機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制系統(tǒng) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械電子工程 指導(dǎo)教師： 摘 要本課程設(shè)計(jì)以機(jī)械手為設(shè)計(jì)對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)分析了機(jī)械手的工作原理和控制需求，選擇采用西門(mén)子S7-300系列PLC進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，針對(duì)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)的工作要求，對(duì)系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行了描述，完成了機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)加工控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)控制任務(wù)，進(jìn)行了PLC控制電路設(shè)計(jì)，對(duì)PLC的IO地址進(jìn)行了分配，并對(duì)PLC控制程序進(jìn)行了功能劃分，實(shí)現(xiàn)了工作流程模塊化設(shè)計(jì)。然后，根據(jù)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)加工工作原理，設(shè)計(jì)其系統(tǒng)的PL

2、C控制流程圖，并以STEP7為PLC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，完成機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、點(diǎn)動(dòng)控制、停止運(yùn)行等功能的PLC梯形圖的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手搬運(yùn)過(guò)程的自動(dòng)控制。最后，通過(guò)采用STEP7平臺(tái)中的S7-PLCSIM仿真功能，對(duì)自動(dòng)控制、點(diǎn)動(dòng)控制、停止運(yùn)行等工作過(guò)程進(jìn)行PLC梯形圖的仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明完成了主要功能設(shè)計(jì)，達(dá)到了機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)加工的功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，小組共同討論、確定總體方案，本人主要負(fù)責(zé)梯形圖程序部分，進(jìn)行了梯形圖的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，完成本課程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 機(jī)械手 PLC 梯形圖 仿真 目 錄摘 要I目 錄II1、引言12、總體設(shè)計(jì)方案22.1、機(jī)

3、械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)組成2機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)的工作原理22.2、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)示意圖22.3、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)工作過(guò)程22.4、控制方案設(shè)計(jì)33、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制電路設(shè)計(jì)43.1、主電路圖43.2、PLC外部接線圖54、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC梯形圖軟件設(shè)計(jì)54.1、PLC系統(tǒng)工作流程圖54.2、OB1程序64.3、FC1功能程序：94.4、FC2程序105、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制系統(tǒng)仿真測(cè)試136、設(shè)計(jì)小結(jié)146.1、設(shè)計(jì)總結(jié)146.2、系統(tǒng)調(diào)試中的問(wèn)題及解決的措施14參考文獻(xiàn)141、引言隨著機(jī)械化工業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械手的應(yīng)用已經(jīng)成為一種工業(yè)化趨勢(shì)，同時(shí)，社會(huì)生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活

4、節(jié)奏不斷加快,人們對(duì)生產(chǎn)效率也不斷提出新要求。由于微電子技術(shù)和計(jì)算軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代控制理論的不斷完善,使機(jī)械手技術(shù)快速發(fā)展,其中氣動(dòng)機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來(lái)源簡(jiǎn)便以及不污染環(huán)境、組件價(jià)格低廉、維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn),已滲透到工業(yè)領(lǐng)域的各部門(mén),在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。 我國(guó)科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是:“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器,所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力,是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器?！睓C(jī)器人技術(shù)是建立在機(jī)械,微電子、控制、人工智能技術(shù)等基礎(chǔ)上的一門(mén)機(jī)電一體化的高新技術(shù)。機(jī)器人誕生于二十世紀(jì)50年代,目前已經(jīng)發(fā)展

5、到第三代智能機(jī)器人?？v觀機(jī)器人發(fā)展的歷史和高新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),機(jī)器人已經(jīng)成為現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中不可缺少的必備工具。因此各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視機(jī)器人技術(shù),一個(gè)世界范圍的機(jī)器人研制熱潮正方興未艾。 機(jī)械手是機(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。它能模仿人的手和臂的某些動(dòng)作功能,用以按照固定程序抓取、搬運(yùn)物件或者操作工具的自動(dòng)操作裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中,機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中,機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的技術(shù),它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展,使得機(jī)械手能夠更好地實(shí)現(xiàn)以機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣子靈活,但它能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng),不

