PLC機械手臂設(shè)計

1、期由2孽沈電氣控制技術(shù)課程設(shè)計說明書機械手臂搬運加工流程控制學(xué)生姓名：專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師職稱完成時間：湖南工學(xué)院電氣控制技術(shù)課程設(shè)計課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師學(xué)生姓名易俊課題名稱機械手臂搬運加工流程控制、目標(biāo):設(shè)計一個基于PLC的機械手臂搬運控制系統(tǒng)。、任務(wù):根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行機械手臂搬運加工流程運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計,提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1 .設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等

2、；2 .系統(tǒng)有啟動、停止功能；3 .運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；4 .程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；5 .進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)機械手臂搬運加工流程的控制要求。三、要求：1 .如圖所示，有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加工完成的數(shù)量。2 .假設(shè)使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動作，然后開始上升碰到上限開關(guān)

3、后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。3 .當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工彳放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。主要參考資料1可編程控制器教程M.王兆義機，械工業(yè)出版社.2電氣控制與可編程控制器技術(shù)M.史國生.化學(xué)工業(yè)出版社3可編程控制器原理與應(yīng)用M.趙燕,，周新建.北京大學(xué)出版社4 GT培訓(xùn)教程M.百度文庫.5 PLC編程及應(yīng)用

4、M.廖常初.北京：機械工業(yè)出版社，2005年.6可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M.胡學(xué)林.北京：高等教育出版社，2001年.7模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.沈任元.北京：機械工業(yè)出版，2000.6.8三菱FX系列可編程序控制器編程手冊M.三菱公司編,2001年.9三菱可編程序控制器應(yīng)用101例M.三菱公司編,1994年.10三菱可編程序控制器使用手冊M.三菱公司編,1999年.教研室意見教研室主任：（簽字）年月日摘要PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。PLC可以靈活

5、而方便地應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術(shù)。機械手臂也被稱為自動手，能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。所以對機械手臂搬運加工流程控制，能有效的幫助人做各種工作，極大地加快了人類的工作效率。文章設(shè)計的機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)是基于日本三菱可編程控制器FX2N-32MR型號PLC,主要使用步進指令設(shè)計軟件系統(tǒng)，最后經(jīng)過仿真，仿真的結(jié)果是能夠完成設(shè)計要求，滿足設(shè)計的參數(shù)要求。關(guān)鍵詞

6、：機械手臂；機械手臂搬運加工流程控制；PLC目錄1 緒論21.1 課題設(shè)計的背景與意義21.2 機械手臂搬運加工流程控制發(fā)展現(xiàn)狀21.3 設(shè)計的主要內(nèi)容32 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計42.1 機械手臂搬運加工流程控制的要求42.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析及PLC選型42.3 I/O點分配與PLC外接線圖53 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計73.1 常用的編程方法介紹73.2 控制程序流程圖設(shè)計73.3 PLC控制程序設(shè)計84系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析1.2.4.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試12.4.2 結(jié)果分析16.結(jié)束語16.參考文獻1.7.致謝18.附錄程序梯形圖1.9.1緒論1.1 課題設(shè)計的背景與意義課程設(shè)計背景：隨著

7、工業(yè)自動化的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，越來越多的自動化設(shè)備已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)的人工參與工作的工業(yè)生產(chǎn)流程。傳統(tǒng)的人工參與工作，不僅危險性高，而且生產(chǎn)效率低，人為因素的影響可能會使整個生產(chǎn)流程崩潰，因此，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)該被先進的自動化生產(chǎn)所取代。如今，越來越多的自動化生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用，使得工業(yè)生產(chǎn)中的各種難題都迎刃而解。例如，機械手臂的應(yīng)用，解決了人工不能在高溫、高腐蝕、高輻射的環(huán)境中工作的問題，而且機械手臂的應(yīng)用，提高了生產(chǎn)工件的精度和壽命等。因此，如何設(shè)計機械手臂的加工工作流程，成為我們今天主要討論的問題。課程設(shè)計的深遠意義在于有助于加深我們對這門課程的理解，我們在課堂上學(xué)的都是基礎(chǔ)理論知識，對于

