基于PLC的机械手的模拟.doc

杭州万向职业技术学院 毕业设计说明书毕业设计说明书 题题 目：目： PLCPLC自动控制送水系统设计自动控制送水系统设计 系系 别：别： 应用工程系应用工程系 专专 业：业： 机电一体化技术机电一体化技术 班班 级：级： 机电机电092092班班 姓姓 名：名： 罗晓刚罗晓刚 指导教师：指导教师： 赵佑初赵佑初 20112011年年 5 5月月 2020 日日 基于 PLC 的机械手的模拟 毕业设计(论文)原创性声明 本人所呈交的毕业设计(论文)是本人在导师的指导下进 行的设计创作(撰写)工作所取得的成果。据我所知，除设计 (论文)中已经注明引用的内容外，本设计(论文)不包含其他 个人已经发表过的成果。对本设计(论文)的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在设计(论文)中作了明确说明并表示 谢意。 作者签名： 日 期： 基于 PLC 的机械手的模拟 目目 录录 1 1 引言引言1 2 2 设计目的和任务要求设计目的和任务要求2 2.1 设计目的 2 2.2 设计任务 2 3 3 机械手机械手 PLCPLC 控制的设计控制的设计2 3.1 根据工艺过程分析控制要求 2 3.2 系统控制模板 3 3.3 输入/输出设备及 I/O 分配 .4 3.4 PLC 的选择.5 3.5 PLC 程序设计.5 4 4 设计体会与心得设计体会与心得.11 参考文献参考文献.12 致谢致谢.13 基于 PLC 的机械手的模拟 第 1 页 共 13 页 1引言引言 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用 也逐渐普及。 机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 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，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率， 以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。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、运动机构和控制系统三大部分组成。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。 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。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累 等劳动条件。 就个人而言，希望通过这次毕业设计对未来将从事的工作进行一次适应训练， 从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 基于 PLC 的机械手的模拟 第 2 页 共 13 页 2 2设计目的和任务要求设计目的和任务要求 2.1 设计目的 （1）通过实验掌握 PLC 控制系统的硬件电路、程序的设计方法及对编程软件的编辑 和调试。 （2）了解机械手的工作原理。 （3）掌握顺序控制设计法的方法和技 巧。 2.2 设计任务 机械手的动作示意图如图 2-1 所 示。它是一个水平/垂直位移的机械设 备，用来将工作由左工作台搬到右工 作台。 图 2-1 机械手的工作示意图 3 3机械手机械手 PLCPLC 控制的设计控制的设计 3.1 根据工艺过程分析控制要求 本实验是将工件由A 处传送到 B 处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双 线圈二位电磁阀推动气缸完成。当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀 断电时，机械手下降停止。只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升；当上升电磁 阀端电时，机械手上升停止。同样，左移/右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。 机械的放松/加紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为加紧电磁阀）控制。当该线圈通 电时，机械手加紧，该线圈断电时，机械手放松。 当机械手处于原点时（即左限位开关 SQ4 和上限位开关 SQ2 合上） ，启动以后， 机械手移向 A 点，加紧工件，然后回到原位，移向 B 点，放下工件，再回到原位完 成一次动作。机械手的动作过程如图 3-1 所示。 基于 PLC 的机械手的模拟 第 3 页 共 13 页 图 3-1 机械手的传送工件系统示意图 从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时， 碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。 夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上位开关，上升电磁阀 断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开 关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工作，则光电开关接通，下 降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下 降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上 升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电 磁阀，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。 至此，机械手经过八步动作完成一个周期，即为： 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降 3.2 系统控制模板 机械手模拟控制系统的模拟示意面板图如图3-2 所示。 基于 PLC 的机械手的模拟 第 4 页 共 13 页 图 3-2 机械手模拟控制系统的模拟示意面板图 3.3 输入/输出设备及 I/O 分配 1.输入设备-用以生产输入控制信号。 本设计中应包括：启动开关，其上限、下限、左限、右限的位置限位开关（实 验中由手动的纽扣开关代替） 。 2.输出设备由 PLC 的输出信号驱动的执行元件。 本设计中应包括下降电磁阀、上升电磁阀、右移电磁阀、左移电磁阀、夹紧电 磁阀（实验中由 LED 显示灯代替） 、原点指示灯。 各输入/输出设备的配置如图 3-3 所示。 3.机械手模拟控制系统的输入/输出分配表如3-1 所示。 表表 3 3- -1 1 机机械械手手模模拟拟控控制制系系统统的的I I/ /O O 分分配配表表 输入信号输出信号 名称输入点编号名称输入点编号 启动按钮 SB1 X000 机械手下降指示灯YV1 Y000 下限位按钮SQ1 X001 机械手夹紧/放松指示灯YV2 Y001 上限位按钮SQ2 X002 机械手上升指示灯YV3 Y002 右限位按钮SQ3 X003 机械手右移指示灯YV4 Y003 左限位按钮SQ4 X004 机械手左移指示灯YV5 Y004 基于 PLC 的机械手的模拟 第 5 页 共 13 页 机械手复位指示灯HL Y005 根据所确定的用户输入设备及输出设备，可画出 PLC 的 I/O 连接图，如图 3-3 所示。