機械手搬運加工PLC課程設(shè)計

1、作者前言機械手搬運加工PLC課程設(shè)計，主要是把學到的知識應(yīng)用到設(shè)計中，是理論聯(lián)系的過程。對自動化專業(yè)要求：1. 不僅注重軟件設(shè)計還要硬件設(shè)計并重，我們不是計算機專業(yè)，軟件只是一方面。（軟件設(shè)計畢竟要容易一些，除了本文的自動控制，有能力盡可能聯(lián)系實際，手動程序、原點復位、斷電保持等）2. 仿真和實際電路連接最好要有。3. 最后錦上添花的是用組態(tài)王軟件組合起來。（前面的是重點，前面做好也能得優(yōu)）學習目的：設(shè)計可以很容易的完成，要多問問老師，給予指導，學到不少東西。最后，非常感謝我的王老師、任老師、（大學中佩服的老師不多，首先第一條德，我是很佩服的；第二才是學識）。在啰嗦一句，當你搜到這篇文章時，可

2、能已經(jīng)大三下學期了，抓緊時間準備考試，抓緊時間要么考研，要么學習。 2014.6.13日午時 記電氣控制與PLC課程設(shè)計課題： 機械手臂搬運加工流程控制 系 別： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 姓 名： 王弘毅 學 號： 0924111XX 指導教師： 孫XX 董XX 王XX 任XX XXXXXXXX學院2014年 6月 13日成績評定·一、指導教師評語（根據(jù)學生設(shè)計報告質(zhì)量、答辯情況及其平時表現(xiàn)綜合評定）。二、評分課程設(shè)計成績評定成績： （五級制）指導教師簽字 年 月 日成績： （五級制）指導教師簽字 年 月 日目錄目錄1.引言 .12.控制要求.23.硬件系統(tǒng)設(shè)計 .3

3、3.1機械手臂的結(jié)構(gòu) .3 3.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理 .4 3.3電氣控制的設(shè)計 .4 3.4 PLC I/O分配表 .5 3.5 PLC外部接線圖 .54.搬運機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計.5 4.1PLC順序功能圖.7 4.2控制順序功能圖.7 4.3繪制搬運機械手PLC控制梯形圖.7 4.4各部分功能具體實現(xiàn) .85.系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析.11 5.1編程指令的選擇.12 5.2接地點的選擇.12 5.3結(jié)果分析.136.課程設(shè)計心得.127.參考文獻.13 8.附錄 .14 8.1附錄一.15 8.2附錄二.17 8.3附錄三.18第一章 引言課程設(shè)計背景：隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中

4、，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)計的目的在于：根據(jù)課堂講授內(nèi)容，學生做相應(yīng)的自主練習，消化課堂所講解的內(nèi)容。通過調(diào)試典型例題或習題積累調(diào)試程序的經(jīng)驗

5、。通過完成輔導教材中的編程題，逐漸培養(yǎng)學生的編程能力，用計算機解決實際問題的能力。課程設(shè)計的遠大意義在于；有助于加深我們對操作系統(tǒng)這門課程的理解，我們在課堂上學的都是基礎(chǔ)理論知識，對于如何用程序語言來描述所學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)計能直接有效地訓練學生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)分析問題、解決問題能力。即使是一個簡單的程序，依然需要學生有條不理的構(gòu)思。有利于培養(yǎng)嚴謹認真的學習態(tài)度，在程序設(shè)計過程里，當我們輸入程序代碼的時候，如果不夠認真或細心，那么可能就導致語法錯誤，從而無法得出運行結(jié)果。那么，這個我們反復調(diào)試，反復修改的過程，其實也是對

6、我們認真嚴謹治學的一個鍛煉。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。第二章 控制要求2.1機械手臂搬運加工流程課題要求 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?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?shù)诙襟E加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶

7、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)后，手臂開始往右，當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?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2.1機械手臂搬運加工流程第三章 機械手臂搬運加工流程硬

8、件系統(tǒng)設(shè)計3.1機械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計其結(jié)構(gòu)如圖所示圖3.1：機械手的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中設(shè)置9個行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測工件、小車、機械手的位置及機械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對系統(tǒng)實施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測開關(guān)；SQ2為小車原位檢測開關(guān)；SQ3、SQ4分別為機械手下降上升是否到位檢測開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機械手夾緊放松檢測開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運動停止開關(guān)。3.2系統(tǒng)硬件配置及組成原理 本系統(tǒng)設(shè)計的PLC的機械臂加工流程控制設(shè)計，整個系統(tǒng)組成框架如圖：由于PLC引腳所能承受的電壓范圍有限,所以在PLC在與外界大電壓相接時，需要轉(zhuǎn)換電路進行保護