8、如何用程序語言來描述所學(xué)知識還是有一定難度。通過課程設(shè)計，我們可以真正理解其內(nèi)涵。有利于我們邏輯思維的鍛煉，程序設(shè)計能直接有效地訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)分析問題、解決問題能力。此次，課程設(shè)計為機械手臂搬運加工流程控制工藝流程。本文將介紹基于PLC的機械手臂搬運加工的控制設(shè)計，該系統(tǒng)具有循環(huán)工作、緊急停止、正常停止等工作模式，具有自動上升、下降、夾緊、松開、加工、計數(shù)等功能，可以自動的完成對工件的加工流程，以及記錄顯示加工完成的數(shù)目。1.2 機械手臂搬運加工流程控制發(fā)展現(xiàn)狀專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標(biāo)志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展，進而促進了智能機器人的研制。智能

9、機器人涉及的知識內(nèi)容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來，這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴大。90年代以后，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。總之，目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視

10、覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(FlexibleManufacturingSystem)和柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturingCell)中重要一環(huán)。目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國內(nèi)主要是逐步擴大機械手應(yīng)用范圍，重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機械手的同時，相應(yīng)地發(fā)展通用機械手，有條

11、件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容根據(jù)控制要求，明確設(shè)計內(nèi)容，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行機械手臂搬運加工流程運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：(1)設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等；(2)系統(tǒng)有啟動、停止功能；(3)運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計，并有主程序、子程序和中斷程序；(4)程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；(5)進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)機械手臂搬運加工流程的控制要求。2PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 機械手臂搬運加工

12、流程控制的要求機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)由機械手臂、加工臺、電磁閥、傳送帶、行程開關(guān)等組成?？刂埔笕缦拢?1)如圖1所示，有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加工完成的數(shù)量。(2)假設(shè)使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做火起動作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械

13、對工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。(3)當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。圖1機械手臂搬運加工流程控制過程示意圖2.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析及PLC選型系統(tǒng)的輸入包括系統(tǒng)的啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、機械手運動下限行程開關(guān)SQ1、上限行程開關(guān)SQ2、左限行程開關(guān)SQ3、右限行程開關(guān)SQ4、工作臺1的極限行程開關(guān)SQ5、工作臺2的極限行程開關(guān)SQ6。系統(tǒng)輸出包括控制七段數(shù)碼管各段二極管的

14、狀態(tài)、機械手上下左右運動的四個電磁閥以及控制機械手夾緊放松的一個電磁閥。根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點的分析可知，系統(tǒng)有8個輸入點，13個輸出點，所以選用FX2N-32MR型號的PLC。2.3 I/O點分配與PLC外接線圖系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配如表1所示表1系統(tǒng)變量定義及I/O地址分配表輸入編址輸出編址X0啟動按鈕SB1Y0數(shù)碼管a段X1停止按鈕SB2Y1數(shù)碼管b段X2下限行程開關(guān)SQ1Y2數(shù)碼管c段X3上限行程開關(guān)SQ2Y3數(shù)碼管d段X4左限行程開關(guān)SQ3Y4數(shù)碼管e段X5右限行程開關(guān)SQ4Y5數(shù)碼管f段X6工作臺1極限行程開Y6數(shù)碼管g段關(guān)SQ5X7工作臺2極限行程開Y10下降電磁閥YV1關(guān)SQ

15、6Y11上升電磁閥TV2Y12左移電磁閥TV3Y13右移電磁閥YV4Y14夾緊電磁閥YV50F2*_V-七昌ENaxd00。口口OQOOOODOOO0OEM；OGCBpo-crchddac-o-Jd圖2系統(tǒng)硬件接線圖襁|3PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 常用的編程方法介紹常用的PLC編程方法有經(jīng)驗法、解析法、圖解法。1、經(jīng)驗法即是運用自己的或別人的經(jīng)驗進行設(shè)計，設(shè)計前選擇與設(shè)計要求相類似的成功的例子，并進行修改，增刪部分功能或運用其中部分程序，直至適合自己的情況。在工作過程中，可收集與積累這樣成功的例子，從而可不斷豐富自己的經(jīng)驗。2、解析法可利用組合邏輯或時序邏輯的理論，并運用相應(yīng)的解析方法，對