6、知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓取重物的力量比人手力大的特點(diǎn),因此,機(jī)械手也受到了許多部門(mén)的重視,并越來(lái)越廣泛地得到應(yīng)用。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和許多計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域,是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。在本課程設(shè)計(jì)中，機(jī)械手要完成自動(dòng)搬運(yùn)加工的過(guò)程，通過(guò)PLC的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使機(jī)械手能夠自動(dòng)完成一系列動(dòng)作，能夠在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中，使零件搬運(yùn)、貨物運(yùn)輸更便捷、快速。在“機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制系統(tǒng)”課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)小組共同討論、確定總體方案，本人主要負(fù)責(zé)梯形圖程序部分，進(jìn)行了梯形圖的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試。2、總體設(shè)計(jì)方案2.1、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)組成機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系

7、統(tǒng)的工作原理機(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(lái)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(lái)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?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。2.2、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)示意

8、圖圖1.1機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)加工示意圖 2.3、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)工作過(guò)程(1)啟動(dòng)控制：按下啟動(dòng)按鈕后,系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。機(jī)械手先啟動(dòng)、上升到位(SQ4檢測(cè)),并停止,等待工件到位。(2)自動(dòng)搬運(yùn)加工過(guò)程控制：?jiǎn)?dòng)傳送帶A運(yùn)行和傳送帶B傳送帶A拖動(dòng)產(chǎn)品移至指定位置,由SQ0檢測(cè)到位并計(jì)數(shù)，停止傳送帶A。機(jī)械手左轉(zhuǎn)到位(SQ1檢測(cè))、下降到位（SQ5檢測(cè)),夾取工件(由開(kāi)關(guān)JQ執(zhí)行)上升并右轉(zhuǎn)到工作臺(tái)處(右轉(zhuǎn)到位SQ2檢測(cè)),下降、松開(kāi)JQ開(kāi)關(guān)放下工件,上升等待20秒再下降到位、夾取工件上升并右轉(zhuǎn)到傳送帶B(右轉(zhuǎn)到位SQ3檢測(cè))下降松開(kāi)JQ并放下工件,傳送帶B移走工件,機(jī)械手上升、左轉(zhuǎn)返回至傳送帶A處

9、,繼續(xù)搬運(yùn)加工,如此循環(huán)進(jìn)行。傳送帶A、B運(yùn)行期間運(yùn)行指示綠燈PG0、PG1閃動(dòng),停止運(yùn)行燈滅。(3)點(diǎn)動(dòng)控制：設(shè)置機(jī)械手上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制按鈕。(4)停止控制：按下停止按鈕,傳送帶A和傳送帶B同時(shí)停止,機(jī)械手上升到位并返回傳送帶A處停止。2.4、控制方案設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)械手自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)搬運(yùn)的設(shè)計(jì)任務(wù)，本次設(shè)計(jì)我們采用的CPU是CPU313C ,加了一個(gè)DI16/DO16x24V/0.5A模塊，將任務(wù)劃分為自動(dòng)控制、點(diǎn)動(dòng)控制、停止運(yùn)行三個(gè)部分，用了兩個(gè)功能FC1、FC2，設(shè)計(jì)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)、加工的功能，經(jīng)過(guò)仿真軟件的調(diào)試，完成機(jī)械手能夠點(diǎn)動(dòng)控制和自動(dòng)搬運(yùn)加工控制的功能。具體的參數(shù)與地址分配表