9、，由轉(zhuǎn)換電路與外界大電壓電流器件相接，實現(xiàn)PLC間接控制且保護PLC的目的。開關(guān)輸入轉(zhuǎn)換電路CJ1M PLC轉(zhuǎn)換電路機械臂工作臺圖3.2：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3電氣控制的設(shè)計 硬件系統(tǒng)設(shè)計包括機械部分和電氣控制部分的設(shè)計。包括主電路和控制電路的設(shè)計。主電路由一臺電動機，其控制如下：電動機M1由接觸器KM4、KM3分別控制其右移和左移。機械手的夾緊放松動作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個液壓缸完成的，在通電情況下，機械手松開，得電時松開，可以防止在設(shè)備運行過程中突然斷電導致的機械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。3.4 PLC I/O分配表表3.4：I/O分配表分類器件作用器件符號PLC地址分配輸入下限

10、位開關(guān)SQ1X000上限位開關(guān)SQ2X001右限位開關(guān)SQ3X002左限位開關(guān)SQ4X003無工件檢測開關(guān)SQ5X004工作臺啟動按鈕SB1X006工作臺停止按鈕SB2X007輸出下降電磁閥KM1Y000上升電磁閥KM2Y001夾緊電磁閥KM3Y002右行電磁閥KM4Y003左行電磁閥KM5Y004I/O設(shè)備即所需的I/O點數(shù)如下表所示： 表3.4 I/O點數(shù)分配表信號I/O設(shè)備I/O點數(shù)信號I/O設(shè)備I/O點數(shù)輸   入上下左右行程開關(guān)無工件檢測開關(guān)啟動停止按鈕412輸   出交流接觸器控制線圈上下左右電磁閥緊松電磁閥441根據(jù)I/O點的分配要求及考慮

11、15%的I/O裕量，本設(shè)計PLC采用FX2N32MR型PLC，這種PLC有16個輸入點，16個輸出點，滿足本例要求。 3.5 PLC外部接線圖：由圖34的IO分配表我們可以繪制PLC外部接線圖如圖：圖3.5PLC I/O接線控制圖第四章 搬運機械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1PLC工作流程圖 由機械臂的工作過程我們可以簡單描述為，當機械臂在A工作臺上方（即原點處）且物件在工作臺A上，按下啟動按鈕時，機械臂會向下運動，到達下限后將物件夾緊上升，上升到上限則機械臂向右轉(zhuǎn)移，碰到1處限位開關(guān)機械臂向下直到碰到下限開關(guān)后松開物件，繼而機械臂上升，待機械臂上升到上限時，1處開始加工，1處加工完成后，機械臂將下降

12、夾緊上升到工作臺2下降松開上升2處加工，2處加工完成后，機械臂又下降夾緊上升到工作臺B下降松開上升工作臺B將物件運出機械臂回到原點，執(zhí)行下一周期的工作。 由機械臂的工作流程可見，機械臂的運動過程以及工作臺的加工過程，其實就是PLC輸入輸出的控制過程。我們可以通過編程控制PLC從而控制整個加工的工作流程，由機械臂的工作過程我們可以得出PLC順序功能圖：原位左移上升放松下降右移上升夾緊下降 圖4.1工作流程圖4.2控制順序功能圖由課題控制要求及分析，我們可以得到本系統(tǒng)的機械手動作示意圖如下圖所示： 圖4.24.3繪制搬運機械手PLC控制梯形圖 機械手動控制屬順序控制，自動程序采用步進梯形指令控制。

13、由順序功能圖設(shè)計梯形圖，首先設(shè)計每一步工序的梯形圖，然后再添加每一步工序的執(zhí)行命令。我們采用歐姆龍的程序編程軟件CX_Programmer進行梯形圖的繪制設(shè)計，有關(guān)CX_Programmer的使用方法可參見實驗指導書。程序安裝：(1)編程時PLC上的狀態(tài)開關(guān)擲向“STOP”(開關(guān)右撥)；(2)編程器初始化，先按RD/WR，使編程器處于“W”工作方式，按著按NOPAGOGO；(3)按編程表輸入程序；(4)按接線表在實驗系統(tǒng)上聯(lián)接導線；(5)PLC運行，狀態(tài)開關(guān)擲向“RUN”(開關(guān)左撥)，RUN指示燈亮；(6)如果程序出錯，PLC上“ERROR”指示燈(紅色)閃爍； 將從初始化開始的一系列梯形圖，

14、按照總體結(jié)構(gòu)圖（圖22）的形式組合在一起，得到機械手PLC控制的梯形圖（見附圖1），和語句指令表（見附圖2）。附圖1：搬運機械手PLC控制程序指令附圖2：搬運機械手PLC控制梯形圖附圖3：搬運機械手PLC自動運行狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4.4各部分功能具體實現(xiàn) 由順序功能圖設(shè)計梯形圖，首先設(shè)計每一步工序的梯形圖，然后再添加每一步工序的執(zhí)行命令。 由STOP RUN轉(zhuǎn)換時，特殊功能繼電器M8002是初始狀態(tài)S2置位（ON）。 按下啟動按鈕SB1(X006),初始狀態(tài)S2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S20，將狀態(tài)S20置為ON，工作臺開始由原點處運轉(zhuǎn)。 在S20狀態(tài)，繼電器線圈Y000接通，下降電磁閥得電，執(zhí)行下降動作。碰到下

