基于PLC的机械手自动控制的设计

 时间:2014-05-20 20:51:12 贡献者:pinggai86

导读:物理与电子工程学院《PLC 原理与应用》 课程设计报告书设计题目: 基于 PLC 的机械手自动控制的设计 专 班 业: 级:自动化 XXX XX XXXX XXXX学生姓名: 学 号:指导教师:2013 年 12 月20 日物理与

一种基于plc控制的伺服机械手的设计
一种基于plc控制的伺服机械手的设计

物理与电子工程学院《PLC 原理与应用》 课程设计报告书设计题目: 基于 PLC 的机械手自动控制的设计 专 班 业: 级:自动化 XXX XX XXXX XXXX学生姓名: 学 号:指导教师:

2013 年 12 月20 日物理与电子工程学院 课程设计任务书专业:学生姓名 课程名称自动化XX PLC 原理与应用 学号 设计题目班级:XX3班基于 PLC 的机械手自动控制的设计设计目的: 1、掌握PLC功能指令的用法 2、掌握PLC控制系统的设计流程 设计主要内容及要求: 设计一个利用机械手将物品从左侧自动搬移到右侧的控制程序。

机械手原始位置在左 设计目的、 上方,且为放松状态,启动后机械手顺序动作如下: 主要内容 机械手下降→加紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移最终回到原始位置 (参数、 方 2、画出实现程序流程图。

法) 及要求 3、列出输入、输出端口。

4、写出梯形图程序。

5、调试程序,直至符合设计要求。

工作量2 周时间,每天 3 学时,共计 42 学时 第1天:明确课程设计的目的和意义,根据课程设计要求查找相关资料 第2-3天:学习课程设计中用到的PLC相关知识 第4-5天:根据课程设计的要求画出程序流程图 第6天:列出I/O分配表 第7-8天:写出梯形图程序,并对程序进行注释 第9-10天:学习西门子S7-200的编程软件STEP 7 MicroWIN SP6,并在该软件中编写梯 形图程序 第11天:学习西门子S7-200仿真软件,并进行程序仿真和调试。

第12天:将课程设计中用到的程序在PLC试验箱上进行运行和调试。

第13-14天:撰写课程设计报告。

进度安排主要参考 资料[1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2013.8 [2]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术[M].机械工业出版社,2012.3 [3]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M].机械工业出版社,2006.1指导教师 签字教研室主任签字

摘要工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术,是现代控制理 论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以成为现代机械制造生产系统中 的一个重要组成部分。

工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、 提高产品质量和生产效率的有效手段之一。

尤其在高温、高压、粉尘、噪声 以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。

在我国,近几年来也有较 快的发展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重视。

本文介绍的物料搬运机械手可在空间抓放物体,可代替人工在高温和危险的 作业区进行作业, 主要作用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生 产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

关键词:PLC;机械手控制;程序设计

目录1 课题介绍 .................................................. 11.1 课题设计内容 ............................................. 1 1.2 课题设计具体要求.......................................... 1 1.3 课题研究的目的和意义 ...................................... 22 机械手和 PLC 的概念及选择 .................................. 22.1 机械手的概念.............................................. 2 2.2 PLC 的概念 ............................................... 33 PLC 控制机械手的系统 ...................................... 33.1 机械手的流程图............................................ 3 3.2 I/O 地址分配.............................................. 4 3.3 机械手的 PLC 编程语句 ..................................... 4 3.4 机械手自动控制的梯形图 .................................... 94 心得体会 ................................................. 15 参 考 文 献 ................................................ 16

1 课题介绍1.1 课题设计内容机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式,工作时要首先选择工 作方式,然后操作对应按钮。

其工作示意图如图 1-1-1 所示。

图 1-1-1 机械手工作循环示意图机械手的工作方式及过程如下: 1.调整工作方式:可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、放 松各个动作的单独调整。

2.连续工作方式:按下起动按钮,机械手按下降→加紧→上升→右移→下 降→放松→上升→左移的顺序周而复始的连续工作;按下停止按钮,机械手将 自动结束本周期的工作,回到原位后停止。

按下急停按钮,系统立即停车。

3.单周工作方式:按下起动按钮后,机械手按下降→加紧→上升→右移→ 下降→放 松→上升→左移的顺序自动工作一个周期停止。

若要再工作一个周 期,可再次按下起动按钮。

按下停止按钮,机械手将自动结束本周期的工作, 回到原位后停止。

按下急停按钮,系统立即停车。

4.步进工作方式:每按一次起动按钮,机械手完成一步动作后自动停止。

按下急停按钮,系统立即停车。

1.2 课题设计具体要求1.PLC 输入/输出点的分配。

2.编制机械手 PLC 程序及梯形图控制程序。

1

1.3 课题研究的目的和意义在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们经常受到高温、腐蚀及 有毒气体等因素的危害,增加了工人的劳动强度,甚至于危机生命。

