可編程控制器課程設(shè)計 機(jī)械手控制

1、摘要隨著社會生產(chǎn)不斷進(jìn)步和人們生活節(jié)奏不斷加快, 人們對生產(chǎn)效率也不斷提 出新要求。 由于微電子技術(shù)和計算軟、 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, 其中氣動機(jī)械手系統(tǒng)由于其介質(zhì)來源簡便以及 不污染環(huán)境、 組件價格低廉、 維修方便和系統(tǒng)安全可靠等特點, 已滲透到工業(yè)領(lǐng) 域的各個部門, 在工業(yè)發(fā)展中占有重要地位。 本文講述的氣動機(jī)械手有氣控機(jī)械 手、 XY 軸絲杠組、轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)基座等機(jī)械部分組成。主要作用是完成機(jī)械 部件的搬運工作, 能放置在各種不同的生產(chǎn)線或物流流水線中, 使零件搬運、 貨 物運輸更快捷、便利。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自

2、動控制技術(shù)、傳感器技 術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域, 是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā) 展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。本次設(shè)計采用德國西門子公司生產(chǎn)的 S7-300/400系列可編程控制器對機(jī)械手進(jìn)行運動控制, 根據(jù)機(jī)械手的運動規(guī)律:左/右、上/下、夾/松等進(jìn)行軟件編程。本設(shè)計中 PLC 實現(xiàn)的功能有:開關(guān)量的邏輯控制、運動控制、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采 集處理、位置控制等。此次機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計包括:機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)、 輸入和輸出點分配表、原理接線圖、操作系統(tǒng)、機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖、指令語 句表。首先, 機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)通過示意圖闡述了其作用是將工件從A點傳遞到 B點。 機(jī)械手的

3、升降和左右移行作分別由兩個具有雙線圈的兩位電磁閥驅(qū)動液壓 缸來完成, 機(jī)械手的夾緊、 松開的動作由只有一個線圈的兩位電磁閥驅(qū)動的液壓 缸完成。 機(jī)械手的工作臂都設(shè)有下、 上限位和右、 左限位的位置開關(guān) SQ1、 SQ2和 SQ3、 SQ4,夾持裝置不帶限位開關(guān),它是通過一定的延時來表示其夾持動 作的完成。 機(jī)械手在最上面、 最左邊的狀態(tài)為機(jī)械手的原位。 這里還說明了操作 面板上各旋鈕、按鈕的作用。其次,輸入和輸出點分配表指出此次設(shè)計選用 S7-300PLC ,系統(tǒng)共有 14個輸入設(shè)備和 5個輸出設(shè)備分別占用 PLC 的 14個輸入點和 5個輸出點。具體 分配請查看表 1。機(jī)械手是一種能模擬人的

4、手臂的部分動作, 按預(yù)定的程序、 軌跡及其它要求, 實現(xiàn)抓取、 搬運工件或操縱工具的自動化裝置, 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)工藝中采用繼電器控制時,需要的繼電器多,線復(fù)雜,因此故障多, 維修困難,費時費工,不僅加大了成本,而且影響設(shè)備的工效。采用梯形控制直 觀易懂,為電氣人員所熟悉;采用 PLC 控制使接線簡化,安裝方便,而且保證 運行的可靠性,減少維修量,提高了工效。關(guān)鍵字:PLC 機(jī)械手控制 S7-300/4001 電氣工藝分析1.1 工藝過程圖 1所示為一簡單物料搬運機(jī)械手的工藝流程圖。該機(jī)械手是一個水平 /垂 直位移的機(jī)械設(shè)備,其操作是將工件從 A 工作臺搬運到 B 工作臺

5、,由光耦合器 VLC 來檢測工作臺上有沒有工件。機(jī)械手通常位于原點,它的動作全部由汽缸 驅(qū)動,而汽缸則由相應(yīng)的電磁閥控制。其中,上升 /下降和左移 /右移分別由雙線 圈二位電磁閥,放松 /夾緊由一個單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥控制。 圖 1 搬運機(jī)械手工藝流程圖工藝過程為:光耦合器 VLC 檢測到 A 工作臺有工件,機(jī)械手開始有原點下 降,下降到底時,碰到下限位開關(guān)后,停止下降并接通夾緊電磁閥夾緊工件。為 保證工件可靠夾緊,在該位置等待 2s 。夾緊后,上升電磁閥通電開始上升,上 升到頂碰到上限位開關(guān), 停止上升, 改向右移動, 碰到右限位開關(guān)后, 停止右移,改為下降至碰到下限位開關(guān), 下

