搬运机械手PLC控制系统设计

毕业设计毕业设计 论论文 文 报报告告 搬运机械手搬运机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 专 业 机电一体化 班 级 0903 学生姓名 赵永红 学 号 100091602 指导教师 唐亦敏 2011 年 11 月 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 i 搬运机械手搬运机械手 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 摘摘 要 要 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 主要在汽车 电子 机械加工 食品 医药等领域的生 产流水线或货物装卸调运 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 本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的 上升下降运动及夹紧工件的动作 两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制 电动机的正反转 从而实现小车的快进 慢进 快退 慢退的运动运动 其动 作转换靠设置在各个不同部位的行程开关 SQ1 SQ9 产生的通断信号传输到 PLC 控制器 通过 PLC 内部程序输出不同的信号 从而驱动外部线圈来控制电 动机或电磁阀产生不同的动作 可实现机械手的精确定位 其动作过程包括 下降 夹紧 上升 慢进 快进 慢进 延时 下降 放松 上升 慢退 快 退 慢退 其操作方式包括 回原位 手动 单步 单周期 连续 来满足生 产中的各种操作要求 关键词关键词 啮合搬运机械手 可编程控制器 PLC 液压 电磁阀 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 ii ABSTRACT Abstract Abstract With the popularity of industrial automation and development the demand for year on year increase of controller handling the application of robot gradually popularity mainly in the automotive electronic mechanical processing food medicine and other areas of the production line or cargo transport we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development The manipulator mechanical structure includes two solenoid valves controlled by hydraulic manipulator steel to achieve the increased decline in sports and workpiece clamping action the two different motor speed through the two motor coils positive control in order to achieve car of the fast forward slow forward fast rewind slow movement back movement conversion by setting its acti on in various different parts of the trip switch SQ1 SQ9 generated on off signal transmission to the PLC controller through the PLC internal different output signal which drives the external coil to control the motor or solenoid valves have a different action the robot can achieve precise positioning their course of action include decline in clamping increased slow forward fast forward slow progress the extension of the drop in relax rise slow back rewind slow back its operation including Back in situ manual single step single cycle continuous to meet the production requirements of