10、如下：表2.1機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)地址分配表編程元件符號(hào)地址注釋數(shù)字量輸入1624VDC StartI0.0啟動(dòng)按鈕stopI0.1停止按鈕InchingI0.2點(diǎn)動(dòng)按鈕SQ0I0.3檢測(cè)產(chǎn)品到位并計(jì)數(shù)SQ1I0.4檢測(cè)左轉(zhuǎn)到位（到達(dá)A）SQ2I0.5檢測(cè)右轉(zhuǎn)到位（到達(dá)工作臺(tái)）SQ3I0.6檢測(cè)右轉(zhuǎn)到位（到達(dá)B）SQ4I0.7檢測(cè)上升到位SQ5I1.0檢測(cè)下降到位SB1I1.2上升SB2I1.3下降SB3I1.4左轉(zhuǎn)SB4I1.5右轉(zhuǎn)Start-CI1.6啟動(dòng)傳送帶ABFRI1.7熱繼電器（過(guò)載保護(hù)）數(shù)字量輸出1624VDC數(shù)字量輸出1624VDCPG0Q0.0傳送帶A指示燈PG1Q0.1傳送帶

11、B指示燈PG2Q0.2報(bào)警指示燈JQQ0.3開(kāi)關(guān)JQ執(zhí)行M11Q1.0機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)（右）M12Q1.1機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)（左）M21Q1.2上下運(yùn)行電機(jī)（上）M22Q1.3上下運(yùn)行電機(jī)（下）MAQ1.4傳送帶A電機(jī)MBQ1.5傳送帶B電機(jī)FC1FC1手動(dòng)控制FC2FC2自動(dòng)控制3、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制電路設(shè)計(jì)為了滿足機(jī)械手正常運(yùn)轉(zhuǎn)的功能要求，我們?cè)O(shè)計(jì)下面的主電路圖和外部接線圖。3.1、主電路圖圖3.1主電路3.2、PLC外部接線圖圖3.2 PLC外部接線圖 4、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC梯形圖軟件設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)加工的工作過(guò)程，以下為我們?cè)O(shè)計(jì)的PLC系統(tǒng)工作流程圖和PLC程序。4.1、P

12、LC系統(tǒng)工作流程圖圖4.1流程圖4.2、OB1程序初始啟動(dòng)控制程序；啟動(dòng)按鈕和停止按鈕程序，用兩個(gè)FC功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和點(diǎn)動(dòng)控制的切換；系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。機(jī)械手先啟動(dòng)，上升到位并停止，等待工件到位；機(jī)械手向上運(yùn)行電機(jī)啟動(dòng)；機(jī)械手向左運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到上升位時(shí)才能執(zhí)行；機(jī)械手向下運(yùn)行電機(jī)啟動(dòng)；機(jī)械手向右運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到上升位時(shí)才能執(zhí)行；傳送帶A、B指示燈啟動(dòng)；報(bào)警觸發(fā)程序，當(dāng)上下兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)同時(shí)檢測(cè)到時(shí)，開(kāi)始報(bào)警；當(dāng)傳送帶A長(zhǎng)時(shí)間一直工作觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；報(bào)警電路啟動(dòng)程序；夾取工件程序，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)JQ執(zhí)行；4.3、FC1功能程序：點(diǎn)動(dòng)控制FC1功能內(nèi)的程序，控制四個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手上升、下降、左轉(zhuǎn)、右

13、轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)控制，常閉觸點(diǎn)為互鎖；4.4、FC2程序自動(dòng)控制FC2功能內(nèi)的程序，實(shí)現(xiàn)循環(huán)搬運(yùn)工作；啟動(dòng)傳送帶A、B和指示燈A、B；指示燈的閃爍用時(shí)鐘存儲(chǔ)器位M1.5來(lái)實(shí)現(xiàn)，MB用來(lái)自鎖，當(dāng)SQ0檢測(cè)到位時(shí)，停止傳送帶A以及指示燈A；當(dāng)A拖動(dòng)工件移至指定位置時(shí),由SQ0檢測(cè)到位并計(jì)數(shù)，停止傳送帶A，機(jī)械手開(kāi)始左轉(zhuǎn)，當(dāng)SQ1檢測(cè)到位，機(jī)械手停止左轉(zhuǎn)并開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)SQ5檢測(cè)到位，向下停止運(yùn)行；機(jī)械手下降到位后，自動(dòng)夾取工件，開(kāi)始上升，當(dāng)SQ4檢測(cè)到位時(shí)停止向上運(yùn)行；機(jī)械手夾著工件向右轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到工作臺(tái)(右轉(zhuǎn)到位SQ2檢測(cè))，并下降到位，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)JQ，將工件放在工作臺(tái)；將工件放在工作臺(tái)上，上升等待20秒再下

