，按下啟動(dòng)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(gè)周期的工作后，返回并停留在初始步。原點(diǎn)下降夾緊上升右移 左移上升放松下降圖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(shí)，在初始狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕后機(jī)械手從初始步開始一個(gè)周期一個(gè)周期地反復(fù)連續(xù)工作，按下停止按鈕，并不馬上停止工作，完成最后一個(gè)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(dòng)按鈕，使系統(tǒng)自

9、動(dòng)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)械手完成最后一個(gè)周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停車。緊急停車：在發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時(shí)的停車。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止在當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回原點(diǎn)。2.2 裝置簡(jiǎn)介 參照?qǐng)D1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(dòng)按鈕，機(jī)械手開始下降。2）下降到下限位行程開關(guān)動(dòng)作，下降結(jié)束，機(jī)械手開始夾緊。3）機(jī)械手夾緊工件，直到計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到，上升運(yùn)動(dòng)開始。4）上升到上限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，上升運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械

10、手開始右移。5）右移到右限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，右移運(yùn)動(dòng)結(jié)束，等待工件檢測(cè)信號(hào)。6）待無工件信號(hào)到來，機(jī)械手開始下降。7）下降到下限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，下降運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開始放松。8）機(jī)械手放松工件，直到計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到，上升運(yùn)動(dòng)開始。9）上升到上限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，上升運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開始左移。左移到左限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，左限運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手回到原始狀態(tài)，一個(gè)工作循環(huán)完畢。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QGBQ系列，屬自保持式雙電控閥氣缸，工作壓力為0.150.8Mpa，其電磁換向

11、閥有記憶功能，當(dāng)切斷電信號(hào)時(shí)，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(tái)上的工件搬到B工作臺(tái)圖2-4 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖31所示圖31 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個(gè)行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開關(guān)；SQ2為小車原位檢測(cè)開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開關(guān)；SQ7、S

12、Q8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動(dòng)小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動(dòng)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(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)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，工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動(dòng)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(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周

13、期、連續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)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(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖32所示：圖32機(jī)械手操作面板示意圖第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)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)

14、械手控制程序的步驟和方法。4.2 系統(tǒng)控制示意圖機(jī)械臂傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。 圖1 機(jī)械臂傳送示意及操作面板圖4.3 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖表1 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸出啟動(dòng)SB1X0夾緊SB5X10電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X4單步左移SB9X14電磁閥左行YV5Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點(diǎn)指示ELY5手動(dòng)操作SB3X6回原點(diǎn)SB11

15、X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測(cè)SQ5X174.4 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。4.5 回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作

16、回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。4.6手動(dòng)單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。4.7自動(dòng)操作程序自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當(dāng)機(jī)械臂處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動(dòng)Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)

17、1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。4.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動(dòng)單步操作程序。從第67行到第129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣?dòng)操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動(dòng)返回初始態(tài)S1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)S2。4.9指令語句表總 結(jié)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制課程設(shè)計(jì)是機(jī)電課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)通過了畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程有進(jìn)一步了解，對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)。因?yàn)槔碚撝R(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)遇到了不少問題，如：遺忘以前學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把理論運(yùn)用于實(shí)際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。通過此次設(shè)計(jì)過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)