可编程控制器课程设计机械手控制讲解

1、电气控制与可编程控制器课程设计摘要随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提 出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不 断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及 不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领 域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械 手、xy轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械 部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货 物运输更快捷、便利。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自

2、动控制技术、传感器技 术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业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。本次设计采用德国西门子公司生产的 s7-300/400系列可编程控制器对机械手进行运动控制， 根据机械手的运动规律： 左/右、上/下、夹/松等进行软件编程。本设计中plc实现的功能有：开关量的逻辑控制、运动控制、现场数据采 集处理、位置控制等。此次机械手的 plc控制设计包括：机械手传送工件系统、 输入和输出点分配表、原理接线图、操作系统、机械手传送系统梯形图、指令语 句表。首先，机械手传送工件系统通过示意图阐述了其作用是将工件从a点传递到 b点。机械手的升降和左右移

3、行作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动液压 缸来完成，机械手的夹紧、松开的动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的液压 缸完成。机械手的工作臂都设有下、上限位和右、左限位的位置开关sq1、sq2 和sq3、sq4,夹持装置不带限位开关，它是通过一定的延时来表示其火持动 作的完成。机械手在最上面、最左边的状态为机械手的原位。这里还说明了操作 面板上各旋钮、按钮的作用。其次，输入和输出点分配表指出此次设计选用 s7-300plc ,系统共有14 个输入设备和5个输出设备分别占用plc的14个输入点和5个输出点。具体 分配请查看表1。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，

4、 实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置，机械手在工业生产中得到广泛的应用。传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，线复杂，因此故障多， 维修困难，费时费工，不仅加大了成本，而且影响设备的工效。采用梯形控制直 观易懂，为电气人员所熟悉；采用 plc控制使接线简化，安装方便，而且保证 运行的可靠性，减少维修量，提高了工效。关键字：plc 机械手控制 s7-300/4001电气工艺分析1.1工艺过程图1所示为一简单物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，具操作是将工件从 a工作台搬运到b工作台，由光耦合器 vlc来检测工作台上有没有工件。机械手通常位于原点，它的动

5、作全部由汽缸 驱动，而汽缸则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 圈二位电磁阀，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。右移q4.3工件vlci1.5图1搬运机械手工艺流程图工艺过程为：光耦合器vlc检测到a工作台有工件，机械手开始有原点下 降，下降到底时，碰到下限位开关后，停止下降并接通夹紧电磁阀夹紧工件。为 保证工件可靠夹紧，在该位置等待 2s。夹紧后，上升电磁阀通电开始上升，上 升到顶碰到上限位开关，停止上升，改向右移动，碰到右限位开关后，停止右移,改为下降至碰到下限位开关，下降电磁阀断电，停止下降，同时夹紧电磁阀断电, 机械手将工件松开，放在 b

6、工作台上，为确保可靠松开，在该位置停留 2s,然后上升，碰到上限位开关后改为左移，到原点时碰到左限位开关，左移电磁阀断 电，停止左移。至此，机械手搬运一个工件的全过程结束。1.2控制要求机械手整个搬运过程要求都能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制及 自动控制或半自动控制（又称单周期控制），以便对设备进行调整和检修。图 2是机械手控制系统的逻辑流程图。机械手搬运工件的一个周期可分为以下八个部分。系统启动之前，机械手处于原始位置，条件是机械手在高位、左位。(d机械手下降当光耦合器vlc检测到工作台a上有工件，机械手开始下降。下降到低位时,碰到下限位开关，机械手停止下降。降。(2)(3)(4)(

7、5)(6)(8)夹紧工件机械手上升机械手右移机械手下降放开工件机械手上升机械手左移机械手在最低位开始夹紧工件，延时 2s抓住、抓紧。机械手上升到高位时，碰到上限位开关，停止上升机械手右移到位时，碰到右限位开关，停止右移。当机械手下降到b时，碰到下限位开关，机械手停止下机械手在最低位开始放松工件，延时 2s。机械手上升到高位时，碰到上限位开关，停止上升机械手在高位开始左移，碰到左限位开关，停止左移。机械手工作的一个周期完成,等待工件在工作台 a上出现再转到第一步，开始18下一个工作循环。2 .硬件配置在控制方式选择上需要3个启动按钮，分别完成自动方式、单动方式和手动方式的启动，还需要一个按钮用来

