機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計.doc

機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 系： 機(jī)械自動化系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 題 目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計 機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計指導(dǎo)教師： 職稱: 職稱: 2016年12月5日 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書 2016/2017 學(xué)年第 1 學(xué)期所 在 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 課程設(shè)計題目： 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計 機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計起 迄 日 期： 2016年12月5日2016年12月9日 課程設(shè)計地點(diǎn)： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 暴建崗 下達(dá)任務(wù)書日期: 2016 年12月 5日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：通過對機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計，使學(xué)生在熟練機(jī)械手的動作順序與原理的基礎(chǔ)上，學(xué)會應(yīng)用PLC。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：機(jī)械手將工件從A工作臺搬到B工作臺。機(jī)械手的工作過程由8個動作完成一個循環(huán)，如圖所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分別用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夾具的夾緊和放松由電磁閥YV2控制。當(dāng)工件搬到B工作臺返回時，用光電開關(guān)SQ7發(fā)出無工件信號。（1）采用內(nèi)部移位寄存器M100 M117逐位輸出方式實(shí)現(xiàn)順序控制，移位條件是對各限位開關(guān)（SQ1SQ6）的狀態(tài)檢測來決定。（2）夾緊或放松動作，分別用定時器T450、T451延時控制。（3）采用具有保持功能的輔助繼電器M202驅(qū)動夾緊閥。通過本課程設(shè)計,完成輸入輸出信號分析與PLC I/O分配圖PLC選型主要元器件型號的選擇主接線圖設(shè)計完成梯形圖設(shè)計并完成相應(yīng)指令。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：要求獨(dú)立完成機(jī)械手自動操作控制的PLC程序設(shè)計，包括程序的編制和調(diào)試，并根據(jù)規(guī)定格式完成課程設(shè)計說明書的撰寫。4主要參考文獻(xiàn)：按國標(biāo)GB771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫：1廖常初，系列編程的應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.42范永勝，王岷電氣控制與應(yīng)用北京：中國電力出版社，20073齊從謙，王士蘭技術(shù)及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.84王曉軍，楊慶煊，許強(qiáng)可編程控制器原理及應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.75設(shè)計成果形式及要求：提供設(shè)計說明書一份，要求內(nèi)容與設(shè)計過程相符，且格式要符合規(guī)定要求。6工作計劃及進(jìn)度：2016年12月5日 資料查閱階段2016年12月6日 12月8日 分析、設(shè)計、繪圖2016年12月9日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日13目錄1機(jī)械手的工作原理1.1 機(jī)械手的概述11.2 機(jī)械手的工作方式22機(jī)械手控制程序設(shè)計2.1 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖32.2 控制程序43梯形圖及指令表3.1 梯形圖 93.2 指令表11總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14附錄 151機(jī)械手的工作原理1.1 機(jī)械手的概述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(yùn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（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)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，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個自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。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。一般專用機(jī)械手有23個自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：1、機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。2、在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。3、可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。4、可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。5、宇宙及海洋的開發(fā)，軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。 1.2 機(jī)械手的工作方式機(jī)械手電氣控制系統(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，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都需要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。1、 機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。圖1 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖2、機(jī)械手順序動作的要求是：1) 按下起動按鈕SB1時，機(jī)械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作。2) 左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作。3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作。4) 啟動傳送帶A運(yùn)行，由光電開關(guān)SP檢測傳送帶A上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作。5) 手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動作。6) 右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作。7) 手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作。8) 放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時2秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。9) 按下停止按鈕SB2或斷電時，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機(jī)械手按停止前的動作繼續(xù)工作。2機(jī)械手控制程序設(shè)計 2.1 輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖2.1.1 PLC I/O分配表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動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SQ6X4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手動操作SB3X6回原點(diǎn)SB11X16連續(xù)操作SB4X7工件檢測SQ7X17 圖2、 原理接線圖2.1.2選擇PLC 該機(jī)械手為開關(guān)量控制，且所需的I/O點(diǎn)數(shù)不多，因此選擇一般的小型低檔PLC即可。由于所需的I/O點(diǎn)數(shù)分別為17和8點(diǎn)，考慮到機(jī)械手操作的工藝固定，選用的PLC來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)。2.2 控制程序2.2.1操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動單步操作程序和自動連續(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)自動回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，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，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。2.2.2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，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。2.2.3手動單步操作程序如圖5所示。手動操作時用X10X15對應(yīng)的六個按鈕控制夾緊，松開，機(jī)械手的升，降，右行，左行，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行在手動程序中設(shè)置了必要的聯(lián)鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。上下左右極限開關(guān)X2,X1,X4,X3的常閉觸點(diǎn)與控制機(jī)械手的Y0,Y2,Y3,Y4線圈串聯(lián)以防止機(jī)械手行程超限出現(xiàn)事故。用上限位開關(guān)X2,為ON，作為手動左行右行的條件，禁止機(jī)械手在較低的位置水平移動，避免于地面上的東西碰撞。 圖5 手動單步操作程序2.2.4自動操作程序 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所。當(dāng)機(jī)械手處于原位時，按啟動X0接通，狀 態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降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自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時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1秒。延時時間到，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)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，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)。2.2.5機(jī)械手傳送系統(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，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。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怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦?。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返回初始態(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。3、梯形圖及指令表3.1 梯形圖 圖7 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖3.2指令表總結(jié) 機(jī)械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。 對于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對所用的具體系統(tǒng)的情況，設(shè)計人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機(jī)械手高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度，以及簡單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人手不能替代的，機(jī)械手的使用也將越來越廣泛。參考文獻(xiàn)按國標(biāo)GB771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)