PLC机械手臂搬运加工流程控制.docx

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PLC机械手臂搬运加工流程控制

河南科技大学

课程设计说明书

课程名称电气控制技术

题目机械手臂搬运加工流程控制

学院车辆与动力工程学院

班级

学生姓名

指导教师

日期2013年7月6日

机械手臂搬运加工流程控制设计

摘要

随着工业自动化的普及，越来越多的人力劳动可被一些自动的工业设备所替代，这样，不仅大大减少了人们的工作强度，并且可大大提高工作效益，使企业可在较短的时间里，生产大批量高效的产品。

在加工一线上，自动设备被广泛的应用着，这不仅解决了人所不能在的高温，高腐蚀，高辐射等恶劣的环境中的工作，而且，也很大程度上提高了生产工件的精度和寿命。

PLC是近几十年来发展起来的一种新型工业控制器，它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广的优点和继电器系统的优点结合起来，而本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，因此，在工业生产过程中的应用越来越广泛。

本文设计的是企业在生产产品时不可缺少的机械手臂搬运加工设备，通过传感器和行程开关的控制，实现工业生产的输入，搬运，加工，输出和对加工的工件数的显示的自动化，用PLC进行软件控制，通过对PLC的编程，来实现上述的过程，编程完成后，可用PLC仿真软件对其仿真，针对仿真过程中遇到的问题对所编写的程序进行修改，优化，直到能在仿真软件中成功的执行，然后再下载到CPU上，来实际具体验证程序的正确性，若有问题，则继续进行修改。

关键词：

机械手臂、PLC、行程开关、仿真

第一章绪论3

§1.1现代工业的背景3

§1.2工业机械手臂搬运加工流程控制要实现的功能3

第二章总体设计3

§2.1机械手臂搬运加工流程控制过程4

§2.1.1机械手臂搬运加工流程控制过程描述4

§2.1.2流程控制图4

§2.2机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成5

§2.3机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配6

§2.3.1机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配6

§2.3.2机械手臂搬运加工流程控制系统的外部接线6

§2.4机械手臂搬运加工流程控制系统梯形图程序设计7

§2.5机械手臂搬运加工流程控制系统的仿真16

第三章设计心得18

第四章参考文献19

第五章附录19

第一章绪论

§1.1现代工业的背景

随着科学技术的高速发展，先进的科学技术使人们的生活发生着越来越多的变化，体现在社会的方方面面，在工业生产中，这种变化特别的显著。

在现代工业生产中，越来越多的自动化设备取代了传统的人工参与工作的工业生产流程。

传统的人工参与工作，不仅危险性高，而且工作效率低，人为因素的影响可能会使整个生产流程崩溃，因此，传统的工业生产应该被先进的自动化生产所代替。

在加工一线上，自动设备被广泛的应用着，这不仅解决了人所不能在的高温，高腐蚀，高辐射等恶劣的环境中的工作，而且，也很大程度上提高了生产工件的精度和寿命。

§1.2工业机械手臂搬运加工流程控制要实现的功能

本文主要介绍基于PLC的工业机械手臂搬运加工的流程控制设计，包括PLC的内部编程和外部接线，通过仿真软件的检验，看所涉及的是否使机械手臂具有自动上升、下降、左移、右移、夹紧、松开、计数、正常停止和紧急停止的功能。

第二章总体设计

§2.1机械手臂搬运加工流程控制过程

§2.1.1机械手臂搬运加工流程控制过程描述

当机械手臂在A工作台的上限位时（即在原点处），按下启动按钮，传送带A开始工作，把物件输入，当物件被送到工作台A时，传感器感应到该信号，此时机械手臂开始向下运动，直至到下限位，然后电磁阀得电，夹紧物块，经过一定时间后，机械手臂夹紧物块开始向上运动，直至到上限位，在此之后，机械手臂夹紧物块向右移动，直至到工作台1，然后机械手臂夹紧物块向下运行，直至到下限位后，电磁阀失电，松开物块，经过一定时间后，机械手臂向上运动，当达到上限位后，机械手臂停止运动，物块在工作台1上被加工，当传感器发出物件在1处被加工完的信号时，机械手臂开始向下运行，到达下限位后，电磁阀得电，夹紧物块，经过一定时间后，再夹紧物块向上运行，然后机械手臂依次进行右移到工作台2→下降→松开→上升→在工作台2上加工，当物块在工作台2上加工完成后，机械手臂又下降→夹紧→上升→右移→到传送带B→下降→放松→上升→传送带B将物件运出并计数→机械手臂回原点，执行下一周期的工作。