由图可见，PLC 共需要 5 点输入，6 点输出。 主机模块的COM 接主机模块输入端的COM0 和输出端的COM1、COM2、COM3；主机 模块的 24+、COM 分别接在实验单元的V+，COM。 图 3-3 机械手模拟控制系统的 I/O 接线图 3.4 PLC 的选择 该机械手的控制为纯开关量控制，且所要的 I/O 点数不多，因此选择一般小型 抵挡机即可。 该控制系统要实现的是步进控制，可以用一般 PLC 所具有的移位寄存器和移位 指令来编程，但若选择具有步进指令功能或鼓型控制器功能的 PLC，则实现步进控 制就更加方便了。 由于所要的 I/O 点数为 5/6 点，考虑到机械手操作的工艺固定，PLC 的 I/O 点 基本上可不留裕量。根据资料的机型，故选择三菱 FX1N-40MR 机型。 （需要比较价 格，同时考虑使用维修方便等因素，使之更加经济合理。 ） 3.5 PLC 程序设计 一、机械手二位置动作模拟程序梯形图，如图 3-4 所示。 基于 PLC 的机械手的模拟 第 6 页 共 13 页 基于 PLC 的机械手的模拟 第 7 页 共 13 页 图 3-4 二位置机械手的传送示意图 程序分析： （1）X002 和 X004 接通时，上限位和左限位闭合，机械手在远点位置。M100 置 “1”常开接点接通，使得Y005 接通，原点指示灯亮。 （2）这时按下手动按钮SB1，使得位左移SFTL 指令【SFTL M100 M101 K9 K1】 执行。 M100：源位元件起始地址，只能是位元件（X，Y，M，S） M101：目标位元件起始地址，只能是位元件（Y，M，S） K9：目标位元件个数，只能是数值 K1：移动的个数，只能是数值 在这里的 SFTL M100 M101 K9 K1 -K9 为目标元件个数，K1 表示一次移动1 位，这 里指 M100 的值传给 M101，使得 M101 置“1”M100 置“0” ，依次传到M109 形成一个 循环直到同时复位。 （3）M101 接通下降指示灯Y000 亮。当碰到下限为开关使X001 接点接通，把 M101 的值传给 M102，使得 M102 接通执行指令【SET M200】 （把 M200 置“1” ）和时间 继电器 T0。经过 1.7 秒后，时间继电器T0 延时闭合常开接点接通，把M102 的值传 给 M103，接通上升指示灯Y002。碰到上限开关使X002 接点接通，把M103 的值传给 M104，接通右移指示灯Y003。碰到右限位开关使X003 接点接通，把M104 的值传给 M105，接通下移指示灯Y000。碰到下限位开关使X001 接点接通，把M105 的值传给 M106，执行指令【RST M200】 （把 M200 置“0” ）和时间继电器T1。过 1.5 秒后，时 间继电器 T1 延时闭合常开接点接通，把M106 的值传给 M107，接通上升指示灯 Y002。碰到上限开关使X002 接点接通，把M107 的值传给 M108，接通左移指示灯 Y004。碰到左限位开关使X004 接点接通，把M108 的值传给 M109，使 M109 的置为 “1”执行指令【ZRST M101 M109】 ，使得复位M101 开始到 M109 结束。 （4）手动按钮 SB1 断开，执行指令【ZRST M101 M109】和【RST M200】 ，结束程 基于 PLC 的机械手的模拟 第 8 页 共 13 页 序。 2、设计机械手二位置动作模拟程序梯形图，如图 3-5 所示。 图 3-5 三位置机械手的传送示意图 从原点开始，按下启动按钮，下降电池阀通电，机械手下降。下降到底时，碰 到下限位开关，下降电池阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。 夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电 磁阀断电，停止上升；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到中限 位开关，右移电磁阀断电，右移停止。下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时， 碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。 放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电 磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限 位开关，右移电磁阀断电，右移停止；同时延时开关延时闭合，机械手停止运动。 延时开关闭合；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，碰到中限位开关， 左移电磁阀断电，左移停止。下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时，碰到下限 位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀通电，机械手加紧。加紧后， 上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电， 上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右 移电磁阀断电，右移停止。下降电磁阀通电机械手下降，下降到底时，碰到下限位 开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后， 基于 PLC 的机械手的模拟 第 9 页 共 13 页 上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶点时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电， 上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，碰到左限位开关，左 移电磁阀断电，左移停止。至此，机械手 18 步动作完成了一个周期的动作。程序如 图 3-6 所示。 基于 PLC 的机械手的模拟 第 10 页 共 13 页 基于 PLC 的机械手的模拟 第 11 页 共 13 页 图 3-6 三位置机械手动作的模拟程序梯形图 4设计体会与心得设计体会与心得 通过这次设计培养了我综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻 炼实践能力的重要环节,是对我实际工作能力的具体训练和考察过程。懂得了理论与 实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践 相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 对于 PLC 有了总体大致上的了解，也认识到了在这个机械手的课题上还有很大的不 足，还可以有更大的突破，机械手的设计在机械和电气方面上都还有很大的课题空 间，在以后我仍需努力。 基于 PLC 的机