搬物机械手.doc

PLC的工件取、放机械手控制系统设计报告一、 设计目的作用 1、了解电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则。 2、学以致用，巩固书本知识，使学生初步具有设计电气控制装置的能力，从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。 3、进行一次工程技术设计的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。二、 设计要求1、设计题目 图1是一台将工件由左工作台（A点）搬往右工作台（B点）的机械手的动作示意图。其运行形式为上/下与左/右移动，装置的原位定在左工作台上方，初始条件是上极限和左极限的位置开关受压。图1 工件取、放机械手的动作示意图 上/下和左/右运动的执行机构采用双线圈两位电磁阀YV推动气缸来完成。某线圈得电就朝一个方向运动，线圈失电则停止运动，所处位置一直保持到相反动作的线圈得电为止。工件的夹紧/放松动作用单线圈两位电磁阀推动气缸完成，线圈得电夹紧，线圈失电则放松。为保证安全，工件运动过程中要求保持夹紧状态，在工件处于右工作台（B点）上方由光电开关检测到无工件信号方允许上升。 2、控制要求 当机械手装置处于原位时完成一个工件取、放的工作过程是：机械手处于原点起始位置，上限位开关及左限位开关合(I0.2和I0.4接通)。当按下启动按钮时，机械手从原点开始下降，下降到底时，碰到下限位开关(I0.1接通)，下降停止。同时接通定时器，机械手开始夹紧工件，定时结束，夹持完成。机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关(I0.2接通)，上升停止。机械手右移，右移碰到右限位开关(I0.3接通)时，右移停止。机械手下降，下降到底，碰到下限位开关(I0.1接通)时，下降停止。同时接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。此时，检测到无工件处于右工作台（B点）上方（I0.0接通）。机械手上升，上升到顶碰到上限位开关(I0.2接通)时，上升停止。机械手左移，左移到原点碰到左限位开关(I0.4接通)时，左移停止。于是机械手动作的一个周期结束。根据工件取、放工艺过程和设备的运行和安装、调试与维修需要，本装置要求有自动回原位、手动、单步、单循环及自动循环等5种工作方式，手动方式下有6个手动按钮。单步、单周、连续3种方式合称自动方式。手臂回原点完成后，才能真正切换到自动方式。为了保证在紧急情况下能可靠切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM。在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，KM线圈得电自锁，其主触点接通，给PLC的外部负载提供交流电源，出现紧急情况时“紧急停车”断开负载电源。每种工作方式的控制要求分别是：1)自动回原位控制：如果机械手处于不在原位的任何其他位置只要按下“回原位”按钮，机械手便能自动回到原始位置并使原位指示灯点亮。2)手动控制：手动是指不按工件取放工作顺序，视需要可上/下、左/右、夹紧/放松任意动作。但为安全考虑其左/右移动工作只允许在上限位才能进行。3)单步控制：按下工件循环起动按钮，机械手按工件移动顺序动作一步，到位自动停止。4)单循环控制（半自动）：在初始状态下按下工件循环起动按钮，按工件移动顺序完成一件的取放，回到原位停止工作。5)自动循环控制：在初始状态下按下启动按钮，按顺序自动地一件件从左工作台搬至右工作台直到搬完时回到原位停止工作。工作过程如果中途按下停止按钮则在完成本循环工件取放回到原位后停止工作。三、设计的具体实现1、系统概述本系统是操作如图1所示一台将工件由左工作台（A点）搬往右工作台（B点）的机械手。其运行形式为上/下移动、左/右移动和夹紧/放松，装置的原位定在左工作台上方，初始条件是上极限和左极限的位置开关受压。上/下和左/右运动的执行机构采用双线圈两位电磁阀YV推动气缸来完成，工件的夹紧/放松动作用单线圈两位电磁阀推动气缸完成，线圈得电夹紧，线圈失电则放松。对机械手实现有自动回原位、手动、单步、单循环及自动循环等5种工作方式。在PLC程序的设计时，自动回原控制、手动控制和单步控制可直接由经验设计法得到。而单循环控制和自动循环控制需要用顺序功能图设计得到。最后，用JMP和LBL指令将各个模块连接起来，再进行总体的详细的分析。2、主电路的设计 图2 主电路 1）主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5分别控制下降电磁阀YV1、上升电磁阀YV2夹紧/放松电磁阀YV3、右行电磁阀YV4、左行电磁阀YV5，通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。 2）电动机M1、M2、M3由热继电器FR1、FR2、FR3实现过载保护。 3) QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。4) 熔断器FU1实现各负载回路的短路保护。3、 控制的流程图设计 图3 工作流程图4、 硬件的选择 图4 元件表5、PLC外部接线图的设计 根据系统的硬件选择，分配S7-200 CPU226的输入、输出地址如下表： 表1 I/O分配表6、PLC的外部接线图根据I/O分配表画出外部接线图，如图5： 图5 PLC外部接线7、PLC控制程序设计 程序流程图： 图6 程序流程图1）自动回原控制的设计 a、分析：首先，找出该控制的变量只有两个：上行（Q0.1）和左行(Q0.5)。其次，利用限位开关来判断其接通与否。