§2.1.2流程控制图

按上述描述过程，可得其流程控制图如图2-1：

图2-1流程控制图

§2.2机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成

机械手臂的上升、下降，左移、右移分别有电动机M1、M2的正反转来实现，电动机M3、M4分别来实现在1处加工和在2处加工的动作，电动机M5、M6分别来控制传送带的转动和停止，其主电路接线图如图2-2所示。

图2-2主电路接线图

§2.3机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配

§2.3.1机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配

用PLC编程控制的机械手臂搬运加工流程控制系统，其I/O地址分配表如表2-1所示：

表2-1I/O地址分配表

输入

输出

信号名称

地址编码

符号

信号名称

地址编码

符号

启动按钮

I0.0

SB1

机械手臂向下运行

Q0.0

KM1

下限位行程开关

I0.1

SQ1

电磁阀夹紧

Q0.1

YV

上限位行程开关

I0.2

SQ2

机械手臂向上运行

Q0.2

KM2

1处位行程开关

I0.3

SQ3

机械手臂向右运行

Q0.3

KM3

A处位行程开关

I0.4

SQ4

机械手臂向左运行

Q0.4

KM4

2处位行程开关

I0.5

SQ5

物块在1处加工

Q0.5

KM5

1处加工完成

I0.6

SP1

物块在2处加工

Q0.6

KM6

2处加工完成

I0.7

SP2

传送带B运行

Q0.7

KM7

B处位行程开关

I1.0

SQ6

传送带A运行

Q1.0

KM8

到达计数点

I1.1

SP3

显示管个位显示

Q2.0-Q2.3

计数器复位

I1.2

SB3

显示管十位显示

Q2.4-Q2.7

物块到A处

I1.3

SP0

显示管百位显示

Q3.0-Q3.3

急停按钮

I1.4

SB2

显示管千位显示

Q3.4-Q3.7

传送带B输出点

I1.5

SP4

停止按钮

I2.0

SB4

§2.3.2机械手臂搬运加工流程控制系统的外部接线

PLC的外部接线图如图2-3所示：

图2-3PLC外部接线图

由于CPU224I/O点数有限，所以扩展了一个EM223和一个EM222，一个的输出来控制个位和十位的显示，另一个的输出用来控制百位和千位的显示；CPU的输入端口和启动、停止按钮，以及各个行程开关和光电感应开关相连，输出和控制电机运转的线圈及电磁阀相连相连。

§2.4机械手臂搬运加工流程控制系统梯形图程序设计

上电后要先对机械手臂回原点位置到，即在A处的上限位，该步设计如下：

即上电后，机械手臂若不在上限位，则向上运动到上限位，达到上限位后，触碰上限位的行程开关，若机械手臂又不在A处，则Q0.4得电，使得机械手臂向左运行，直至到A处，这样就完成了上电机械手臂回原点的控制。

按下启动按钮后，传送带A开始工作，把工件送到工作台A，在A处设有工件传感器SP0，当A处有物体时，则激活I1.3使得机械手臂开始向下运动。

且该系统中有一个急停按钮和一个停止按钮，按下急停按钮，则系统立马停止运行，而按下停止按钮，系统在该循环结束后才停止运行，该步设计如下，其中I1.4为急停按钮，I2.0为停止按钮。

在下一个循环的开始，要先对反应在一处加工完成的信号M0.3，在二处加工完的信号M0.4，及工件与传送带B输出的信号M0.5做清0处理，以免影响下次的循环。

该步设计如下：

当达到下限位后，控制抓手的电磁阀得电，使得机械手臂抓紧工件，经过设定的时间后，机械手臂夹紧物块向上移动，因为，除了该步外，当机械手臂在1处工作台的下限位，且工件在1处被加工完时，和机械手臂在2处工作台的下限位，且工件在2处被加工完时，机械手臂的工作过程同上述过程相同，所以，机械手臂能发出这个动作的设计如下：

