机械手自动操作控制的PLC程序设计

1、中北大学信息商务学院课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 系： 机械自动化系 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 数控技术课程设计 机械手自动操作控制的plc程序设计指导教师： 职称: 职称: 2016年12月5日 中北大学信息商务学院课程设计任务书 2016/2017 学年第 1 学期所 在 系： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 数控技术课程设计 机械手自动操作控制的plc程序设计起 迄 日 期： 2016年12月5日2016年12月9日 课程设计地点： 中北大学信息商务学院 指 导 教 师： 系 主 任： 暴建岗

2、下达任务书日期: 2016 年12月 5日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过对机械手自动操作控制的plc程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用plc。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：机械手将工件从a工作台搬到b工作台。机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分别用yv1、yv3、yv4和yv5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀yv2控制。当工件搬到b工作台返回时，用光电开关sq7发出无工件信号。（1）采用内部移位寄存器m100 m117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（sq1sq

3、6）的状态检测来决定。（2）夹紧或放松动作，分别用定时器t450、t451延时控制。（3）采用具有保持功能的辅助继电器m202驱动夹紧阀。通过本课程设计,完成输入输出信号分析与plc i/o分配图plc选型主要元器件型号的选择主接线图设计完成梯形图设计并完成相应指令。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：要求独立完成机械手自动操作控制的plc程序设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。4主要参考文献：按国标gb771487文后参考文献著录规则书写：1廖常初，系列编程的应用北京：机械工业出版社，2005.42范永胜，王岷电气控制

4、与应用北京：中国电力出版社，20073齐从谦，王士兰技术及应用北京：机械工业出版社，2000.84王晓军，杨庆煊，许强可编程控制器原理及应用北京：化学工业出版社，2007.75设计成果形式及要求：提供设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求。6工作计划及进度：2016年12月5日 资料查阅阶段2016年12月6日 12月8日 分析、设计、绘图2016年12月9日 答辩 系主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1机械手的工作原理1.1 机械手的概述11.2 机械手的工作方式22机械手控制程序设计2.1 输入和输出点分配表及原理接线图32.2 控制程序43梯形图及指令表3.1

5、梯形图 93.2 指令表11总结 13参考文献 14附录 151机械手的工作原理1.1 机械手的概述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。 机械手主要由手部和运动机构组成。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、

6、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23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

7、常称为机械手。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，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：1、机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。2、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。3、可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。4、可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。5、宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。 1.2 机械手的工作方式机械手电气控制系统，除了

8、有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都需要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。1、 机械手传送工件系统示意图，如图1所示。图1 机械手传送示意及操作面板图2、机械手顺序动作的要求是：1) 按下起动按钮sb1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作。2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。3) 下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关

9、动作。4) 启动传送带a运行，由光电开关sp检测传送带a上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作。5) 手臂再次上升，至上升限位开关再次动作。6) 右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作。7) 手臂再次下降，至下降限位开关再次动作。8) 放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。9) 按下停止按钮sb2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。2机械手控制程序设计 2.1 输入和输出点分配表及原理接线图2.1.1 plc i/o分配表1 机械手传送系统输入和输出点分配表名

10、称代号输入名 称代号输入名 称代号输出启动sb1x0夹紧sb5x10电磁阀下降yv1y0下限行程sq1x1放松sb6x11电磁阀夹紧yv2y1上限行程sq2x2单步上升sb7x12电磁阀上升yv3y2右限行程sq3x3单步下降sb8x13电磁阀右行yv4y3左限行程sq6x4单步左移sb9x14电磁阀左行yv5y4停止sb2x5单步右移sb10x15原点指示ely5手动操作sb3x6回原点sb11x16连续操作sb4x7工件检测sq7x17 图2、 原理接线图2.1.2选择plc 该机械手为开关量控制，且所需的i/o点数不多，因此选择一般的小型低档plc即可。由于所需的i/o点数分别为17和8

11、点，考虑到机械手操作的工艺固定，选用的plc来实现机械手控制系统。2.2 控制程序2.2.1操作系统 操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。其原理是：把旋钮置于回原点，x16接通，系统自动回原点，y5驱动指示灯亮。再把旋钮置于手动，则x6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（cj为一跳转指令，如果cj驱动，则跳到指针p所指p0处），执行手动程序。之后，由于x7常闭触点闭合，当执行cj指令时，跳转到p1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既x6常闭闭合、x7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。2.2.2回原位程序回原位程序如图4所示。用s10s

12、12作回零操作元件。应注意，当用s10s19作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器m8043置1。2.2.3手动单步操作程序如图5所示。手动操作时用x10x15对应的六个按钮控制夹紧，松开，机械手的升，降，右行，左行，为了保证系统的安全运行在手动程序中设置了必要的联锁，以防止功能相反的两个输出继电器同时为on。上下左右极限开关x2,x1,x4,x3的常闭触点与控制机械手的y0,y2,y3,y4线圈串联以防止机械手行程超限出现事故。用上限位开关x2,为on，作为手动左行右行的条件，禁止机械手在较低的位置水平移动，避免于地面上的东西碰撞。 图5 手动单步操作程序2.2.4自动操作程序

13、 自动操作状态转移见图6所。当机械手处于原位时，按启动x0接通，状 态转移到s20，驱动下降y0，当到达下限位使行程开关x1接通，状态转移到s21，而s20自动复位。s21驱动y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当t0接通，状态转移到s22，驱动y2上升，当上升到达最高位，x2接通，状态转移到s23。s23驱动y3右移。移到最右位，x3接通，状态转移到s24下降。下降到最低位，x1接通，电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时1秒。延时时间到，t1接通，状态转移到s26上升。上升到最高位，x2接通，状态转移到s27左移。左移到最左位，使x4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编

14、写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程，比起用基本指令编程较为容易，可读性较强。2.2.5机械手传送系统梯形图如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以ret结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态s1。而自动操作程序能自动返回初态s2。3、梯形图及指令表3.1 梯形图 图7 机械手传送系统梯形图3.2指令表总结 机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。 对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。 机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。参考文献按国标gb771487文后参考文献著录规则