机械手操作PLC控制装置.doc

目录 1 课题内容 1 2 工艺过程与控制要求 1 3 操作面板布置 3 4 输入 输出端子地址分配 3 5 整体程序结构 4 6 实现单操作工作的程序 5 7 自动操作程序 6 8 PLC 外围接线图 8 9 结论 9 参考文献 10 工程元器件清单 11 1 机械手操作控制装置 1 课题内容课题内容 用 PLC 对机械手 实物模型 操作进行控制 设机械手起始点位乙地 工作时可将 工件从甲地取起 将工件翻转后放至丙地 周而复始完成每个工件的翻转 机械手的动 作步骤如下 乙地 甲地 左转 抓取工件 丙地 右转 放置工件 返回乙地 左 转 输入输出点的分配 10001 左转限位 E100001 左转 M1 10002 右转限位 E200002 右转 M1 10003 抓手开放度限位 E3 00003 抓取 M2 10004 抓手开放度限位 E4 00004 抓取 M2 2 工艺过程与控制要求 机械手是在机械化 自动化生产过程中发展起来的一种新型装置 近年来 随着电子 技术特别是电子计算机的广泛应用 机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展 起来的一门新兴技术 它更加促进了机械手的发展 使得机械手能更好地实现与机械化 和自动化的有机结合 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 机械手虽然目前还不如人手那样灵活 但它具有能不断重复工作和劳动 不知疲劳 不怕危险 抓举重物的力量比人手大等特点 因此 机械手已受到许多部门 的重视 并越来越广泛地得到了应用 工业上机械手的应用业越来越广泛 对机械手的 控制要求和精度也越来越高 下面设计一个简单的机械手移动工件控制系统 图 a 所示为一简易机械手的工艺过 程 该机械手石一个水平 垂直位移的机械设备 其操作是将工件从左工作台搬运到右工 作 如图是机械手的控制示意图 其过程并不复杂 一共有 6 个动作 分为 3 组 即上 升 下降 左转 右转和放松 夹紧 图 1 机械手控制示意图 机械手的全部动作由汽缸驱动 而汽缸又由相应的电磁阀控制 其中 上升 下降和左移 右移分别由双线圈的两位电磁阀控制 例如 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 电磁阀断电时 机械手停止上升 同样 左移 右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制 机械手的放松 夹紧动作由一个单线圈的两位电磁阀控制 当该线圈通电时 机械手夹紧 当该线圈断电时 机械手放松 当机械手右移到位并准备下降时 为了确保安全 必须 在右工作台上无工件时才允许机械手下降 也就是说 若上一次搬运到右工作台上的工 Xxx 机械手控制装置 2 件 尚未搬走 机械手应自动停止下降 用光电开关进行有无工件的检测 原位 下降夹紧 上升右移 下降 放松上升左移 1 234 5 678 9 图 2 机械手的动作过程图 从原点开始 按下启动按钮 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 上升到顶后 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 右移到位后碰到右限位开关 右移电磁阀断电 右 移停止 若此时右工作台上无工件 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 上升到顶后 碰到上限位开关 上升 电磁阀断电 机械手停止上升 同时接通左移电磁阀 机械手左移 左移到原点时 碰 到左限位开关后 左移电磁阀断电 左移停止 至此 机械手经过 9 步动作完成了一个 周期的工作 机械手的每次循环动作均由原位开始 机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式 自动操作方式又分为步进 单 周期和连续操作 手动操作 利用按钮操作对机械手的每一步运动进行单独控制 例如 当选择上 下 运动时 按下启动按钮 机械手下降 按下停止按钮 机械手上升 当选择左 右运动时 按下启动按钮 机械手夹紧 按下停止按钮 机械手放松 步进操作 每按一次启动按钮 机械手完成一步动作后自动停止 单周期操作 机械手从原点开始 按下启动按钮 