机械手工件搬运PLC顺控程序[1]12doc.doc

目录第一节 绪论1.1 机械手的概念.11.2 主要技术指标.2第二节 已知情况、控制要求、设计要求2.1 已知情况.32.2 控制要求.42.3 设计要求.52.4 总体设计思路.6第三节 程序设计及调试3.1 PLC“选型”及“I/O分配”.63.2 机械手控制程序的组成63.3 机械手控制初始程序.73.4 SFC顺序功能图83.5梯形图103.6机械手工件搬运PLC顺控程序-调试顺序表.12第四节 电气设计4.1 PLC硬件设计的内容.144.2 对电气元件进行选择.144.3确定电气原理图（含plc外部接线原理图）.16第五节 感谢信.17第七节 参考文献.18第一节 绪 论机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。1.1 机械手的概念我国国家标准(GB/T 12643-90)对机械手的定义:“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手:它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手:它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。1.2 主要技术指标PLC的主要技术指标：(1) I/O分配图I/O分配图指PLC外部的输入/输出端的数目，是衡量PLC可接收输入信号和输出信号数量的能力，是一项很重要的指标。(2) 扫描速度通常以执行一步指令的时间计为“微秒/步”。(3) 内存容量一般以PLC所能存放用户程序多少来衡量，实际是指用户程序容量，它未包括系统程序存储器的容量。(4) 指令系统指令系统的指令种类和条数是衡量PLC软件功能强弱的重要指标，PLC指令种类越多，其软件功能越强。(5) 内部寄存器PLC内部有许多寄存器，用以存放变量状态中间结果和数据等，寄存器的配置情况常是衡量PLC硬件功能的一个指标。(6) 编程语言一般用梯形图指令助记符，控制系统流程图语言，高级语言等。(7) 编程手段手持编程器，CRT编程器，计算机编程器及相应的编程软件。(8) 功能模块PLC内部用光耦合器、输出模块中的小型继电器和光电晶闸管等器件来实现对外部开关信号的隔离，PLC的模拟量I/O模块一般也用光耦合来实现隔离，这些器件除了能减少或消除外部干扰对系统的影响外，还可以保护CPU模块，使之免受从外部窜入的PLC高压的危害，因此一般没有必要在PLC外部在设置干扰隔离器件。在某些工业环境，PLC受到强烈的干扰，由于现场条件的限制，有时很长的强电电缆和PLC的低压控制电缆只能敷设在同一电缆沟内，强电干扰在输入线上生产的感应电压和感应电流相当大，使PLC产生误动作，在这种情况下，对于用长线引入PLC 的开关量信号，可以用小型继电器来隔离。第二节 导入部分 机械手计件搬运过程设计要求2.1 已知情况某机械手由导轨、滑台、升降杆、吸头等部分组成，其工作过程（工作循环）如下图，元件动作状态如下表。“机械手”工作过程示意图 2.2工序及控制要求要求要支持点动、回原点、连续等3种工作方式。对“点动、回原点、连续”等方式的控制要求，用链格式，扼要叙述如下：(步0)原位：计件满 装满灯亮 清0按下 计数复位计满灯暗点动方式点动控制程序其他方式返回（步0）回原点方式回原点控制程序返回（步0）连续方式原点条件左限、上限、释放、计件欠启续(步1)下降SQ4下限位1态(步2)吸持：T定时2sec2sec到(步3)上升SQ3上限位1态(步4)右移SQ2右限位1态(步5)下降SQ4下限位1态(步6)释放：计数增1定时1sec1sec到(步7)上升SQ3上限位1态(步8)左行SQ1左限位1态重新回到原位(步0)说明1：对“点动、回原点、连续”式的选择操作，只有在“原点”步，才能立即响应；当机械手工作于其他工作步时，如果进行“点动、回原点、连续”的选择操作，所作出的选择，要等待回到“原位”之后才能作出响应，此即所谓“方式选择，推迟响应”。说明2：在“点动”方式，要求对机械手的每个基本动作，均能实现点动。说明3：在“连续”方式，要求机械手周而复始的进行工作；中途收到“推迟响应的停止”称为“预停”。2.3 a设计要求根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：(1)要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；(2)要能完全满足控制要求；(3)要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；(4)本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱(柜)等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；(5)要求在操作屏上用数码管显示计件数。(6)操作屏上要有完整的信号指示，包括对各工作步指示，以及电源、启动、停止、故障等指示。因本次设计时间紧，程序设计及调试部分、电气设计部分要求做到具体到位，柜屏设计部分不作要求。2.3 b.