当机械手臂在A处的上限位，且夹紧工件时，则向右移动到1处，除了该步外，当机械手臂1处的上限位且加紧工件时（此时，工件已经在1处被加工完），和机械手臂在2处的上限位且夹紧工件时（此时，工件已经在2处被加工完），机械手臂也要向右移动，分别移至2处和B处，所以，机械手臂执行该动作的设计如下：

当机械手臂夹紧工件右移到1处时，机械手臂开始向下运行，除此歩外，当机械手臂处于2处的上限位且工件还没有在2处被加工时，以及机械手臂在B处的上限位，且工件还没有被传送带B输出时，机械手臂也是执行相同的动作即向下运行，所以，机械手臂执行该动作的设计如下：

上述动作发生后，即到达下限位后，机械手臂也是发出相同的动作，即电磁阀失电，把工件放置在相应的工作台上，等待一定的时间后，机械手臂上升，等待执行下一步所需要的信号，该步设计如下：

当机械手臂上升到上限位时，电磁阀失电的情况下，若机械手臂在1处，则工件在工作台1上被加工，若机械手臂在2处，则工件在工作台2上被加工，若机械手臂在B处，则传送带B工作，把工件输送出去，该步设计如下：

接上述运行，机械手臂在1处的上限位，当工件在1处加工完成时，机械手臂向下运动，除了此步外，当机械手臂在2处的上限位，工件在2处加工完成时间，机械手臂也向下运动

当下移到下限位后，结合相应的条件，执行夹紧→上升的动作，当执行到传送带B工作时（此时机械手臂在B处的上限位），当工件达到工件计数点，即SP3动作，I1.1被激活时，增计数器C10加1，计数器中显示的数值转换成BCD数存放在VW0中，VW0的低8位VB1为计数器C10当前值的个位数和十位数，将VB1的两位BCD数传送到QB2中，Q2.0~Q2.3输出显示个位数，Q2.4~Q2.7输出显示十位数；VW0的高8位VB0为计数器C10当前值的百位数和千位数，将VB0的两位BCD数传送到QB3中，Q3.0~Q3.3输出显示百位数，Q3.4~Q3.7输出显示千位数，该步设计如下：

当工件在传送带B上输出时，即传感器SP4发出信号，则I1.5被激活，此时传送带B停止工作，机械手臂向左移动，当到达A处时，机械手臂回到原点，传送带A又开始输入工件，当SP0检测到工件时，机械手臂向下运行，又开始新一轮的工作。

§2.5机械手臂搬运加工流程控制系统的仿真

初始上电时：

检测到A处有工件时：

传送带B工作时：

第一次到达计数点时：

工件由传送带B输出时：

第五次到达计数点时：

第三章设计心得

这次的课程设计让我学会了很多，在老师和同学的帮助下，终于完成了这次的课程设计。

也是在这次课程设计的过程中，我认识到了自己存在的诸多不足，也明白仅仅学习课本上的知识是远远不够的，我们应该在学习课本知识的同时，也要多看相关方面的书籍，扩张自己的知识面，并且还要对以前学习过的基本知识做及时复习，扎实的掌握。

课程设计是一个理论与实际相结合的过程，仅仅有理论是不够的，更重要的是能运用到实际中，设计出实物来，并且要设计合理，经济适用，这就要求我们考虑问题要仔细、周密、不能有丝毫的大意，对设计方案的优化，也需要我们综合各方面的因素考虑，尤其是实际。

在设计的过程中，通过针对性的查找资料，了解了一些以前自己不知道的知识，增加了自己的知识面，有提高了自己的应用能力和实践能力，对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用，机械手臂搬运加工采用PLC为控制核心结构原理，测试方法可靠，具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性，通过对机械手臂搬运加工PLC控制系统设计的设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本的知识做了进一步的消化和巩固。

当然，由于我知识有限，经验不足，在设计的过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师给予批评与指正。

第四章参考文献

[1]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术,北京:

机械工业出版社,2012.

[2]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器[M]，北京:

机械工业出版社，2004.

[3]黄永红.电气控制与PLC应用技术，北京：

机械工业出版社,2011.

[4]王建华.电气工程师手册，北京：

机械工业出版社，2006.

[5]吴晓君.电气控制课程设计指导，北京：

中国建材工业出版社，2007.

第五章附录

整体梯形图如图所示：