由于以上 的问题,需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出,同时随着 社会的进步,工业自动化产品的性能日益加强,而价格也因电子技术的高速发 展而不断下降。

对原有的设备的电器控制可以高性价比进行改进,通过采用先 进的控制技术和驱动技术,使设备的运行更加节能、高效、安全可靠。

机械手 就在这样诞生了,自从机械手问世以来,相应的各种难题迎刃而解。

机械手可 在空间抓放搬运物体,动作灵活多样,适用于可变换生产品种的中、小批量自 动化生产,广泛应用于柔性自动线。

机械手一般由耐高温,抗腐蚀的材料制成, 以适应现场恶劣的环境,大大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率。

机械 手是工业机械手的重要组成部分,在很多情况下它就可以称为工业机械手。

工 业机械手是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技 术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

广泛采用工业机械手,不仅可以提 高产品的质量与产量,而且对保障人身安全,改善劳动环境,减轻劳动强度, 提高劳动生产率,节约原材料消耗以及降低生产成本,有这十分重要的意义。

2 机械手和 PLC 的概念及选择2.1 机械手的概念机械手也被称为自动手。

能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作 工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化, 能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、 轻工和原子能等部门。

机械手主要由手部和运动机构组成。

手部是用来抓持工件(或工具)的部 件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式, 如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构,使手部完成各种转动(摆动) 、移动 或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升 降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度 。

为了抓取空间中任意 位置和方位的物体,需有 6 个自由度。

自由度是机 械手设计的关 键参数。

自 由 度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。

一般专用机 械手有 2~3 个自由度。

机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式 机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控2

制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生 产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制 装置。

有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品 的主从式操作手也常称为机械手。

2.2 PLC 的概念可编程序控制器为(Programmable Logic Controller,简称 PLC) ,是在继电 顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设 计。

它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各 种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控 制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

PLC 具有可靠性高、适应面 广、 抗干扰能力强、 编程方便、 对环境要求低、 与其他装置配置连接方便等特点。

在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。

本文选用的 PLC 是西门子公司开发的 S7-200 系列。

3 PLC 控制机械手的系统3.1 机械手的流程图由机械手的工作过程可知,这是一个典型的顺序控制系统。

为此,可从机 械手的连续工作方式入手编写程序。

首先应绘出连续工作时的功能表如图 3-1-1,然后直接列写逻辑表达式,用触点线圈指令编程,也可使用置位复位指 令或顺序控制继电器指令来完成。

图 3-1-1 机械手动作功能表3

3.2 I/O 地址分配I/O 地址分配如下表 3-2-1 所示。

表 3-2-1 机械手控制输入输出分配表 输 下降极限 上升极限 右移极限 左移极限 上升按钮 下降按钮 左移按钮 右移按钮 夹紧按钮 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4/I0.4 M0.5/I0.5 M0.6/I0.6 M0.7/I0.7 M1.0/I1.0 内部存储器的使用 空手下降状态 夹紧状态 重手上升状态 M5.1 M5.2 M5.3 右移状态 重手下降状态 放松状态 M5.4 M5.5 M5.6 空手上升状态 左移状态 原位状态 M5.7 M4.0 M4.1 入 放松按钮 调试选择 步进选择 连续选择 单周选择 急停按钮 启动按钮 停止按钮 M1.1/I1.1 M1.2/I1.2 M1.3/I1.3 上升电磁阀 M1.4/I1.4 M1.5/I1.5 右移电磁阀 M1.7/I0.2 M2.0/I0.0 左移电磁阀 M2.1/I0.1 Q0.4 Q0.3 Q0.2 输 下降电磁阀 夹紧电磁阀 出 Q0.0 Q0.13.3 机械手的 PLC 编程语句LD = LD = LD = LD = LDN JMP LD I1.2 M1.2 I1.3 M1.3 I1.4 M1.4 I1.5 M1.5 M1.2 0 I0.4 = LD LPS AN AN AN AN = LPP TON LD T37, 100 T37 M0.1 Q0.0 Q0.3 Q0.4 Q0.2 M0.4 M0.44

= LD = LD LPS AN AN AN AN = LPP TON LD = LD = LD LPS AN AN AN AN = LPP TON LD = LD = LD LPS AN AN ANM0.1 I0.5 M0.5 M0.5 M0.0 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.0 T38, 100 T38 M0.0 I0.6 M0.6 M0.6 M0.3 Q0.3 Q0.0 Q0.2 Q0.4 T39, 100 T39 M0.3 I0.7 M0.7 M0.7 M0.2 Q0.0 Q0.2AN = LPP TON LD = LD O AN = LD = LD = LBL LDN JMP LD = LD = LDN A O AN AN LPS AN = LPP TON LD = LDQ0.4 Q0.3 T40, 100 T40 M0.2 I1.0 M1.0 M1.1 M1.0 M1.0 Q0.1 I1.1 M1.1 0 M1.3 1 I0.2 M1.7 I0.0 M2.0 C4 C8 C5 M0.1 Q0.2 M0.0 Q0.0 T39, 50 T39 M0.0 C25