总体设计思路根据已知情况、控制要求、设计要求，本PLC计件机械手装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下4个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下：(1)程序设计及调试拟采用经验编程法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试，也可以用仿真软件自行调试；(2)电气设计完成电气线路原理图设计；(3)安装、接线、联合测试完成电气元件的安装、接线，并对程序与线路进行联合测试；(4)后期工作说明操作过程、机械手动作过程、拟定常见故障排除方案、编写设计说明书等。第三节 程序设计及调试3.1 PLC“选型”及“I/O分配”根据I/O分配情况有16个输出入口，和9个输出口，在选型上要有多余的输入、输出口以保证以后的扩展和防止其它输入输出端口的损坏，以保证替代作用。所以在这里我们选三菱FX系列FX2N48MR为控制主机。 机械手控制程序的组成机械手的控制程序的组成情况如图所示。该程序主要由初始程序、主体程序和声警程序等三部分组成，主体程序又包括了切换程序、计数及定时程序、动作程序和信号程序。3.2 划分“工作步”、明确PLC输出端外接元件的动作状态根据机械手搬运启动的工序、控制要求及I/O分配图，划分“工作步”及明确PLC输出端外接元件的动作状态，如下表。序号工作步下行KM1吸持YV上行KM2右行KM3回移KM40原位(松开)-1下行+-2吸持-+-3上行-+-4右行-+-+-5下行+-6释放-7上行-+-8回移-+注1：KM1、KM2升降电机M1的正、反转接触器注2：KM3、KM4移行电机M2的正、反转接触器注3：吸持线圈YV通电时吸持钢球、断电后释放钢球3.32 机械手控制初始程序PLC-机械手的初始程序的梯形图如图由M8002开机脉冲使M0置1从而“初入步0”。M8041为“启续”继电器，对启动信号X5进行记忆；并由预停信号X6解除记忆，实现“预停”功能。M8044为“原点条件”继电器，由它判断原点条件是否满足；该原点条件继电器，当且仅当机械手同时满足“左(左限位)、上(上限位)、释(释放)、欠(计件欠)”之时，其状态才为1态，表示原点条件成立。3.4切换程序-SFC顺序功能图机械手-切换程序的SFC功能图如下图，其根据I/O分配图及控制要求步0步8、步10的状态分别存放在M0M8、M10之中。在初始程序中，由M8002开机脉冲使M0置1而“初入步0”， 机械手停于原位；而在切换程序中，通过X20（SA20开关）选择“手动/自动”工作方式，该程序在由自动方式切换到点动方式时，需要等到机械手返回到原位之后才能进行，避免了因为方式切换而造成的误动作或者其它事故。在自动工作方式，按动启动钮X5M80411态，使机械手可以从“步0”切换到“步1” ；当原点条件M8044因为“C0计件满”而变为假时，机械手进入“原位停留”状态，等候“清0信号X0”的到来；一旦C0被清0，机械手立即中止“原位停留”状态，自动开始新一轮的“计件搬运”循环。3.5梯形图S M0初入步0M10X20步10步0步10b切步0态01R M10步10S M2M1R M1步1步2步1步2态01步1X4切S M3M2步2步3步2切步3态01R M2步2T2S M4M3步3步4步3切步4态01R M3步3X3S M10M0X20R M0步0步10步0切步10步0M8044a点动S M1R M0步1步1步0X20b自动M8041原点切态01S M5M4R M4步4步5步4步5态01步4X2切S M6M5步5步6步5切步6态01R M5步5X4S M7M6步6步7步6切步7态01R M6步6T6S M8M7步7步8切步8态01R M7步7X3S M0M8步8步0步8切步0R M7步6X1初入步0的梯形图 见初始程序步7M0M8 M10：存放步0步8 步10状态Y1M1M3X4y2Y2X3y1步1步3下限上限互M5步5M7步7下降上升M10点动X11点下M10点动X12点上吸持S Y5M2M6R Y5M4M8Y3X2y4Y4X1y3步2步6步4步8右限左限互释放右行点动X13点右M10点动X14点左左行M10点动X15点吸M10点动 3 3333X16点释223.6 机械手工件搬运PLC顺控程序-调试顺序表序号切入操作切入的工作步信号指示0.0PLC开机RUN档步0：原位(停留)步0灯HL10亮1.0SA20(K8)点动档X201态：点左钮X14按下点降钮X12按下点释钮X16按下点升钮X11按下清0钮X0短时按下左、上、释、欠：M80441态步10：点动点动左移点动下降点动释放点动上升点动清0原点条件指示灯HL0亮2.0SA20(K8)自动档X200态步0：原位(停留)步0灯HL10亮 原点灯HL0亮2.1SB5短时按下X5短时1态M8041保持1态步1：空手下降步1灯HL11亮 