the various operations and maintenance KeyKey words words handling mechanical hands Programmable Logic Controller PLC hydraulic solenoid valve 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 iii 目录目录 前言 1 第一章 机械手的概况 2 1 1 搬运机械手的应用简况 2 1 2 机械手的应用意义 3 1 3 机械手的发展概况 3 1 4 机械手的发展趋势 4 1 5 PLC 概况及在机械手中的应用 6 第二章 搬运机械手总体设计方案 9 2 1 搬运机械手结构及其动作 9 2 2 机械手的控制过程 9 2 3 机械手的控制要求 10 第三章 搬运机械手硬件系统设计 11 3 1 机械手的结构 11 3 2 电气控制的设计 11 3 3 操作面板及动作说明 12 3 4 I O 分配 12 第四章 搬运机械手的软件系统设计 14 4 1 梯形图的总体设计 14 4 2 各部分梯形图的设计 14 第 5 章 结论 21 附录 22 谢辞 27 参考文献 28 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 1 前言前言 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 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 运动机构的升降 伸缩 旋转等独立运动方式 称为机械手的自由 度 为了抓取空间中任意位置和方位的物体 需有 6 个自由度 自由度是机 械手设计的关 键参数 自由 度越多 机械手的灵活性越大 通用性越广 其 结构也越复杂 一般专用机械手有 2 3 个自由度 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 机械手首先是从美国开始研制的 1958 年美国联合控制公司研制出第一台 机械手 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 2 第一章第一章 机械手的概机械手的概况况 1 1 搬运机械手的应用简况搬运机械手的应用简况 在现代工业中 生产过程的机械化 自动化已成为突出的主题 在机械 工业中 加工 装配等生产是不连续的 专用机床是大批量生产自动化的有 效办法 程控机床 数控机床 加工中心等自动化机械是有效解决多品种小 批量生产自动化的重要办法 但除切削加工本身外 还有大量的装卸 搬运 装配等作业 有待于进 一步实现机械化 据资料介绍 美国生产的全部工业零件中 有 75 是小批 量生产 金属加工生产批量中有四分之三在 50 件以下 零件真正在机床上加 工的时间仅占零件生产时间的 5 从这里可看出 装卸 搬运等工序机械化 的迫切性 工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的 机械手可在 空间抓放物体 动作灵活多样 适用于可变换生产品种的中 小批量自动化 生产 广泛应用于柔性自动线 国内外机械工业 铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面 1 热加工方面的应用 热加工是高温 危险的笨重体力劳动 很久以来就要求实现自动化 为 了提高工作效率 和确保工人的人身安全 尤其对于大件 少量 低速和人 力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 2 冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类 盘类和箱体类等零件 单机加工时的上下料和刀具安装等 进而在程序控制 数字控制等机床上应 用 成为设备的一个组成部分 最近更在加工生产线 自动线上应用 成为 机床 设备上下工序联接的重要于段 3 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一 促进了机械手的 发展 目前国内铁路工厂 机务段等部门 已采用机械手拆装三通阀 钩舌 分解制动缸 装卸轴箱 组装轮对 清除石棉等 减轻了劳动强度 提高了 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 3 拆修装的效率 近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手 可用以对客车 内部进行连续喷漆 以改善劳动条件 提高喷漆的质量和效率 近些年 随着计算机技术 电子技术以及传感技术等在机械手中越来越 多的应用 工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素 1 2 机械手的应用意义机械手的应用意义 在机械工业中 机械手的应用意义可以概括如下 1 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手 有利于提高材料的传送 工件的装卸 