16、其進行邏輯關(guān)系的求解，然后再根據(jù)求解的結(jié)果，畫成梯形圖或直接寫出程序。3、圖解法圖解法是靠畫圖進行設(shè)計。常用的方法有梯形圖法、波形圖法及流程法。梯形圖法是基本方法，無論是經(jīng)驗法還是解析法，若將PLC程序轉(zhuǎn)化成梯形圖后，就要用到梯形圖法。3.2 控制程序流程圖設(shè)計控制程序流程圖如圖3所示圖3控制程序流程圖3.3PLC控制程序設(shè)計設(shè)計機械手臂搬運加工流程控制可以用基本指令編程，也可以用步進指令編程，但是相比基本指令，步進指令更加思路清晰，程序簡單易懂，所以我選用的是步進指令編程。源程序梯形圖解釋如下所示：.腮帕£$卜-SETSOK0DCDOKiYOOO通電PLC上電后，系統(tǒng)初始化，步進到

17、S0狀態(tài)，同時將0送至P0,系統(tǒng)只要就會將D保譯碼輸出驅(qū)動7位數(shù)碼管。該部分功能梯形圖如圖5所示。1¥r-cFT才|_OiEi1中一Ur-CTf0M1L_JVrtlAYX002-1SETS21Nir1.CFTVA1J1L*',yJKIGtIV)TO1勺FT。制1qnQ99/vnti、X0031_|SETS囂圖4初始指令1420圖5驅(qū)動數(shù)碼管當(dāng)啟動按鈕按X000下時，步進到S20狀態(tài)，機械手下移，當(dāng)?shù)竭_下限開關(guān)X002時，機械手用一秒夾緊物件，然后上移，上移到上限開關(guān)X003時，機械手右移。該部分功能梯形圖如圖6所示。圖7動作指令機械手右移到工作臺1極限開關(guān)X006后，往下移動

18、，到達下限行程開關(guān)X002后，機械手用1S松開物件，等待物件加工120s,同時機械手向上移動，停止在上限，當(dāng)物件加工完后，機械手在往下移動，到達下限開關(guān)X002后，用1S夾緊物件，然后上移，上移到上線開關(guān)X003后，機械手往右移動。此部分功能梯形圖如圖7所示。*6圖8動作指令MLXOQ7INM3Th4；SETS31<¥013£STLS31<Vr5|.OS3工fSTL/STYnreTI-nuii圖9動作指令機械手右移到工作臺2極限開關(guān)X006后，往下移動，到達下限行程開關(guān)X002后，機械手用1S松開物件，等待物件加工120s,同時機械手向上移動，停止在上限，當(dāng)物件

19、加工完后，機械手在往下移動，到達下限開關(guān)X002后，用1S夾緊物件，然后上移，上移到上線開關(guān)X003后，機械手往右移動。此部分功能梯形圖如圖8,圖9所示。圖10動作指令-STTIOO»£5ITS41l!b0-S7LS4L<¥OIT?RETEND圖11動作指令機械手右移到右限開關(guān)X005后，往下移動，到達下限行程開關(guān)X002后,機械手用1S松開物件，將物彳放在傳送帶B上，然后機械手向上移動，同時D0加1,上移到上線開關(guān)X003后，機械手往左移動，回到初始位置，繼續(xù)搬運物件。此部分功能梯形圖如圖10,圖11所示。完整的梯形圖見附錄一。4系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1系

20、統(tǒng)仿真調(diào)試文章設(shè)計的控制系統(tǒng)仿真調(diào)試是使用GXDeveloper仿真軟件。GXDeveloper是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。下面是系統(tǒng)的具體調(diào)試結(jié)果。0圖12初始化指令調(diào)試DOK2YOOO系統(tǒng)上電后，初始化S0,驅(qū)動數(shù)碼管顯示0,步進到S0O仿真如圖12所示。|STLS30圖13下移指令調(diào)試KLO按下啟動按鈕X000,Y010得電，機械手下移。仿真如圖13所示。<SETSTLS21

