09103201PLC在机械手运物控制系统中的应用(西门子)

1、西安航空职业技术学院 毕业设计论文 PLC在机械手运物控制系统中的应用（西门子）【摘要】 PLC= Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。 本设计从操作实际出发 将plc在机械手臂中应用的基本理论和知识，工作原理及系统配置输入等知识有机的结合起来，采用了西门子plc远程系统的型号分配及编程设计。 设计内容还介绍了机

2、械手的特点，应用范围，并通过实例详细的分析了plc在机械手臂中的应用。关键词： PLC 机械手臂 输入/输出控制 编程设计Abstract：Programmable logic controller, a digital computing operations of electronicsystems, specially designed for applications in industrial environments. Ituses a programmable memory, for its internal stored procedures, andperform logic

3、al operations, order control, timing, user - oriented commandsuch as counting and arithmetic operations, and through digital oranalogue This design from the operational realities of the application of PLC inmanipulator basic theory and knowledge, working principle and systemconfiguration input combi

4、nes knowledge of organic, adopts Siemens PLCtype distribution and programming design of the remote system. Design content also describes characteristics of manipulator, the scope ofapplication, and instance through detailed analysis of the application ofPLC in mechanical arm. Keywords: PLC mechanica

5、l hand input / output control program design 目录序言 . 21.1 PLC基本概念 . 3 1.2 PLC的基本结构. 4 2.1 机械手的概述. 5 2.2 机械手的工作原理. 5 2.3 机械手的控制要求. 72.4 系统配置及输入. 72.5 编程设计. 8结论 . 12参考文献 . 13绪言随着科学技术的不断进步，整个国家自动化水平和信息化水平的长足发展，生活中需要人们完成的工作量也不断增大，涉及到危险性的工作也日趋增多。这就迫使人们根据自身的工作需要，熟悉和掌握在新的形式下所出现的先进控制手段与方法及新的机电控制与应用技术。其中PLC（可

6、编程控制器）是一种新型的具有极高的可靠性的通用工业自动化控制装置。由PLC程序控制的各种机床等生产设备极大地影响并改变着人们生活的方方面面。这也是我们此次针PLC进行课程设计的一个原因。1.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算

7、机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 1.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照

8、PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即

9、使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块 f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。2.1 机械手的概述机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手主要由手部

10、、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 键参数越多、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。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

11、制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。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。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。2.2. 机械手的工作原理简易物料搬运机械手工艺流程如下图所示。该机械

12、手是一个可水平和垂直移动的机械装置。其操作是将工件从左传送带A搬运到有传送带B。用光耦合VLC检测传送带上是否有工件。机械手气缸驱动而工作，气缸由电磁阀控制。垂直运动和水平运动各由一个两位双电控的电磁阀控制，对工件的夹紧和放松由一个单电控电磁阀控制。机械手最先为于原点位置，每次循环均有此开始。当机械手在原点时，穷传送带A，当光电开关检测到共建后，A停止工作。建议机械手工艺操作过程如下所述。 （1）机械手自动运行过程：a. 检测工件：光点开关检测传送带A上有无工件。b. 机械手下移：如果检测到工件，则机械手从原点下移，直到下移位置开关。c. 机械手夹紧工件：接通夹紧电磁阀，机械手将工件夹紧。d.

13、 机械手上移：为保证公斤被夹紧，加紧电磁阀持续工作五秒后在接通上移电磁阀使机械手上移。e. 机械手右移：机械手上移到上移位置开关，接通右移电磁阀，机械手夹着工件向右移动。f. 机械手下移：当机械手右移到位时，机械手就开始下降，下降到位时，碰到下限开关，机械手停止下降，同时释放加紧电磁阀。g. 放置工件：放松动作作为时间控制，持续2S。h. 机械手上移：工件放松动作完成后，机械手开始上升，上升到位，碰到上限开关停止上移并接通左移电磁阀。i. 机械手左移：机械手上移移到位后，开始左移，碰到左限开关后停止移动。j. 机械手返回原点：机械手左移到限位后，即回到原点，可以开始下一次工作了。（2）机械手单