8、处理任何情况下的停止运行。 机械手运动的限 位开关有4个：高限位开关、低限位开关、左限位开关和右限位开关。手动输入 信号共由5个按钮组成：下降按钮、上升按钮、夹紧按钮、左移按扭和右移按钮。工作台a上有工件检测光耦合器vlc的输入信号，共有14个数字量输入信号。输出信号有机械手下降驱动信号、上升驱动信号、右移驱动信号、左移驱动信号 和机械手夹紧信号，共有5个数字量输出信号。系统需要数字量输入14点，数字量输出5点，不需要模拟量模块。选择s7-300 系列的cpu313,加上数字量输入模块 sm321及输出模块sm322就可以满足要 求，而且还有一定的裕量。3 .i/o地址分配3.1 基本地址分配

9、表将14个输入信号、5个输出信号按各自的功能类型分好，并与plc的i/o端对应，编排好地址。列出外部i/o信号与plc i/o端地址编号对照表。表1 i/o地址分配表数字量输入模块sm321地址号说明数字量输出模块sm322地址号说明自动启动i0.0按钮下降q4.0电磁阀单动启动i0.1按钮q4.1电磁阀手动启动i0.2按钮左移q4.2电磁阀停止i0.3按钮右移q4.3电磁阀高位i0.4限位开关夹紧q4.4电磁阀低位i0.5限位开关左位i0.6限位开关右位i0.7限位开关手动下降i1.0按钮手动上升i1.1按钮手动夹紧i1.2按钮手动左移i1.3按钮手动右移i1.4按钮a台有工作i1.5电耦合

10、器3.2 其他地址分配(1)夹紧定时器t1,定时2s； (2)放松定时器t2,定时2s； (3)自动方式标志m0.0;(4)单动方式标志m0.1 ;(5)手动方式标志m0.2;(6)结束标志 m0.5。3.3 外部接线s7-300 cpu/i0.0q4.0i0.2i0.3i0.3q4.1i0.4i0.5i0.6q4.2电磁阀/z电磁阀x/7电磁阀/zi0.7i1.011.1 q4.311.211.311.4 q4.411.5 m/电磁阀/电磁阀11+24 v图2 plc外部接线图图3系统流程图5 .机械手梯形图程序设计5.1逻辑功能块5.1.1自动方式或单动方式控制（fc1）的具体程序网络1:

11、启动机械手下降pi0.40.6i1.5q4.111 11 11 l/h网络2:机械手下降到位，停止下降并启动夹紧控制m1.1q4.0-( p )( s ) 一q4. 010.610. 5111. 2q4.01 i1 i1 i(p)iq4.4-i网络3:机械手夹紧并启动夹紧定时器，定时 2sq4.410.610.5t1(sd)|s5tjf2s网络4:定时时间到，并且机械手没有下降时，启动上升t110,610,5q4,0ml. 3q4,1-i i1 i1 i1/1(?)网络5:机械手上升到位，停止上升并启动右移控制q4.110.610.4q4.1i i1 i1 i_-frjiq4.3ml. 4q4

12、.2-1/1( p)( s)|网络6:机械手右移到位，停止右移并启动下降控制q4.210.410.7q4.2-i i1 i1 iiq4.lml, 1q4.0-1/1(p j(|网络7:机械手下降到位，停止下降并启动松开控制q4.010.710,5ml, 2q4.qi i1 i1 ifp)iq4.4国-i网络8:机械手松开并启动松开定时器，定时 2sq4.410.710.5q4.0hl. 3q4.l1/11 i1 il/l(pld网络9:定时时间到，并且机械手没有下降时启动上升控制t2 i0.7i0.5q4.0m1.3q4.1i i | | i | /|( p )( s )网络10:机械手上升到

13、位，停止上升并启动左移控制q4.110.7h i1 i-10.4h i-q4.1_iq4.2h/iml. 5q4.3i网络11:机械手左移到位停止，m0.1=0,以阻止单动q4.310.410.6m1,0w. 1i i1 i1 i(p)网iq4.35.1.2手动方式控制(fc2)的具体程序网络1:手动下降11.010.5q4.0i i1 i(r)i网络2:手动夹紧，采用置位和复位方式使夹紧后不允许松开11,210,610.5ml 2q4.4i i1 i1 i($1网络3:手动上升11,110,4q4.1i i1/10-i网络4:手动右移1,410.7q4,zi i1/10i网络5:手动下降11