机械手自动完成一个周期的动作后 停止 连续操作 机械手从原点开始 按一次启动按钮 机械手的动作将自动地 连续不断地周期性循 环 在工作中若按一下停止按钮 机械手将继续完成一个周期的动作后 回到原点自动停止 3 3 操作面板布置操作面板布置 操作面板布置如图 3 所示 上 下 左 右 夹 紧 步进选择 连续单操作 单周期 加载选择 工作方式选择 启动 停止 指示灯组 图 3 PLC 操作面板示意图 4 输入输入 输出端子地址分配输出端子地址分配 该机械手控制系统所采用的 PLC 是德国西门子公司生产的 S7 200CPU224 图 4 是 S7 200CPU224 输入 输出端子地址分配图 该机械手控制系统共使用了 14 个输入点 6 个输出点 启动I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 I0 5 I0 6 S7 200 CPU224 上限 下限 左限 右限 停止 上升 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 下降 左转 右转 夹紧 无件 单操作 步进 单周期 连续 左右 上下 夹松 I0 7 I1 0 I1 1 I1 2 I1 3 I1 4 I1 5 工作方式选择 加载选择 Q0 5 原点指示 图 4 机械手的输入 输出接线图 Xxx 机械手控制装置 4 5 整体程序结构 机械手的整体程序结构图如图 5 所示 单操作方式断开 单操作程序 LBL JMP 在步进操作方式断开 I0 7 I0 1 步进操作 LBL JMP I1 1 I1 2 I1 2I0 0 M1 0 S R M1 0I1 1 I0 6 停止 自动操作 LBL END SM0 0 LDN I0 7 JMP 1 LBL 1 LDN I1 0 JMP 2 LBL 2 LDN I1 1 AN I1 2 JMP 3 LD I1 2 A I0 0 S M1 0 1 LD I1 1 O I0 6 R M1 0 1 LBL 3 LD SM0 0 END JMP 图 5 机械手控制系统整体程序图 若选择单操作工作方式 I0 7 断开 接着执行单操作程序 单操作程序可以独立于自动操作程序 可另行设计 在单周期工作方式下 可执行自动操作程序 在步进工作方式下 执行步进操作程序 按一下按钮执行一个动作 并按规定顺序进行 在需要自动操作方式时 中间继电器 M1 0 接通 步 进工作方式 单操作工作方式和自动操作方式 都用同样的输出继电器 5 6 单操作工作的程序 如图 6 是实现单操作工作的梯形图程序 S I1 3 I0 2 I0 0Q0 4Q0 3 I0 6 Q0 3Q0 4 I1 5 I0 0 Q0 02 R I1 5 I0 6 I0 4 I0 0 I0 4 I0 6 Q0 02 Q0 1 Q0 0 Q0 1 Q0 0 右行 左行 夹紧 放松 下降 上升 图 6 机械手单操作梯形图 为避免发生误动作 插入了一些连锁电路 例如 将加载开关扳到 左右 档时 按下启动按钮 机械手右行 按下停止按钮 机械手向左行 这两个动作只有当机械手 处在上限时才能执行 将加载开关扳到 夹 松 档 按下启动按钮 执行夹紧动作 按下停止按钮 松开 将加载开关扳到 上 下 档 按下启动按钮 下降 按停止按钮 上升 Xxx 机械手控制装置 6 7 自动操作程序 如图 7 是机械手自动操作功能图 复位 S0 0 S0 1 S0 2 S0 3 S0 4 S0 5 S0 6 S0 7 S1 0 IN IDN PT IN IDN PT I0 4Q0 5 I0 0Q0 0 I0 1Q0 2 Q0 1 I0 2 I0 3 I0 3 Q0 0 I0 1 Q0 2 Q0 1 I0 2 Q0 4 I0 2 M1 0 I0 4 M1 0 I0 5 17T37 15 T38 原点指示 下降 夹紧 上升 右行 下降 松开 上升 左行 图 7 自动操作顺序功能图 SFC PLC 由 STOP 转为 RUN 时 初始脉冲 SM0 1 对状态进行初始复位 当机械手在原点时 将状态继电器 S0 0 置 1 这是第一步 按下启动按钮后 置位状态继电器 S0 1 同时将 原工作状态继电器 S0 0 清零 输出继电器 Q0 0 得电 Q0 5 复位 原点指示灯熄灭 执 行下降动作 当下降到底碰到下限位开关时 I0 1 接通 将状态继电器 S0 2 置 1 同时 将状态继电器 S0 1 清零 