刀具的更换以及机 器的装配等的自动化程度 从而可以提高劳动生产率 降低生产成本 加快 实现工业生产机械化和自动化的步伐 2 可以改善劳动条件 避免人身事故在高温 高压 低温 低压 有灰 尘 噪声 臭味 有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中 用人手直接操作是有危险或根本不可能的 而应用机械手即可部分或全部代 替人安全地完成作业 大大地改善了工人的劳动条件 在一些动作简单但又 重复作业的操作中 以机械手代替人手进行工作 可以避免由于操作疲劳或 疏忽而造成的人身事故 3 可以减少人力 便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作 这是直接减少人力的一个侧面 同时由 于应用机械手可以连续地工作 这是减少人力的另一个侧面 因此 在自动 化机床和综合加工自动生产线上 目前几乎都设有机械手 以减少人力和更 准确地控制生产的节拍 便于有节奏地进行生产 综上所述 有效地应用机械手是发展机械工业的必然趋势 1 3 3 机械手 的发展概况与发展趋势 1 3 机械手的发展概况机械手的发展概况 专用机械手经过几十年的发展 如今已进入以通用机械手为标志的时代 由于通用机械手的应用和发展 进而促进了智能机器人的研制 智能机器人 涉及的知识内容 不仅包括一般的机械 液压 气动等基础知识 而且还应 用一些电子技术 电视技术 通讯技术 计算技术 无线电控制 仿生学和 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 4 假肢工艺等 因此它是一项综合性较强的新技术 目前国内外对发展这一新 技术都很重视 几十年来 这项技术的研究和发展一直比较活跃 设计在不 断地修改 品种在不断地增加 应用领域也在不断地扩大 早在 40 年代 随着原子能工业的发展 已出现了模拟关节式的第一代机 械手 50 60 年代即制成了传送和装卸工件的通用机械手和数控示教再现型机 械手 这种机械手也称第二代机械手 如尤尼曼特 Unimate 机械手即属于这 种类型 60 70 年代 又相继把通用机械手用于汽车车身的点焊和冲压生产自动 线上 亦即是第二代机械手这一新技术进入了应用阶段 80 90 年代 装配机械手处于鼎盛时期 尤其是日本 90 年代机械手在特殊用途上有较大的发展 除了在工业上广泛应用外 农 林 矿业 航天 海洋 文娱 体育 医疗 服务业 军事领域上有较 大的应用 90 年代以后 随着计算机技术 微电子技术 网络技术等的快速发展 机械手技术也得到飞速的多元化发展 总之 目前机械手的主要经历分为三代 第一代机械手主要是靠人工进行控制 控制方式为开环式 没有识别能 力 改进的方向主要是将低成本和提高精度 第二代机械手设有电子计算机 控制系统 具有视觉 触觉能力 甚至听 想的能力 研究安装各种传感器 把接收到的信息反馈 使机械手具有感觉机能 第三代机械手能独立完成工 作过程中的任务 它与电子计算机和电视设备保持联系 并逐步发展成为柔 性系统 FMS Flexible Manufacturing System 和柔性制造单元 FMC Flexible Manufacturing Cell 中重要一环 1 4 机械手的发展趋势机械手的发展趋势 目前国内工业机械于主要用于机床加工 铸锻 热处理等方面 数量 品种 性能方面都不能满足工业生产发展的需要 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 5 因此 国内主要是逐步扩大机械手应用范围 重点发展铸锻 热处理方 面的机械手 以减轻劳动强度 改善作业条件 在应用专用机械手的同时 相应地发展通用机械手 有条件的还要研制示教式机械手 计算机控制机械 手和组合式机械手等 将机械手各运动构件 如伸缩 摆动 升降 横移 俯仰等机构 以及 适于不同类型的夹紧机构 设计成典型的通用机构 以便根据不同的作业要 求 选用不用的典型部件 即可组成各种不同用途的机械手 既便于设计制 造 又便于改换工作 扩大了应用的范围 同时要提高精度 减少冲击 定 位精确 以更好地发挥机械手的作用 此外还应大力研究伺服型 记忆再现 型 以及具有触觉 视觉等性能地机械手 并考虑于计算机联用 逐步成为 整个机械制造系统中的一个基本单元 在国外机械制造业中 工业机械手应用较多 发展较快 目前主要用于 机床 模锻压力机的上下料 以及点焊 喷漆等作业中 它可按照事先制定 的作业程序完成规定的操作 但是还不具备任何传感反馈能力 不能应付外 界的变化 如发生某些偏离时 就将引起零部件甚至机械手本身的损坏 为 此 国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手 使其拥有一 定的传感能力 能反馈外界条件的变化 做出相应的变更 如位置发生稍些 偏差时 即能更正 并自行检测 重点是研究视觉功能和触觉功能 视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪 即距离传感器 以及卫星计算机 工作时 电视照相机将物体形象变成视频信号 然后传送 给计算机 以便分析物体的种类 大小 颜色和方位 并发出指令控制机械 