6、降電磁閥斷電, 停止下降, 同時夾緊電磁閥斷電, 機(jī)械手將工件松開,放在 B 工作臺上,為確?？煽克砷_,在該位置停留 2s ,然 后上升, 碰到上限位開關(guān)后改為左移, 到原點時碰到左限位開關(guān), 左移電磁閥斷 電,停止左移。至此,機(jī)械手搬運一個工件的全過程結(jié)束。1.2 控制要求機(jī)械手整個搬運過程要求都能自動控制。 在啟動過程中能切換到手動控制及 自動控制或半自動控制(又稱單周期控制 ,以便對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。圖 2是機(jī)械手控制系統(tǒng)的邏輯流程圖。 機(jī)械手搬運工件的一個周期可分為以下八個部 分。系統(tǒng)啟動之前,機(jī)械手處于原始位置,條件是機(jī)械手在高位、左位。(1機(jī)械手下降 當(dāng)光耦合器 VLC 檢測到工

7、作臺 A 上有工件,機(jī)械手開 始下降。下降到低位時,碰到下限位開關(guān),機(jī)械手停止下降。(2夾緊工件 機(jī)械手在最低位開始夾緊工件,延時 2s 抓住、抓緊。(3機(jī)械手上升 機(jī)械手上升到高位時,碰到上限位開關(guān),停止上升(4機(jī)械手右移 機(jī)械手右移到位時,碰到右限位開關(guān),停止右移。(5機(jī)械手下降 當(dāng)機(jī)械手下降到 B 時,碰到下限位開關(guān),機(jī)械手停止下 降。(6放開工件 機(jī)械手在最低位開始放松工件,延時 2s 。(7機(jī)械手上升 機(jī)械手上升到高位時,碰到上限位開關(guān),停止上升。(8機(jī)械手左移 機(jī)械手在高位開始左移,碰到左限位開關(guān),停止左移。 機(jī)械手工作的一個周期完成,等待工件在工作臺 A 上出現(xiàn)再轉(zhuǎn)到第一步,開始

8、 下一個工作循環(huán)。2 .硬件配置在控制方式選擇上需要 3個啟動按鈕, 分別完成自動方式、 單動方式和手動 方式的啟動, 還需要一個按鈕用來處理任何情況下的停止運行。 機(jī)械手運動的限 位開關(guān)有 4個:高限位開關(guān)、低限位開關(guān)、左限位開關(guān)和右限位開關(guān)。手動輸入 信號共由 5個按鈕組成:下降按鈕、 上升按鈕、 夾緊按鈕、 左移按扭和右移按鈕。 工作臺 A 上有工件檢測光耦合器 VLC 的輸入信號,共有 14個數(shù)字量輸入信號。 輸出信號有機(jī)械手下降驅(qū)動信號、 上升驅(qū)動信號、 右移驅(qū)動信號、 左移驅(qū)動信號和機(jī)械手夾緊信號,共有 5個數(shù)字量輸出信號。系統(tǒng)需要數(shù)字量輸入 14點, 數(shù)字量輸出 5點, 不需要模

9、擬量模塊。 選擇 S7-300系列的 CPU313,加上數(shù)字量輸入模塊 SM321及輸出模塊 SM322就可以滿足要 求,而且還有一定的裕量。3 .I/O地址分配3.1 基本地址分配表將 14個輸入信號、 5個輸出信號按各自的功能類型分好, 并與 PLC 的 I/O端 一一對應(yīng),編排好地址。列出外部 I/O信號與 PLC I/O端地址編號對照表。 表 1 I/O地址分配表 3.2 其他地址分配(1夾緊定時器 T1,定時 2s ;(2放松定時器 T2,定時 2s ;(3自動方式標(biāo)志 M0.0;(4單動方式標(biāo)志 M0.1;(5手動方式標(biāo)志 M0.2;(6結(jié)束標(biāo)志 M0.5。3.3 外部接線S7-3