原点HL0亮灭2.2离开上限位：SQ3(K3)0态降至下限位：SQ4(K4)1态步2：吸持步2灯HL12亮2.3吸牢定时T21态步3：抓球上升步3灯HL13亮2.4离开下限位：SQ4(K4)0态升至上限位：SQ3(K3)1态步4：抓球右行步4灯HL14亮2.5离开左限位：SQ1(K1)0态到达右限位：SQ2(K2)1态步5：抓球下降步5灯HL15亮2.6离开上限位：SQ3(K3)0态降至下限位：SQ4(K4)1态步6：释放钢球步6灯HL16亮2.7释放定时T61态步7：空手上升步7灯HL17亮2.8离开下限位：SQ4(K4)0态升至上限位：SQ3(K3)1态步8：空手回移(左行)步8灯HL18亮3.0离开右限位：SQ2(K2)0态到达左限位：SQ1(K1)1态步0：原位(一闪而过)步0灯HL0亮 原点灯HL0亮3.1C0计数欠M80441态步1：再次空手下降步1灯H11亮 原点灯HL0灭第四节 电气设计4.1 PLC硬件设计的内容（a） PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。（b） 选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀等。4.2 对电气元件进行选择(1)电动机所用接触器的选择接触器的基本选择原则：接触器的额定电流电动机的额定电流。交流接触器一般按“AC-3类别”设计，如CJ10系列、CJ20系列，适合于“一般任务”的笼型电动机；对“重任务”的笼型电动机，如选用AC-3类别的接触器，则应降级使用。(2)热继电器的选择热继电器的基本选择原则：热继电器的额定电流电传机的额定电流In；发热元件的额定电流电传机的额定电流In，动作整定值(1.01.1)In，当电动机启动电流不超过6倍且启动时间不超过5Sec时取1.0，其它可取1.1。(3)笼型电动机所用低压断路器的选择低压断路器，又名自动空气开关，简称“空开”。笼型电动机所用空开的基本选择原则：空开的额定电流(1.52)电传机的额电流In；瞬时脱扣器整定电流10电传机的额电流In；热脱扣器(长延时)整定电流(11.1) 电传机的额电流In；6倍长延时电流整定值的可返回时间电动机的启动时间，按实际可选用返回时间1s、3s、5s、8s、15s中的某一档。笼型电动机空开速算口诀：“电动机瞬动，千瓦20倍” 因笼型电动机额定电流大约是其千瓦数的2倍，故瞬时脱扣整定电流应是千瓦数的20倍；“热脱扣，按额定” 热脱扣器整定电流约等于电传机的额定电流。(4)电动机配用导线的选择电动机配线速算口诀：“1.5加二，2.5加三，4.0加四” 如1.5mm2的铜芯塑料线，能配3.5kW的及以下的电动机，还留有余量；“6后加六，25后加五” 表示6mm2的铜芯塑料线，能配12kW的及以下的电动机；“50后递增减五” 50mm2可配45kW电动机，70mm2可配60kW等；“百二导线，配百数” 120mm2的铜芯塑料线可配100kW电动机。4.3确定电气原理图(含PLC外部接线原理图).1.电器原理图及情况说明机械手的电气原理图如图所示。该电气原理图是在实训设备上完成设备接线，分析设备的电气原理图如下图所示。进行程序模拟调试的重要依据。机械手-电气原理图现对该电气原理图的关键点分析如下：(1)整台设备采用空开QF作为总电源开关，拉闸之后，使设备与电源完全断开，确保设备不带电；对PLC未加装分电源开关，以简化操作过程；(2)由于两台电机均为短时重复工作，并且功率较小，故在电机回路不需过载热保护，由空开QF实现过流保护，由熔断器FU1、FU2分别实现短路保护；(3)对电机M1的正反转接触器KM1与KM2的线圈实施“硬互锁”，以防止正反转切换时出现“边相短路故障”；对电机M2的正反转接触器KM3与KM4的线圈实施“硬互锁”，以防止正反转切换时出现“边相短路故障”；(4)回原点条件M8044满足时原点灯HL10点亮，提醒操作人员：机械手已完全具备了进入自动工作循环的条件。（5） 包装盒装满钢球之后装满指示灯【发光】喇叭【发声】，提醒操作人员：包装盒已满了，请进行“清0处理”。2.常见故障及排除方案常见故障及其排除方案如下表：序号故障现象可能原因排除方案1电源总开关【合上】，电源灯【不亮】1电源灯【损坏】2第三路火线【存在开路】1更换电源灯2查相关接线端2热障灯【不亮】，之后，启动按钮【失效】硬互锁开关【保护性动作】查看启动按钮是否合上/关断3PLC故障灯一直闪烁梯形图出现错误检查梯形图是否正确4吸头不能吸球吸头没有通电检查相关电路第五节 感谢信通过一个学期对张老师的案例教程的的学习，这一周的时间开始的对所对学习情况的检验，我们开始的PLC自动控制的课程设计。我选择的是做计件机械手“计件搬运型”机械手PLC-控制装置的设计，在张老师的引导和解下我清楚的认识到机械手计件搬运型机械手PLC控制装置的设计是一个非常具有代表性的课题，在现实工厂运作是非常的实用的，通过这次认真的课程设计，对以后的工人得相当的有帮助的。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；而可编程控制器（）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。在设计方面我们首先听取张老师的的设计步骤，了解控制要求，设计要求来展开。通过绘出机械手的动作元件表，统计I/O口分配表根据I/O来选择PLC型号，写出要，机械手控制程序的组成，写出初始程序，根据设计要求写出SFC顺序功能图，通过SFC顺序图得用绘图板画出梯形图，实现程序的调试和运行。在这次