14、周期运行；单周期运行是指按下启动按钮后，机械手从原点开始运动，完成上述aj工作后停止运行。（3）机械手手动运行：手动运行是指机械手的各个运行过程，均通过手动操作按钮来控制.2.3 机械手控制要求a.在传送带的A端，暗转光电开关PS，用来检测是否有工件。检测到工件后可进行下一步的操作。b.机械手在原点时，接通启动按钮，A开始运转，光电开关检测到物品后，传送带A停止运转.c.传送带A停止后，机械手进行工作，将工件由A搬运到传送带B。d.机械手返回原点后，自动在启动传送带A，进行下一组工作。e.按下停止按钮后，机械手全部完成本次的操作后返回原点，停止工作。f.机械手的上移、下移、左移、右移均由一个两

15、位双电控的电磁阀控制。夹紧、放松工作由一个单电控电磁阀控制。2.4 系统配置及输入简单机械手搬运控制系统有水平运动和垂直运动，还有夹紧的运动。根据已知的控制有求，进行如下的操作分析。输入继电器16个：输出继电器6个：根据上述分析简易机械手的工作流程图如下图所示简易机械手工作流程图PLC控制系统型号地址分配见下表编程元件I/O端子电路元件作用编程元件I/O端子电路元件作用输入继电器I0.0SB1自动启动输入继电器I1.3SB6手动下移I0.1SB2单周期启动I1.4SB7手动左移I0.2SA手动启动I1.5SB8手动右移I0.3SB3停止I1.6SB9手动夹紧I0.4SQ1上移限位I1.7SB1

16、0紧急停止I0.5SQ2下移限位输出继电器Q4.0KM1传送带A接触器I0.6SQ3左移限位Q4.1KM2左移电磁阀I0.7SQ4右移限位Q4.2KM3右移电磁阀I1.0KA压力继电器接触点Q4.3KM4夹紧/放松电磁阀I1.1PS光电开关Q4.4KM5上移电磁阀I1.2SB5手动上移Q4.5KM6下移电磁阀2.5 编程设计（一）采用线性编程：采用移位指令编程的梯形图控制程序如下图M0.5I0.3I0.1M0.5M10.0SSRQ4.0I1.1I0.0I0.0M0.5M10.0Q4.0Q4.0 MOVEN ENOIN OUT0MW10MOVEN ENOIN OUT0MW12Q4.0M13.1N

17、I1.11M13.2M13.2M13.2M11.1M11.2M11.3M11.4M11.5M11.6M11.7M10.0M11.0SHL-WEN ENOIN OUT NMW10MW10W#16#1M12.0M11.0I0.5M11.1I1.0M11.2I0.4M11.3M11.4M11.5M11.6M11.7M10.0I1.1I0.6I0.4I0.7I0.5T1M12.0Q4.5I1.7M11.0M11.4I0.2I1.3M11.1SQ4.3I0.2I1.6RQ4.3M11.5I0.2I1.0M11.2Q4.4I1.7M11.2M11.6I0.2I1.2Q4.2M11.3I1.7I1.7M11

18、.5I1.4I0.2M11.7Q4.1T1I0.2I1.5S5T#2S在使用上图的移位指令时，移位脉冲由M12.0发出。每当机械手完成一个动作时，M12.0就发出一个移位脉冲。移位脉冲过程是在MW10中进行的。（二）采用分部式编：分部式编程时结构化编程的一种特例，它将不同的控制功能编写在不同的程序块中。在本次的课程设计中，可将其程序结构分为主程序（组织块OB1）、自动运行子程序（功能FC1）、手动控制子程序（功能FC2）。分别如下所示。OB1：I0.0M0.1I1.7M0.0M0.0I0.1M0.0M0.1M0.0M0.1M0.2CALLFC1M0.1M0.0I0.2I0.0M0.2M0.2M

19、0.2M0.1M0.0FC2CALLFC1:I0.3M0.5I0.1SM0.5RI0.0I0.0I1.1Q4.0M0.0Q4.3I0.4I0.6M0.5Q4.0I0.4I0.6I1.1Q4.5SI0.6I0.5Q4.5RQ4.3SQ4.4I0.6I0.5I1.0SQ4.4I0.6I0.4Q4.4RQ4.2SQ4.2I0.4I0.7Q4.2RQ4.5SQ4.5I0.5I0.7RRQ4.3T1SDS5T#2SQ4.4ST1I0.7I0.5Q4.4I0.4RQ4.4I0.7Q4.1SMOVEEN ENOIN OUT0QB4I0.6I0.4I1.7Q4.1RM0.1RFC2:I1.2I0.4Q4.4Q4.5I1.3I0.5I1.4I0.6Q4.1I1.5I0.7Q4.2Q4.3SI1.0I0.5I0.7I1.6I1.6Q4.3I0.7I0.5RMOVEEN ENOIN O