10、00 CPU 圖 2 PLC 外部接線圖4 .系統(tǒng)流程圖 圖 3 系統(tǒng)流程圖5 .機(jī)械手梯形圖程序設(shè)計5.1邏輯功能塊網(wǎng)絡(luò) 1:啟動機(jī)械手下降I1.5 M1.1 Q4.0網(wǎng)絡(luò) 2:機(jī)械手下降到位,停止下降并啟動夾緊控制 網(wǎng)絡(luò) 3:機(jī)械手夾緊并啟動夾緊定時器,定時 2s 網(wǎng)絡(luò) 4:定時時間到,并且機(jī)械手沒有下降時,啟動上升 網(wǎng)絡(luò) 5:機(jī)械手上升到位,停止上升并啟動右移控制 網(wǎng)絡(luò) 6:機(jī)械手右移到位,停止右移并啟動下降控制 網(wǎng)絡(luò) 7:機(jī)械手下降到位,停止下降并啟動松開控制 網(wǎng)絡(luò) 8:機(jī)械手松開并啟動松開定時器,定時 2s 網(wǎng)絡(luò) 9:定時時間到,并且機(jī)械手沒有下降時啟動上升控制 T2 I0.7 I0

11、.5 Q4.0 M1.3 Q4.1網(wǎng)絡(luò) 10:機(jī)械手上升到位,停止上升并啟動左移控制 網(wǎng)絡(luò) 11:機(jī)械手左移到位停止, M0.1=0,以阻止單動 網(wǎng)絡(luò) 1:手動下降 網(wǎng)絡(luò) 2:手動夾緊,采用置位和復(fù)位方式使夾緊后不允許松開 網(wǎng)絡(luò) 3:手動上升 網(wǎng)絡(luò) 4:手動右移 網(wǎng)絡(luò) 5:手動下降 網(wǎng)絡(luò) 6:手動放松 網(wǎng)絡(luò) 7:手動左移 5.2組織塊組織塊 OB1用于設(shè)定機(jī)械手啟動方式,主要負(fù)責(zé)功能塊或子程序的調(diào)用是 自動運行還是單動運行,以及系統(tǒng)的循環(huán)掃描、故障診斷和輸出刷新。網(wǎng)絡(luò) 1:自動方式啟動 M0.0=1,有自鎖 網(wǎng)絡(luò) 2:M0.1=1,單動有效 網(wǎng)絡(luò) 3:單動方式啟動 M0.1=1,有自鎖 網(wǎng)絡(luò)

12、4:自動方式或單動方式均調(diào)用子程序 FC1 網(wǎng)絡(luò) 5:手動方式啟動 M0.2=1,有自鎖 網(wǎng)絡(luò) 6:手動方式調(diào)用子程 FC2網(wǎng)絡(luò) 7:停止處理 網(wǎng)絡(luò) 8:錯誤操作處理 6 .指令設(shè)計6.1邏輯功能塊A I 0.4A I 0.6A I 1.5AN Q 4.1FP M 1.1S Q 4.0網(wǎng)絡(luò) 2:機(jī)械手下降到位,停止下降并啟動夾緊控制 A Q 4.0A I 0.6A I 0.5FP M 1.2R Q 4.0S Q 4.4網(wǎng)絡(luò) 3:機(jī)械手夾緊并啟動夾緊定時器,定時 2sA Q 4.4A I 0.6A I 0.5AN Q 4.1L S5T#2SSD T 1網(wǎng)絡(luò) 4:定時時間到,并且機(jī)械手沒有下降時,

13、啟動上升 A T 1A I 0.6A I 0.5AN Q 4.0P M 1.3S Q 4.1網(wǎng)絡(luò) 5:機(jī)械手上升到位,停止上升并啟動右移控制 A Q 4.1A I 0.6A I 0.4= L 0.0A L 0.0BLD 102R Q 4.1A L; 0.0AN Q 4.3FP M 1.4S Q 4.2網(wǎng)絡(luò) 6:機(jī)械手右移到位,停止右移并啟動下降控制 A Q 4.2A I 0.4A I 0.7= L 0.0A L 0.0BLD 102R Q 4.2A L 0.0AN Q 4.1FP M 1.1S Q 4.0網(wǎng)絡(luò) 7:機(jī)械手下降到位,停止下降并啟動松開控制 A Q 4.0A I 0.7A I 0.