手进行工作 触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置 工作时机械手先伸出 手指寻找工件 通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用 然后伸向前 方 抓住工件 手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制 达到自动调 整握力的大小 总之 随着传感技术的发展 机械手的装配作业的能力将进 一步提高 到 1995 年 全世界约有 50 的汽车由机械手装配 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 6 现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单 元相结合 从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态 1 5 PLC 概况及在机械手中的应用概况及在机械手中的应用 1 可编程序控制器的应用和发展概况 可编程序控制器 programmable controller 现在一般简称为 PLC programmable logic controller 它是以微处理器为基础 综合了 计算机技术 半导体集成技术 自动控制技术 数字技术 通 信网络技发展 起来的一种通用的工业自动控制装置 以其显著的优点在冶金 化工 交通 电力等领域获得了广泛的应用 成为了现代工业控制三大支柱之一 在可编程序控制器问世以前 工业控制领域中是继电器控制占主导地位 传统的继电器控制具有结构简单 易于掌握 价格便宜等优点 在工业生产 中应用甚广 但是控制装置体积大 动作速度较慢 耗电较多 功能少 特 别是由于它靠硬件连线构成系统 接线繁杂 当生产工艺或控制对象改变时 原有的接线刻控制盘 柜 就必须随之改变或更换 通用性和灵活性较差 2 PLC 的应用概况 PLC 的应用领域非常广 并在迅速扩大 对于而今的 PLC 几乎可以说凡是 需要控制系统存在的地方就需要 PLC 尤其近几年来 PLC 的性价比不断提高已 被广泛应用在冶金 机械 石油 化工 轻功 电力等各行业 按 PLC 的控制类型 其应用大致可分为以下几个方面 1 用于逻辑控制 这是 PLC 最基本 也是最广泛的应用方面 用 PLC 取代继电器控制和顺 序控制器控制 例如机床的电气控制 包装机械的控制 自动电梯控制等 2 用于模拟量控制 PLC 通过模拟量 I O 模块 可实现模拟量和数字量之间转换 并对模拟量 控制 3 用于机械加工中的数字控制 现代 PLC 具有很强的数据处理功能 它可以与机械加工中的数字控制 NC 及计算机控制 CNC 紧密结合 实现数字控制 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 7 4 用于工业机器人控制 5 用于多层分布式控制系统 高功能的 PLC 具有较强的通信联通能力 可实现 PLC 与 PLC 之间 PLC 与 远程 I O 之间 PLC 与上位机之间的通信 从而形成多层分布式控制系统或工 厂自动化网络 3 PLC 的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 PLC 能在恶劣的环境如电磁干扰 电源电压波动 机械振动 温度变化等 中可靠地工作 PLC 的平均无故障间隔时间高 日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均无故障时间间隔长达 30 万 h 这是一般微机所不能比拟的 2 控制系统构成简单 通用性强 由于 PLC 是采用软件编程来实现控制功能 对同一控制对象 当控制要 求改变需改变控制系统的功能时 不必改变 PLC 的硬件设备 只需相应改变 软件程序 3 编程简单 使用 维护方便 4 组合方便 功能强 应用范围广 PLC 既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制 既可用单片机控制 又可用于组成多级控制系统 既可控制简单系统 又可控制复杂系统 因此 PLC 应用范围很广 5 体积小 重量轻 功耗低 PLC 采用了半导体集成电路 外形尺寸很小 重量轻 同时功耗也很低 空载功耗约 1 2KW 5 PLC 在机械手中的应用 机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作 从而节省人 的劳动 普通继电器由于其体积和接口等各方面限制 经常被应用于动作简 单的电气及流水线控制 而 PLC 以其可靠性高 抗干扰能力强 控制系统构成 简单 通用性强 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 8 编程简单 使用 维护方便 组合方便 功能强 应用范围广 体积小 重量轻 功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合 本 设计正是以 PLC 控制为基础从而实现机械手的各种动 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 