由经验设计法的梯形图，如图7： 图7 自动回原的梯形图考虑到安全问题，图中标记的I0.2常开触头串在Q0.5，以按照上行完毕后再左行的动作。b、仿真如下图： 图8 手动控制到B点下方停止，回原时先上行 图9 上行到位后，左行 图10 回到原位，指示灯亮2）手动控制的设计 a、分析：手动控制的要求是不不按控制顺序动作，可按不同需求上行/下行、左行/右行和夹紧/放松。所以本小组采用点动的典型电路，夹紧/放松按钮用闭锁式常开按钮，以保证可靠地夹紧。控制梯形图如下： 图11 手动控制梯形图考虑到安全，在图中标记的I0.2常开触头串在电路中，以保证机械手臂在回到上方后才能左右移动。b、其仿真如下： 图12 按下I2.0启动手动方式 图13 上行到位后，左行3）单步控制的设计 a、分析：在选择了单步控制方式后，按下工件循环起动按钮I2.1，机械手按工件移动顺序动作一步，到位自动停止。利用各输出和限位开关的互锁功能来完成每步的单步控制，根据起保停的经典电路设计出单步调试梯形图如图： 图14 单步控制梯形图b、单步控制梯形图的仿真调试图如下： 图15 按下单步控制I2.0启动按钮，单步方式启动 图16 按下单步按钮一次，控制动作一步 图17 下降夹紧并计时 图18 图19 A点上行到位后，按下I2.1右行 图20 右行到位后，按下I2.1下行 图21 下行到位，按下I2.1放松 图22 检测到B点没有物体I0.0接通，按下I2.1上升 图23 上行到位，按下I2.1左行 图24 最后完成单步控制，等待下次操作4）单循环控制 a、分析：在初始状态下按下工件循环起动按钮，按工件移动顺序完成一件的取放，回到原位停止工作。在写出该控制的梯形图之前，我们首先画出满足控制要求得I/O时序图，如图18： 图25 单循环的I/O时序图 b、由时序图，我们可以得到顺序功能图，如图19： 图26 单循环的顺序功能图 c、将顺序功能图以起保停方式写出控制梯形图，得图20、图21： 图27 起保停语句表 图28 单循环程序图28 单循环程序 （续1) 图28 单循环程序 （续2）d、单循环控制仿真控制过程和单步控制顺序是一样的，下面只给出了其开始控制程序和结束控制程序的仿真图，如图22、图23： 图29 按下I0.5，开启单循环控制 图30 单循环运行结束，再选择控制方式5）多循环的设计 a、分析：在单循环的基础上，加上了停止按钮。已知工作过程如果中途按下停止按钮则在完成本循环工件取放回到原位后停止工作。由此可知，停止按钮是多条件控制。所以，整理的多循环控制的梯形图，如图24：图31 多循环控制梯形图 图31 多循环控制梯形图（续1） 图31 多循环控制梯形图 （续2） 图31 多循环控制梯形图 (续3) b、多循环仿真控制顺序和单步控制顺序是一样的，下面只给出了其开启控制程序、按下停止按钮后和停止控制程序，如图32、图33、图34： 图32 按下I0.7开启多循环控制 图33 左行时按下停止按钮 图34 回原位，停止运行6）总程序 图35 总程序 图35 总程序 （续1） 图35 总程序 （续2） 图35 总程序 （续3） 图35 总程序 （续4） 图35 总程序 （续5） 图35 总程序 （续6） 图36 语句表 图36 语句表 （续1） 4、按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1) 先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。本系统现场设计安装的电器元件和动力设备有：电磁阀、限位开关、等。电控箱内电器板上安装的电器元件有：断路器、熔断器、PLC、接触器和热继电器等。在控制面板上设计安装的电器元件有：控制按钮、各色指示灯等。2) 依据用户要求满足操作方便、美观大方、布局均匀对称等设计原则，绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图，如图33、图34。进出引线采用接线端子板连接，接线图略。至此，基本完成了PLC的工件取、放机械手控制系统要求的电气控制原理设计和工艺设计任务。图37 控制柜布置图 图38 控制面板图四、总结 刘凡：在本次试验中，我负责设计控制系统的梯形图。在熟读设计要求后，我首先确定整个系统的输入、输出的个数。之后，为了先满足系统的最基本要求，我按照单循环过程画出了系统输入、输出的时序图，根据时序图又将顺序功能图画出，根据起保停方式设计出了单循环的梯形图。满足最基本要求之后，根据各个控制要求，开始设计回原、单步、手动和多循环控制电路，并将设计好的每个基本电路进行仿真。仿真成功后，利用JMP和LBL指令将各个模块整合到一起。把整合的梯形图放入S7_200仿真软件中继续仿真、调试。运行中解决了很多实际问题，最后得到了上面的控制梯形图。本次课程设计中，让我从理论中走到实际操作中，使我更加深刻的理解课本上的知识。卢春至：图形的绘制在本次课程设计中我主要负责CAD图形的绘制以及通过查阅资料对元器件件进行整理，并制成表格，对程序有整体上的认识及把握。通过这次课程设计我清楚的认识到PLC的应用范围是非常广泛的，并且与以后工作的内容关联性十分强。而且让我更加清楚的认识了PLC的作用，更好的消化了上课所学的知识。并且这门课程设计还将CAD运用其中让我知道学科之间的关联性很重要黄典：在本次实验中，我负责梯形图的检查、仿真截图。在梯形图的初稿中找出错误和需要修改完善的地方，然后加以讨论找到最合适的、满足系统要求的梯形图。通过这次实验让我更加熟练的掌握了梯形图里面起保停、自锁、互锁的各种用途。 阎雨、殷湖：在这次实验中，需要大量的课外知一些仿真软件的使用帮助，PLC的各种程序指令和机械手取件的所需元件的分析及寻找。而这次实验将PLC各项功能发挥得淋漓尽致，是各个成员的共同分析研究探讨成果。通过这次实验，使我充分理解PLC的基本用途与