O AN LPS AN = LPP TON LD AN O AN LPS AN = LPP TON LD = LD A O O AN AN LPS AN = LPP TON LD = LD LD LDQ0.1 M1.7 C1 Q0.1 T37, 50 C3 M0.2 C6 M1.7 M0.1 Q0.2 T40, 50 T40 M0.1 Q0.1 C4 Q0.3 M0.2 M1.7 Q0.4 M0.2 Q0.3 T41, 50 T41 M0.2 M2.0 M1.7 Q0.4ED OLD CTU LD A LPS AN = LPP TON LD = LD LD LD ED OLD CTU LD LD LD ED OLD CTU LD LD LD ED OLD CTU LD LD LD ED C4, 4 M2.0 M1.7 Q0.4 C3, 3 M2.0 M1.7 Q0.4 C2, 2 M2.0 M1.7 Q0.4 T42, 50 T42 M0.3 M2.0 M1.7 Q0.4 M0.3 Q0.4 C1, 6 C7 C16

OLD CTU LD LD LD ED CTU LD LD LD ED OLD CTU LD LD LD ED OLD CTU LBL LDN JMP LD O AN = LD O AN = LD O AN = C8, 1 1 M1.4 2 I0.2 M1.7 I0.0 M1.7 I0.1 M2.1 I0.0 M2.1 I0.0 M2.0 M1.7 M2.0 C7, 8 M2.0 M1.7 Q0.4 C6, 7 M2.0 M1.7 Q0.4 C5, 5 M2.0 M1.7 Q0.4LD AN AN LPS AN = LPP TON LD = LD O AN LPS AN = LPP TON LD AN O AN LPS AN = LPP TON LD = LD A O O ANM2.0 M0.1 Q0.2 M0.0 Q0.0 T39, 50 T39 M0.0 M0.0 Q0.1 M1.7 T38 Q0.1 T37, 50 T37 M0.2 T38 M1.7 M0.1 Q0.2 T40, 50 T40 M0.1 Q0.1 M0.1 Q0.3 M0.2 M1.77

AN LPS AN = LPP TON LD = LD LD AN O CTU LD TON LD AN A LPS AN = LPP TON LD = LBL LDN JMP LD = LD = LD OQ0.4 M0.2 Q0.3 T41, 50 T41 M0.2 M0.0 T42 M2.1 M1.7 C1, 2 C1 T38, 30 M0.1 M1.7 T38 M0.3 Q0.4 T42, 50 T42 M0.3 2 M1.5 3 I0.1 M2.1 I0.2 M1.7 I0.0 M2.0AN = LD AN AN LPS AN = LPP TON LD = LD O AN LPS AN = LPP TON LD AN O AN LPS AN = LPP TON LD = LD A OM1.7 M2.0 M2.0 M0.1 Q0.2 M0.0 Q0.0 T39, 50 T39 M0.0 M0.0 Q0.1 M1.7 T38 Q0.1 T37, 50 T37 M0.2 T38 M1.7 M0.1 Q0.2 T40, 50 T40 M0.1 Q0.1 M0.1 Q0.38

O AN AN LPS AN = LPP TON LD = LD LD O ANM0.2 M1.7 Q0.4 M0.2 Q0.3 T41, 50 T41 M0.2 M0.0 I0.0 M1.7 M2.1CTU LD TON LD A LPS AN = LPP TON LD = LBL ENDC1, 2 C1 T38, 30 M0.1 T38 M0.3 Q0.4 T42, 50 T42 M0.3 33.4 机械手自动控制的梯形图9

10

11

12

13

14

4 心得体会这次的课设让我充分认识到了机械手的重要工业用途, 明白它的工作原理, 对学过的理论知识有了更深刻和直观的认识, 也能够更加熟练地运用相关软件, 现在能够独立地完成设计。

本文设计的机械手控制程序,基本上反映了机械手 的结构和使用功能,效果直观,可操作性好;在该仿真上采用了 PLC 控制,基 本上可应用于真实机械手中,因而在实践中,可基本脱离现场环境,事先编制 出符合要求的控制软件,以达到提高实际调试的成功率,运行在不同的方式下, 实现诸多操纵方式的模拟,克服了仿真软件功能单一,仅以演示为目的的局限 性,为教学和科研提供了较理想的实验平台,具有实用和推广价值。

参 考 文 献[1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2013.8 [2]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术[M].机械工业出版社,2012.3 [3]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M].机械工业出版社,2006.1

 
 

微信关注公众号,送福利!