9 第二章第二章 搬运机械手总体设计方案搬运机械手总体设计方案 2 1 搬运机械手结构及其动作搬运机械手结构及其动作 本机械手用于生产线上工件的自动搬运 根据对机械手的工艺过程及控制 要求分析 机械手的动作过程如图 2 1 所示 图 2 1 机械手的动作周期 2 2 机械手的控制过程机械手的控制过程 如图 3 1 所示由 A B 两个液压缸完成工件的夹紧和提升的动作 A 缸通过 一个单电两位四通电磁换向阀控制工件的夹紧 放松 B 缸通过一双电两位四 通电磁阀控制机械手的升降 由小车实现机械手的移动 该小车由两台电动机 驱动 一台是高速 一台是慢速 当小车前进时以慢 快 慢的形式进行 返 回时按慢 快 慢的形式后退 当工件从传送带传输到机械手下方时 工件碰 压行程开关 SQ1 B 缸活塞杆伸出 带动机械手下降 下降至终点碰压行程开关 SQ3 与机械手夹钳相连的 A 缸活塞杆收进 机械手将工件夹紧 当工件夹紧到 位时 行程开关 SQ5 动作 B 缸的活塞杆收进 把工件提升 当工件提升到最 高位置时碰压行程开关 SQ4 启动小车慢速右行 当小车碰压行程开关 SQ7 时 转为快速行走 接近终点时小车碰压行程开关 SQ8 转为慢速行走 行至右端 行程开关 SQ9 小车停止前进 停留 5 秒后 B 缸活塞杆再次外伸 机械手下降 至终点 A 缸活塞杆外伸带动夹钳松开 将工件放下 然后机械手上升 小车 以慢 快 慢的形式沿原路返回 恢复到图示所示的原点位置 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 10 2 3 机械手的控制要求机械手的控制要求 为了便于生产加工 维修 调整设置的工作方式选择开关 分为手动和自 动操作 其中自动操作中包括了 单步 单周期 连续 手动操作包括手动和 回原位的操作 手动操作 供维修用 即用按钮对机械手的每一步动作单独控制 例如 当选择手动操作时 按下上升 下降按钮 机械手在满足条件情况下即执行相应 的动作 其它动作以此类推 回原位 当由于断电或其它原因导致机械手运行中途停止时 再次通电将 操作方式选择置于回原位位置 按下复位按钮 机械手即可按最短路径的原则 返回到原点位置 单步运行 供试用 即没按一次启动按钮机械手向前执行一个动作后停止 单周期运行 供首次检验用 当机械手在原点时按下启动按钮 机械手自 动执行一个周期后停止在原点位置 连续运行 正常使用 当机械手在原点并按下启动按钮时 机械手周而复 始的执行各工步动作 该机械手在自动工作状态时 应先将其工作方式选择开关放在 返回原位 并按下返回原位按钮 对状态器进行置位 然后再将工作方式选择开关放置 自动工作方式下 若自动工作状态解除 则硬件工作方式选择开关放置于 手 从操作 位置 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 11 第三章第三章 搬运机械手硬件系统设计搬运机械手硬件系统设计 硬件系统设计包括机械部分和电气控制部分的设计 3 1 机械手的结构机械手的结构 设计其结构如图 3 1 所示 图 3 2 机械手的结构示意图 图中设置 9 个行程开关 SQ1 SQ9 用于检测工件 小车 机械手的位置及机 械手夹钳的夹紧 放松状态 并对系统实施控制 其中 SQ1 为工件是否到位的 检测开关 SQ2 为小车原位检测开关 SQ3 SQ4 分别为机械手下降上升是否到 位检测开关 SQ5 SQ6 分别为机械手夹紧放松检测开关 SQ7 SQ8 分别为小车 速度转换开关 SQ9 为小车运动停止开关 3 2 电气控制的设计电气控制的设计 包括主电路和控制电路的设计 主电路由两台电动机 即慢速电机和快速 电机 分别拖动小车慢行和快行 其控制如下 慢速电动机 M1 由接触器 KM1 KM2 分别控制其正传和反转 快速电动机 M2 由接触器 KM3 和 KM4 分别控 制其正传和反转 机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一 个液压缸完成的 在通电情况下 机械手松开 得电时松开 可以防止在设备 运行过程中突然断电导致的机械手松开 工件脱落的情况发生 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 12 3 3 操作面板及动作说明操作面板及动作说明 根据控制和生产工艺的要求 控制操作包括手动和自动 手动又包括手动 步进 回原位操作 自动控制包括单步 单周期 连续的操作 故操作方式选 择开关设置有五个档位 手动工作方式下 手动动作包括上升 下降 放松 快进 慢进 快退 慢退和复位 故设置六个动作看官按钮 各个动作进行的 同时均设有动作指示灯 另外设有启动停止按钮 其操作面板如图 3 2 所示 图 3 2 机械手操作面板示意图 3 4 I O 分配分配 I O 设备即所需的 I O 点数如下表所示 信号I O 设备 I O 点 数 信号I O 设备I O 点数 输入 操作方式选择旋钮开关 手动时运动选择按钮 启动停止按钮 行程开关 5 8 2 9 输出 交流接触器控制线圈 电磁阀 动作指示 原点指示 4 3 8 1 