14、5FP M 1.2R Q 4.0A Q 4.4網(wǎng)絡(luò) 8:機(jī)械手松開并啟動松開定時器,定時 2sAN Q 4.4A I 0.7A I 0.5AN Q 4.1L S5T#2sSD T 2網(wǎng)絡(luò) 9:定時時間到,并且機(jī)械手沒有下降時啟動上升控制 A T 2A I 0.7A I 0.5AN Q 4.0FP M 1.3S Q 4.1網(wǎng)絡(luò) 10:機(jī)械手上升到位,停止上升并啟動左移控制 A Q 4.1A I 0.7A I 0.4= L 0.0A L 0.0BLD 102R Q 4.1A L 0.0AN Q 4.2FP M 1.5S Q 4.3網(wǎng)絡(luò) 11:機(jī)械手左移到位停止, M0.1=0,以阻止單動 A Q

15、4.3A I 0.4A I 0.6FP M 1.0R M 0.1R Q 4.3網(wǎng)絡(luò) 1:手動下降A(chǔ) I 1.0A I 0.5R Q 4.0網(wǎng)絡(luò) 2:手動夾緊,采用置位和復(fù)位方式使夾緊后不允許松開A I 1.2A I 0.6A I 0.5FP M 1.2S Q 4.4網(wǎng)絡(luò) 3:手動上升A I 1.1AN I 0.4= Q 4.1網(wǎng)絡(luò) 4:手動右移A I 1.1AN I 0.7= Q 4.1網(wǎng)絡(luò) 5:手動下降A(chǔ) I 1.0AN I 0.5= Q 4.2網(wǎng)絡(luò) 6:手動放松AN I 1.2A I 0.7A M 1.2FP Q 4.4S I 0.5網(wǎng)絡(luò) 7:手動左移A I 1.3AN I 0.6= Q

16、4.36.2組織塊組織塊 OB1用于設(shè)定機(jī)械手啟動方式,主要負(fù)責(zé)功能塊或子程序的調(diào)用是 自動運行還是單動運行, 以及系統(tǒng)的循環(huán)掃描、 故障診斷和輸出刷新。 其語句表 程序如下:網(wǎng)絡(luò) 1:自動方式啟動 M0.0=1,有自鎖A(A I 0.0AN M 0.1O M 0.0AN I 0.3S M 0.0網(wǎng)絡(luò) 2:M0.1=1,單動有效A I 0.1AN M 0.0S M 0.1網(wǎng)絡(luò) 3:單動方式啟動 M0.1=1,有自鎖A(A I 0.1AN M 0.0OA M 0.1A M 0.3AN I 0.3S M 0.1網(wǎng)絡(luò) 4:自動方式或單動方式均調(diào)用子程序 FC1 A(A M 0.0A M 0.1OA

17、M 0.1A M 0.0A M 0.2A M 0.5CC FC 1網(wǎng)絡(luò) 5:手動方式啟動 M0.2=1,有自鎖A(O I 0.2O M 0.2FP M 1.1A I 0.3S M 0.2網(wǎng)絡(luò) 6:手動方式調(diào)用子程 FC2A M 0.2電氣控制與可編程控制器課程設(shè)計 AN M AN M AN M CC FC 網(wǎng)絡(luò) 7：停止處理 A I S M 網(wǎng)絡(luò) 8：錯誤操作處理 A I AN I O A I A I O A I A I S M 0.0 0.1 0.5 2 0.3 0.5 0.0 0.1 0.0 0.2 0.1 0.2 0.5 7. 軟件仿真 16 電氣控制與可編程控制器課程設(shè)計 8 .心得體會 在本次設(shè)計過程中，使我受益匪淺，使我從其中學(xué)到了很多的東西?？删幊?控制器是繼電器控制和計算機(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 心把自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。通 過這次的課程設(shè)計，使自己的編程能力有了進(jìn)一步提高，同時也包括 STEP-7 軟 件的運用能力， 作為一名即將到現(xiàn)場工作的的學(xué)生，軟件的運用能力和編程能力 是必需掌握的技術(shù)， 此次設(shè)計為我們提供了一個平臺，有助于我們更進(jìn)一步的了 解現(xiàn)場，為日后走