输出继电器 S0 0 复位 Q0 2 置 1 于是机械手停止下降 执 行夹紧动作 定时器 T37 开始计时 延时 1 7s 后 接通 T37 动合触点将状态继电器 S0 3 置 1 同时将状态继电器 S0 2 清零 而输出继电器 Q0 1 得电 执行上升动作 由于 Q0 2 已经被置 1 夹紧动作继续执行 当上升到上限位时 I0 2 接通 将状态继电器 S0 4 置 1 同时将继电器 S0 3 清零 Q0 1 失电 不再上升 而 Q0 3 得电 执行右行动作 当右行至右限位时 I0 3 接通 Q0 3 失电 机械手右行停止 若此时 I0 5 接通 则将 状态继电器 S0 5 置 1 同时将状态继电器 S0 4 清零 而 Q0 0 再次得电 执行下降动作 当下降到底碰到下限位开关时 I0 1 接通 将状态继电器 S0 6 置 1 同时将状态继电器 S0 5 清零 输出继电器 Q0 0 复位 Q0 2 置 1 于是机械手停止下降 执行松开动作 定 时器 T38 开始计时 延时 1 5s 后 接通 T38 动合触点状态继电器 S0 7 置 1 同时将状态 继电器 S0 6 清零 而输出继电器 Q0 1 再次得电 执行上升动作 行至上限位置 I0 2 接通 将状态继电器 S1 0 置 1 同时将状态继电器 S0 7 清零 Q0 1 失电 停止上升而 Q0 4 得电 执行左行动作 到达左限位 I0 4 接通 将状态继电器 S0 1 清零 如果此 工作状态为连续工作状态 M1 0 置 1 即将状态继电器 S0 1 置 1 重复执行自动程序 若为单周期操作方式 状态继电器 S0 0 置 1 则机械手停在原点 在运行中 如按停止按钮 机械手的动作执行完当前一个周期后 回到原点自动停 止 在运行中 PLC 掉电 机械手动作停止 重新启动时 先用手动操作将机械手移回原 7 点 再按启动按钮 便可重新开始自动操作 步进动作是指按下启动按钮动作 1 次 步进动作功能图与图 7 相似 只是每步动作 都需按 1 次启动按钮 步进操作所用的输出继电器 定时器与其他操作所用的输出继电 器 定时器相同 机械手自动操作梯形图如下 SM0 1 MOV W EN IN OUT SW0 I0 2I0 4 S0 0 S0 0 SM0 0 Q0 5 I0 1 S0 1 S0 1 SM0 0 M2 0 I0 1 S0 2 s 1 SCR SCRT SCRT SCR SCRT 0 S0 2 SM0 0 Q0 2 T37 T37 S0 3 S0 3 SM0 0 M2 2 I0 2 S0 4 S0 4 SCRE SCR S 1 IN TON PT 17 SCRE SCRE SCR SCRT SCRE SCR Xxx 机械手控制装置 8 SM0 0I0 3 Q0 3 I0 3 I0 5 S0 5 S0 5 SM0 0 M2 1 I0 1 S0 6 S0 6 SCRT SCRE SCR SCRT SCRE SCR SM0 0 Q0 2 T38 T38 S0 7 S0 7 SM0 0 M2 3 R 1 IN TON PT 15 SCRT SCRE SCR SCRT SCRE I0 2 S0 1 SCR S1 0 SM0 0 Q0 4 I0 4 S1 0 M1 0 S0 0 Q0 0M2 0 M2 1 M2 2 Q0 1 M2 3 M1 0 SCRT SCRT SCRE 图 8 机械手自动操作梯形图 9 8 PLCPLC 外围外围端子接线图接线图 1L 0 0 0 1 0 2 0 3 2L 0 4 0 5 0 6 3L 0 7 1 0 1 1 N L1 AC 1M 0 0 0 1 0 20 30 4 0 50 6 0 7 2M 1 01 11 2 1 3 1 41 5 M L 24V DC传感器 电源输出 L L L N N N 120 240 AC电源 启 动 按 钮 下 限 限 位 开 关 上 限 限 位 开 关 右 限 限 位 开 关 左 限 限 位 开 关 无 式 件 检 测 开 关 停 止 按 钮 单 操 作 步 进 操 作 单 周 期 操 作 连 续 操 作 左 与 右 上 与 下 夹 松 下 降 电 磁 阀 上 升 电 磁 阀 夹 紧 电 磁 阀 右 行 电 磁 阀 左 行 电 磁 阀 原 点 指 示 图 9 PLC 端子外围接线图 Xxx 机械手控制装置 10 设计总结 通过这次 PLC 控制机械手的设计 让我对了 PLC 的设计原理 PLC 梯