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 13 根据 I O 点的分配要求及考虑 10 到 15 的 I O 裕量 本设计 PLC 采用 F1 60MR 36 24 型 样图见图 3 3 所示 图 3 3 F1 40MR 样图 控制电路设计主要是 PLC 输入 输出接线的设计 其 I O 分配如图 3 4 所 示 电气接线图见附图 图 3 4 PLC I O 接线控制图 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 14 第四章第四章 搬运机械手的软件系统设计搬运机械手的软件系统设计 机械手动控制属顺序控制 故其手动程序采用普通的 PLC 控制指令控制 自动程序采用步进梯形指令控制 4 1 梯形图的总体设计梯形图的总体设计 按照机械手控制和工艺流程的要求 在选择 手动方式 时应执行手动程 序 在选择 回原位 时应执行回原位程序 在选择自动程序时应执行自动程 序 其中自动程序要在启动按钮按下时才执行 故梯形图的总体构成如图 4 1 所示 图 4 1 搬运机械手 PLC 控制梯形图总体构成 4 2 各部分梯形图的设计各部分梯形图的设计 1 通用部分梯形图设计 通用部分梯形图分为三部分 1 状态器的初始化 初始化状态器 S600 在手动方式下被置位 复位 当方式选择开关置于 返回原位 X514 接通 时 按下复位按钮 X507 时 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 15 被置位 在 手动操作 X510 接通时 S600 复位 处于中间工步的状态器 用手动做复位操作 即在方式选择开关位于 手动操作 或 返回原位 时 中间状态器同步复位 故初始化梯形图如图 4 2 所示 如果状态器要在供电 时从断电前条件开始继续工作 则不需要 M71 图 4 2 状态器初始化梯形图 2 状态器转换启动 若机械手工作在自动工作方式下 当初始状态器 S600 被置位后按下启动按钮 辅助继电器 M575 工作 状态器的状态可以一步 一步的向下传递 即可进行转换 在执行 连续程序 时 转换启动继电器 M575 一直保持到停机按钮按下为止 另一面采用 M100 检查机器是否处于原位 当 M575 和 M100 都接通时 从初始状态器开始进行转换 故其梯形图如图 4 3 所示 图 4 3 状态器转换启动梯形图 3 状态器转换禁止梯形图 激活特殊辅助继电器 M574 并用步进梯形指 令控制状态器转换时 状态器的转换就被自动禁止 在 单周期 工作期间 按下停止按钮时 M574 应被激励并自保持 操作 停止在现行工步 当按下停止按钮时 从现行工步重新开始工作 M574 应复位 即重新允许新转换 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 16 在 步进 工作方式时 M574 应始终工作 此时 禁止任何状态转换 但 没按下一次启动按钮时 M574 断开一次 允许状态器转换一次 在 手动 工作方式时禁止进行状态转换 在手动方式解除之后 按下启 动按钮 则状态转换禁止解除 M574 复位 PLC 在启动时 用初始化脉冲 M71 和 M574 自保持 以此禁止状态转换 直 到按下启动按钮 故状态器转换禁止梯形图如图 4 4 所示 图 4 4 状态器转换禁止梯形图 通过对 3 7 和 3 8 的分析可得出 在执行 手动操作 和 返回原位 程序时 M575 一直不能被接通 而 M574 长期被接通 按下启动按钮时除外 执行 步进 程序时没按一次启动按钮 M574 断开一次 M575 接通一次 状 态器转换一次 在执行 单周期操作 程序时 按下启动按钮 M574 断开 M575 接通 状态器的转换可一步一步向下转换 直至按下停止按钮时 M574 自 锁 状态器的转换被禁止 操作停止在现行工序 再次按下启动按钮时从现行 工序开始工作 在执行 连续程序 时 M575 一直接通到按下停止按钮 此 时 M574 一直不能接通 2 手动操作梯形图 手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制 可以用常规继电器顺序方 式来设计梯形图 手动操作时 按下放松按钮时 机械手卡抓松开 当松开 放松按钮时 机械手卡爪在液压缸作用下自动加紧并保持 按下上升按钮 上 升输出 Y435 保持接通 按下下降按钮 Y436 保持接通 在上限位按下慢进按 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 17 钮 慢进输出 Y430 接通 至行程开关 SQ7 闭合 小车停止 快进 快退 慢退 情况同慢进 手动操作梯形图设置有互锁 只有在小车处于左限位 即 X403 闭合 或右 限位 即 X412 闭合 时机械手的上升下降动作才能进行 只有当机械手处于下 限位 即 X404 接通 机械手的加紧放松动作才可以手动控制 为了安全 同一 个电动机的正反转线圈不能同时接通 设计中设计了自锁开关 防止线圈同时 接通造成的短路 故手动操作时梯形图如图 4 5 所示 图 4 5 手动操作梯形图 3 返回原位梯形图 在 返回原位 状态下 夹紧 与 下降 动作应被 停止 