15、限開關(guān)SQ1（X000）時，初始狀態(tài)S20轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S21，將狀態(tài)S21置為ON。 在S21狀態(tài)，繼電器線圈Y002接通，夾緊電磁閥得電，執(zhí)行加緊動作，同時時間T0繼電器開始執(zhí)行延時程序，延時完成后，將狀態(tài)S22置為ON。 在S22狀態(tài)下，上升電磁閥得電，開始執(zhí)行上升動作，當碰到上限開關(guān)SQ2（X001），將狀態(tài)S23置為ON。 在S23狀態(tài)下，右移電磁閥得電，開始執(zhí)行右移動作，當碰到右限位開關(guān)SQ3（X002），并且檢測到工作臺無工件，工件檢測SQ5（X004）置為1，將狀態(tài)S24置為ON。 在S24狀態(tài)下，下降電磁閥得電，開始執(zhí)行下降動作，當碰到下限位開關(guān)SQ1（X000），將狀態(tài)S25置

16、為ON。 在S25狀態(tài)下，將夾緊電磁閥執(zhí)行復位動作，開始執(zhí)行放松動作，同時時間T1繼電器開始執(zhí)行延時程序，延時完成后，將狀態(tài)S26置為ON。 此時機械手臂將工件由A，經(jīng)過下降、檢測、夾緊、上移、右移、檢測、下降的過程，移動到工作臺1，進行加工的動作。在S26狀態(tài)下，上升電磁閥得電，執(zhí)行上升動作，同時時間T2繼電器開始執(zhí)行延時程序，延時完成后，將狀態(tài)S27置為ON。 在S27狀態(tài)，繼電器線圈Y000接通，下降電磁閥得電，執(zhí)行下降動作。碰到下限開關(guān)SQ1（X000）時，狀態(tài)S27轉(zhuǎn)換到狀態(tài)S28，將狀態(tài)S28置為ON。 在S28狀態(tài)，繼電器線圈Y002接通，夾緊電磁閥得電，執(zhí)行加緊動作，同時時間T

17、3繼電器開始執(zhí)行延時程序，延時完成后，將狀態(tài)S29置為ON。 在S29狀態(tài)下，繼電器線圈Y001接通，上升電磁閥得電，開始執(zhí)行上升動作，當碰到上限開關(guān)SQ2（X001），將狀態(tài)S30置為ON。 在S30狀態(tài)下，繼電器線圈Y003接通，右移電磁閥得電，開始執(zhí)行右移動作，當碰到右限位開關(guān)SQ3（X002），將狀態(tài)S31置為ON。 在S31狀態(tài)下，繼電器線圈Y000接通，下降電磁閥得電，開始執(zhí)行下降動作，當碰到下限位開關(guān)SQ1（X000），將狀態(tài)S32置為ON。 在S32狀態(tài)下，繼電器線圈Y002接通，將夾緊電磁閥執(zhí)行復位動作，開始執(zhí)行放松動作，同時時間繼電器T4開始執(zhí)行延時程序，延時完成后，將狀態(tài)

18、S33置為ON。 在S33狀態(tài)下，繼電器線圈Y001接通，上升電磁閥得電，執(zhí)行上升動作，當碰到上限位開關(guān)SQ2（X001），將狀態(tài)S34置為ON。 在S34狀態(tài)下，左移電磁閥得電，開始執(zhí)行左移動作，同時計數(shù)器電器開始執(zhí)行計數(shù)，計數(shù)一次。當碰到左限開關(guān)SQ4（X003）時，若停止按鈕SB2的狀態(tài)為0時，將狀態(tài)S20置為ON，進行第二次循環(huán)；若停止按鈕SB2的狀態(tài)為1時，工作結(jié)束，不再循環(huán)。第五章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1編程指令的選擇方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點，但因為存在大量的自保持觸點，使程序

19、代碼較長。 方案二：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進梯形指令）是三菱廠家設(shè)計的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護，且代碼較短。5.2接地點的選擇完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是10為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。5.3結(jié)果分析經(jīng)過論證和老師講解，本設(shè)計采用的編程方式選用方案二。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以

20、最后我們給PLC接上了專用接地線。搬運機械手采用PLC控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該機械手代替人工搬運工件，既安全，又準確，提高了勞動生產(chǎn)率，保證了工件的質(zhì)量，降低了工人的勞動強度，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益?？删幊炭刂破鱌LC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性,在機械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計中起到了十分重要的作用。第六章 課程設(shè)計心得通過將近一周的設(shè)計，在老師和同學的指導學習下，遇到的問題在摸索中得到解決，終于完成了這一份課程設(shè)計。設(shè)計過程中，通過針對性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識面，補充最新的專業(yè)知識，又提高了自己的應(yīng)用能力和

21、實踐能力。對學過的課本理論知識起到了很好的溫習作用。 本設(shè)計完成了課題的要求，即對象由輸送帶 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?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?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，然后由計數(shù)器計數(shù)加工完成的數(shù)量。通過對機械臂加工流程的控制設(shè)計，讓我進一步認識了工業(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)復位、系統(tǒng)復位，這樣可以