21、|SETY0L4(TO圖14夾物指令調(diào)試當(dāng)下移到下限開關(guān)X002時，機械手用1S夾緊物件，仿真如圖14所示3233圖15上移指令調(diào)試當(dāng)計時1S至ij,Y011得電，機械手上移，仿真如圖15所示SETSZ3iTLS23圖16右移指令調(diào)試機械手上移到上限開關(guān)X003時，機械手馬上向右移。仿真如圖16所示。43|二TIS24圖17下移指令調(diào)試當(dāng)機械手到達工作臺1極限開關(guān)時，機械手下移。仿真如圖17所示。X002itrsz547STL$26Ik-1V'Hkio(T1|10圖18放開指令調(diào)試當(dāng)機械手到達下限開關(guān)X002時，機械手用1S放松，仿真如圖18所示IgSETS26155STLS2Cj耳g

22、。XW3EK1WQ。5j1?00圖19上移指令調(diào)試1S到后，物件加工120S,機械手上移，仿真如圖19所示。TZ(SETS27|ycio圖20下移指令調(diào)試120S到時，機械手下移，仿真如圖20所示。圖21夾物指令調(diào)試下移到下限開關(guān)，機械手用時1S夾緊，仿真如圖21所示圖22上升指令調(diào)試1S到后，機械手上開。仿真如圖22所示。從工作臺1到工作臺2之間的程序功能工序是相同的，所以這里不在介紹。接下來介紹工作臺后的工序仿真。圖23手臂放松指令調(diào)試Y010得電，機械手下以移，下移到下限開關(guān)X002時，用1s放松，仿真如圖23所示。圖24上移指令調(diào)試松開后，物彳右傳送帶B送走，D0加1,數(shù)碼管數(shù)值加1,

23、同時機械手上移。仿真如圖24所示。圖25左移指令調(diào)試到上限X003后機械手左移，仿真如圖25所示圖26返回初始指令調(diào)試到達左限開關(guān)X004后，回到初始狀態(tài)S0o仿真如圖26所示。4.2結(jié)果分析經(jīng)過以上仿真可知，系統(tǒng)能正常的運行，機械手能自動上移，下移，左移，右移，夾緊，放松物件，準(zhǔn)確的實現(xiàn)設(shè)計要求給的任務(wù)，所以，此設(shè)計是符合設(shè)計要求。結(jié)束語在這次為期一周的PLC課設(shè)中，通過機械手臂搬運加工流程控制設(shè)計，我鞏固了以前所學(xué)的PLC的知識。我將在書本上學(xué)到的知識，在這次課設(shè)中得到體系化、架構(gòu)化，對于PLC電氣控制理論，有了更加深刻的理解。PLC在自動化領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用，作為一個電氣學(xué)院的學(xué)生

24、，我們應(yīng)該熟練掌握PLC,具備利PLC實現(xiàn)各種控制功能、控制工程的能力。這一周的課設(shè)中，我們應(yīng)用PLC軟件設(shè)計了機械手臂搬運加工流程控制的梯形圖程序，大家一起討論程序?qū)崿F(xiàn)的方法，鞏固了PLC編程語言，開發(fā)了我們的創(chuàng)新思維。通過對機械臂加工流程的控制設(shè)計，讓我進一步認(rèn)識了工業(yè)生產(chǎn)自動化的控制原理，同時也掌握了一些PLC編程技巧。在查詢網(wǎng)絡(luò)大量資料庫及圖書館資料后，也堅定了我們只要認(rèn)真努力，我們也可以設(shè)計出最好的控制方案。本設(shè)計中還可以為系統(tǒng)增設(shè)緊急停止、正常停止、計數(shù)復(fù)位、系統(tǒng)復(fù)位，這樣可以讓工業(yè)控制更具有可控性，也為工業(yè)生產(chǎn)排障提供方便，同時也是著眼于工業(yè)生產(chǎn)安全而設(shè)計的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，越來越多的自動化生產(chǎn)設(shè)備也越來越多，學(xué)好PLC必然能夠開闊自己的視野，同時適應(yīng)社會的需要。設(shè)計的時候得到老師和同學(xué)的熱心幫助，再次向他