上限位未动作时 应进行 上升 上限位动作时 右行 动作应停 止 并左行至左限位位置 故返回原位梯形图如图 4 6 所示 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 18 图 4 6 返回原位梯形图 4 自动 状态梯形图 图 4 7 表示了机械手自动工作时执行各工步的情 况 表示了各工步的实现和转换的条件 在第一次下降工步中 下降电磁阀 Y436 接通 自下限位置时 X404 接通 转换为 夹持 过程 夹持电磁阀 Y434 复位 至加紧限位 X406 接通 转换为上升动作 当上限为开关 SQ4 闭合 X405 接通 小车开始慢进动作 快进 慢进 延时 下降 加紧 上升 慢退 快退 慢退动作依次类推 如上所述一步一步按顺序驱动各个负载动作 称为 顺序控制或过程步进型控制 图 4 7 搬运机械手自动工作流程图 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 19 用状态器代替自动工作流程图的各工步 可得到 4 8 所示的功能表图 图 4 8 搬运机械手自动工作功能表图 根据图 4 8 所示的自动工作功能表图 可设计出自动操作时的梯形图如图 4 9 所示 根据这一系列梯形图 按照总体结构图的形式组合在一起 得到机械手 PLC 控制的梯形图 其语句表见附录 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 20 图 4 9 搬运机械手自动工作梯形图 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 21 第第 5 章章 结论结论 本设计主要应用于机加工生产 货物调运等场合 搬运机械手采用 PLC 控制 体积小 重量轻 控制方式灵活 可靠性高 操作简单 维修容易 使用该机械手代替人工搬运工件 既安全 又准确 提 高了劳动生产率 保证了工件的质量 降低了工人的劳动强度 具有较好的经 济效益和社会效益 可编程控制器 PLC 以其丰富的 I O 接口模块 高可靠性 可以在机械手的控 制系统的设计中起到了十分重要的作用 本文就设计过程中的几项关键的问题提出了自己的一些看法 可以有效地提 高系统的抗干扰能力 对 PLC 读 写 事件响应等通信时间可进行精确的控制 取 得了良好的效果 随着机械手应用的普及 机械手向着专用化 机械结构向模块化 可重构 化的方向发展 机械手的动作更加灵活多样 其控制方式也在向着多元化的方 向发展 在 PLC 控制的过程中 还有许多的问题需要解决 PLC 在机械手开发中 的开发应用还有很大的空间 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 22 附录附录 语句表 步序指令 1LDX514 2ANDX507 3SS600 4LDX510 5RS600 6LDX510 7OUTF671 8K601 9OUTF672 10K610 11OUTF670 12K103 13LDX501 14ANDM575 15ORX400 16ANIX501 17LDX501 18ORX512 19ORX513 20ANB 21OUTM575 22LDX405 23ANDX403 24ANIY434 25OUTM100 26OUTY540 27LDX400 28PLSM101 29LDX401 30ANDX502 31ORX511 32ORX512 33ORX514 34ORM71 35ORM574 36ANIM101 37OUTM574 38LDIX510 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 23 39CJP700 40LDL500 41ANIX405 42LDX430 43ORX412 44ANB 45ANIY435 46OUTY436 47OUTY530 48LDX500 49ANIX405 50LDX430 51ORX412 52ANB 53ANIY436 54OUTY535 55OUTY531 56LDX502 57ANIX407 58ANDX404 59OUTY434 60OUTY533 61LDIX402 62ANIX406 63ANDX404 64OUTY532 65LDX504 66ANIX410 67ANIX412 68ANDX405 69ANIY431 70OUTY430 71OUTY534 72LDX506 73ANIX411 74ANIX403 75ANDX405 76ANIY430 77OUTY431 78OUTY535 79LDX530 80ANIX411 81ANDX405 无锡科技职业学院毕业设计论文 搬运机械手 PLC 控制系统设计 24 82ANIY433 83OUTY432 84OUTY530 85LDX505 86ANIX410 87ANDX405 88ANIY432 89OUTY433 90OUTY537 91EJP700 92LDX517 93CJP701 94LDX507 95SM200 96LDM200 97OUTY434 98RY436 99OUTY435 100ANDX405 101RY430 102R