14、降到位； 下降到位，機(jī)械手自動(dòng)夾取工件；夾取工件上升到位，開(kāi)始右轉(zhuǎn)到傳送帶B(右轉(zhuǎn)到位SQ3檢測(cè))，M0.3啟自鎖作用；右轉(zhuǎn)到傳送帶B，機(jī)械手開(kāi)始下降，下降到位后自動(dòng)斷開(kāi)JQ放下工件,傳送帶B移走工件,機(jī)械手上升到位，當(dāng)傳送帶A處又檢測(cè)到工件，機(jī)械手將繼續(xù)搬運(yùn)加工,如此循環(huán)進(jìn)行。5、機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線PLC控制系統(tǒng)仿真測(cè)試打開(kāi)S7-PLCSIM時(shí)，會(huì)彈出如圖5.1所示的界面。單擊“STOP”、“RUN”或“RUN-P”，可以令PLC處于相應(yīng)的運(yùn)行模式。下載程序之前，應(yīng)先打開(kāi)PLCSIM仿真器，選中所要仿真的塊對(duì)象，單擊下載按鈕，可將數(shù)據(jù)下載到仿真PLC中。單擊“RUN”，選中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量模擬框，

15、以模擬開(kāi)關(guān)量，另外也可以通過(guò)仿真器看到仿真結(jié)果。1）啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，傳送帶開(kāi)關(guān)按下，傳送帶A、B工作。圖5.1 S7-PLCSIM仿真界面2）當(dāng)有傳送帶A有產(chǎn)品時(shí)，傳送帶A停止，機(jī)械手向左運(yùn)動(dòng)。圖5.2 S7-PLCSIM仿真界面6、設(shè)計(jì)小結(jié)6.1、設(shè)計(jì)總結(jié)針對(duì)機(jī)械手自動(dòng)搬運(yùn)線任務(wù)，采用西門(mén)子300PLC，設(shè)計(jì)出了梯形圖程序，經(jīng)過(guò)仿真調(diào)試，完成了機(jī)械手自動(dòng)控制、點(diǎn)動(dòng)控制等功能。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們才明白理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，不僅鞏固了我們的理論知識(shí)，還讓我們學(xué)會(huì)把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，在理論和實(shí)踐的結(jié)合下，完成機(jī)械手的手動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了我們的實(shí)際動(dòng)手能力，獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

16、后兩者并不矛盾，在合作的同時(shí)，要學(xué)會(huì)有自己的觀點(diǎn)，或許這樣會(huì)使得任務(wù)更精確，簡(jiǎn)單，更適合大眾的需求。要完成一個(gè)工作，你必須同時(shí)具各理論和實(shí)踐能力，并且要學(xué)會(huì)查找資料，要學(xué)會(huì)如何在海量的資料中尋找到你所需要的東西。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人負(fù)責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，提出意見(jiàn)，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們還得到了老師的幫助與意見(jiàn)，添加了電氣互鎖與自鎖，使我們的設(shè)計(jì)更接近實(shí)際，經(jīng)過(guò)多次的修改，成功的完成了本次設(shè)計(jì)。6.2、系統(tǒng)調(diào)試中的問(wèn)題及解決的措施在程序仿真過(guò)程中出現(xiàn)了自鎖互鎖不起作用的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)調(diào)試檢查發(fā)現(xiàn)，PLC的工作過(guò)程分時(shí)掃描