14、,010.6q4,2i i1/1()i网络6:手动放松11.210.7ml 2q4.410.51/11 i1 i(sj|网络7:手动左移ii, 3iq,6q4.3h i1/1（）i5.2组织块组织块ob1用于设定机械手启动方式，主要负责功能块或子程序的调用是 自动运行还是单动运行，以及系统的循环扫描、故障诊断和输出刷新。网络1：自动方式启动 m0.0=1,有自锁10.0mo. 1工。+3m6 0i i1/1mii i网络2: m0.1=1 ,单动有效io. 1 mo,。mo, 11 i1/1（s）1网络3:单动方式启动m0.1=1,有自锁0.1m6 010.3n81i i1/11/1（s）|m

15、o. 1m63i i1 i网络4:自动方式或单动方式均调用子程序fc1w.omo, 1m0.2m0.5fc1i i1 ii i1 i（皿 jmo.1m0.0i i1/1网络5:手动方式启动m0.2=1,有自锁ro.2 ml110.3m0,2h i(?)1 i(s)imo. 2网络6:手动方式调用子程fc2 1ho. 2mo.。mo. 1ms 5fc2一i il/ll/lm(皿网络7:停止处理pkl 3mo. 5d i(s)|网络8:错误操作处理i 104010. 1mo. 5-i il/l(eji10.010.2i i1 i10. 1kl 26 .指令设计6.1.1 功能块6.1.2 自动方式

16、或单动方式控制（fc1）的具体程序网络1:启动机械手下降ai0.4ai0.6ai1.5anq4.1fpm1.1sq4.0 网络2:机械手下降到位，停止下降并启动夹紧控制a q 4.0ai0.6ai0.5fpm1.2rq4.0sq4.4网络3:机械手夹紧并启动夹紧定时器，定时 2saq4.4ai0.6ai0.5anq4.1ls5t#2ssdt 1网络4:定时时间到，并且机械手没有下降时，启动上升at 1ai0.6ai0.5anq4.0pm1.3sq4.1网络5:机械手上升到位，停止上升并启动右移控制aq4.1ai0.6ai0.4=l0.0al0.0bld102rq4.1al;0.0anq4.3f

17、pm1.4sq4.2网络6:机械手右移到位，停止右移并启动下降控制aq4.2ai0.4ai0.7=l0.0al0.0bld102rq4.2al0.0anq4.1fpm1.1sq4.0网络7:机械手下降到位，停止下降并启动松开控制aq4.0ai0.7ai0.5fpm1.2rq4.0aq4.4网络8:机械手松开并启动松开定时器，定时 2sanq4.4ai0.7ai0.5anq4.1ls5t#2ssdt2网络9:定时时间到，并且机械手没有下降时启动上升控制at2ai0.7ai0.5anq4.0fpm1.3sq4.1网络10:机械手上升到位，停止上升并启动左移控制aq4.1ai0.7ai0.4=l0.

18、0al0.0bld102rq4.1al0.0anq4.2fpm1.5sq4.3网络11:机械手左移到位停止，m0.1=0,以阻止单动aq4.3ai0.4ai0.6fpm1.0rm0.1rq4.36.1.3 手动方式控制（fc2）的具体程序网络1:手动下降ai1.0ai0.5rq4.0网络2:手动夹紧，米用置位和复位方式使夹紧后不允许松开ai1.2ai0.6ai0.5fp m1.2sq4.4网络3:手动上升ai1.1ani0.4=q4.1网络4:手动右移ai1.1ani0.7=q4.1网络5:手动下降ai1.0ani0.5=q4.2网络6:手动放松ani1.2ai0.7am1.2fpq4.4si

19、0.5网络7:手动左移ai1.3ani0.6=q4.36.2组织块组织块ob1用于设定机械手启动方式，主要负责功能块或子程序的调用是 自动运行还是单动运行，以及系统的循环扫描、故障诊断和输出刷新。其语句表 程序如下：网络1:自动方式启动m0.0=1,有自锁a(ai0.0anm0.1om0.0)ani0.3sm0.0网络2: m0.1=1 ,单动肩效ai0.1anm0.0sm0.1网络3:单动方式启动 m0.1=1, a( ai0.1anm0.0o am0.1am0.3) ani0.3sm0.1有自锁m给4:日切力支四中切万其玛调用 于柱抒 a( am0.0am0.1o am0.1am0.0) am0.2am0.5ccfc1网络5:手动方式启动m0.2=1,a( oi0.