PLC機(jī)械手課程設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)作的模擬

1、電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)題 目 機(jī)械手動(dòng)作的模擬專 業(yè) 姓 名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 起止日期 年 月 日摘 要 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制

2、、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。本文應(yīng)用三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器fx系列plc，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（plc）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。目 錄第一章 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容31.1設(shè)計(jì)目

3、的31.2.主要內(nèi)容3第二章 氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能32.1. 操作要求32.2 操作功能4第三章 plc及機(jī)械手的選擇和論證53.1 plc53.1.1 plc簡介53.2 機(jī)械手53.2.1 機(jī)械手簡介53.2.2 機(jī)械手的選擇6第四章 硬件電路設(shè)計(jì)及描述64.1 操作方式64.2 輸入與輸出分配表及i/o分配接線6第五章 軟件電路設(shè)計(jì)及描述75.1 機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序75.2 回原位程序8 5.3 手動(dòng)單步操作程序95.4 自動(dòng)操作程序105.5 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖105.6 程序調(diào)試和模擬運(yùn)行11第六章 心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13第一章 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容1.1設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)p

4、lc設(shè)計(jì)能力；2、擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu)；3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力；4、是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。通過本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)自己對(duì)機(jī)械手和plc的認(rèn)識(shí)，以及它們?cè)谏钪袕V泛應(yīng)用。1.2主要內(nèi)容1.正確選用機(jī)械手和plc類 2.繪制i/o分配 3.設(shè)計(jì)梯形圖 4.指令語句 5.模擬調(diào)試第二章 氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能2.1操作要求氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖1所示，氣動(dòng)機(jī)械手的功能是將工件從a處移送到b處?？刂埔鬄椋?、氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；2、上升、下降的電磁閥線圈分別為yv2、yv1；右行、左行的電磁閥線

5、圈為yv3、yv4；3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥yv5來實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開工件；4、機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延時(shí)1.7s實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)sq1、sq2、sq3、sq4來實(shí)現(xiàn)；2.2操作功能機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；3、單步工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；4、單周期工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期；5、連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下啟動(dòng)

6、安鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；6、傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件；7、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作。第三章 plc及機(jī)械手的選擇和論證3.1 plc3.1.1 plc簡介可編程控制器（簡稱plc）：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。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)、編程簡單等特點(diǎn)

7、?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，plc控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。3.2 機(jī)械手3.2.1機(jī)械手簡介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，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手簡述:機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)

8、，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。2傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。3.控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。3.2.2機(jī)械手選擇由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用

9、傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。并且根據(jù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的是氣動(dòng)機(jī)械式。第四章 硬件電路設(shè)計(jì)及描述4.1 操作方式設(shè)備的操作方式一般可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩大類，手動(dòng)操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動(dòng)操作方式用于設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。 手動(dòng)操作方式-手動(dòng)操作：用單個(gè)按鈕接通或斷開各自對(duì)應(yīng)的負(fù)載。 自動(dòng)操作方式-單步運(yùn)行：每按一次啟動(dòng)按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個(gè)工步。 -單周期運(yùn)行：在原點(diǎn)位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運(yùn)行；再按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，直到原位停止。 -連續(xù)運(yùn)行：在原點(diǎn)位置按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運(yùn)行。中途按下停

10、止按鈕，設(shè)備運(yùn)行到原位停止。4.2 輸入和輸出點(diǎn)分配表及i/o分配接線表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左限位sq1x8單周期sb13x16停止sb2x1右限位sq3x9回原點(diǎn)啟動(dòng)sb14x17上升sb3x2上限位sq2x10電磁閥下降yv1y0下降sb4x3下限位sq4x11電磁閥上升yv2y1左移sb5x4手動(dòng)sb9x12電磁閥左行yv3y2右移sb6x5自動(dòng)sb10x13電磁閥右行yv4y3放松sb7x6回原點(diǎn)sb11x14電磁閥夾緊yv5y4夾緊sb8x7單步sb12x15圖2 plc接線圖第五章 軟件電路設(shè)計(jì)及描述5.1機(jī)械

11、手的操作系統(tǒng)程序操作系統(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。5.2 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

12、電器m8043置1。5.3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)。5.4 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)1秒。延時(shí)時(shí)間到，t1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s26

13、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)。5.5 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

14、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。5.6程序調(diào)試和模擬運(yùn)行（1）程序檢驗(yàn)：將編好的應(yīng)用程序輸入編程器，經(jīng)過檢驗(yàn)，改正編程語法和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，再逐條搜索與所設(shè)計(jì)程序?qū)o誤后傳入cpu模塊ram存儲(chǔ)器中。（2）模擬信號(hào)：用模擬開關(guān)模擬輸入信號(hào)，開關(guān)的一端接相對(duì)應(yīng)的輸入端點(diǎn)，另一端作為公共端，接在plc輸入信號(hào)電源的負(fù)端（當(dāng)要求輸入信號(hào)公共端為正電源時(shí)）。輸入程序后，扳動(dòng)開關(guān)，接通或斷開輸入信號(hào)來模擬機(jī)械動(dòng)作，使檢測(cè)元件發(fā)生變化，并通過輸入、輸出端點(diǎn)的指示燈來觀察輸入、輸出端點(diǎn)的狀態(tài)變化。（3）模擬運(yùn)行：按狀態(tài)轉(zhuǎn)換表進(jìn)行模擬運(yùn)行。首先對(duì)照輸入信號(hào)狀態(tài)表，設(shè)置好原始狀

15、態(tài)下所有輸入信號(hào)的狀態(tài)，再使plc運(yùn)行。按工步狀態(tài)再一個(gè)工作循環(huán)里逐步轉(zhuǎn)換，依次發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令信號(hào)，則系統(tǒng)將依次進(jìn)行工步狀態(tài)轉(zhuǎn)換。每發(fā)出一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令信號(hào)，系統(tǒng)將結(jié)束一個(gè)工步狀態(tài)轉(zhuǎn)入下一個(gè)工步狀態(tài)。仔細(xì)觀察輸出端點(diǎn)指示燈，并與執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表對(duì)照，看各輸出端點(diǎn)的狀態(tài)是否在每個(gè)工步狀態(tài)里都與執(zhí)行元件節(jié)拍表里的要求一致，如果一致則說明plc應(yīng)用程序設(shè)計(jì)正確，符合控制要求。這樣逐步檢查，以便都達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。第六章 心得體會(huì)可編程控制器課程設(shè)計(jì)是課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過了1周的課程設(shè)計(jì)使我對(duì)plc設(shè)計(jì)過程有進(jìn)一步了解，對(duì)plc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，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)