机械手控制系统的设计.docx

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机械手控制系统的设计

PLC课程设计

课题：

机械手控制系统的设计

作者：

学号：

专业：

班级：

指导教师：

任务要求

1.1设计任务与要求

许多娱乐场合设有投币手动抓物机械手。

仿照娱乐场合中的手动抓物机械手，设计机械手的控制系统，能够配合机械手的机械结构实现手动抓物。

要求：

在资料调查和分析的基础上，对系统进行的分析和设计；要求完成如下主要功能：

（1）机械手的控制可以用单片机或PLC；

（2）通过按键，实现机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合；

（3）可采用上位机，远程控制机械手的上升、下降、左移、右移、手爪张开、闭合。

（4）采用电机驱动控制方式。

机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，可以完成俩个工作台之间的工件搬运，完成动作包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。

本课题结合学生的将来的职业岗位，主要要求学生根据机械手的工作原理及控制特点，设计该类型机械手的PLC控制过程，包括PLC的选型，即采用的类型。

确定输入输出端口的个数。

完成左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程梯形图。

实验二：

机械手控制系统的设计

机械手PLC控制设计

摘要

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。

它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

本论文可编程控制器（PLC）选用西门子（SIEMENS）公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,而电磁阀通过控制相应的汽缸，完成俩个工作台之间的工件搬运，包括左右，上下及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动和自动两个操作过程。

关键词：

PLC,可编程控制器，机械手

目录

1、控制系统结构···············································5

2、控制要求···················································5

3、机械手顺序功能图···········································6

4、输入、输出分配·············································7

5、程序设计及工作过程分析

5.1程序设计·······································7

5.2程序梯形图·············································9

5.3过程分析·······································12

六、方案特点及存在的问题····························13

七、课程设计心得与总结·······························13

参考文献

一、控制系统结构

机械手系统结构如图所示。

此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。

二、控制要求

图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：

机械手要求具有以下几种工作方式：

1.手动操作：

用各自的控制按钮来一一对应地接通或断开各动作的工作方式。

2.单周期操作：

按下起动按钮，机械手传送工件运行一次后，停在原位后等待下次启动。

3.连续操作：

按下起动按钮，机械手能自动连续往复运行。

三、机械手顺序功能图

四、输入、输出分配

输入信号

输出信号

启动按钮SB1

I0.0

电磁阀下降YV1

Q0.0

停止按钮SB2

I0.1

电磁阀上升YV3

Q0.1

左限位SQ4

I1.0

电磁阀左行YV5

Q0.2

右限位SQ3

I1.1

电磁阀右行YV4

Q0.3

上限位SQ2

I1.2

夹紧YV2

Q0.4

下限位SQ1

I1.3

原位HL

Q0.5

五、程序设计及工作过程分析

5.1程序设计

语言表:

LDI0.0LDM0.2

OQ0.0OQ0.0

ANQ0.4=Q0.4

ANM0.5LDNI1.3

ANI1.3AQ0.4

ANQ0.2LDNI1.3

ANQ0.5ANQ0.4

ANQ0.3AM0.5

ANQ0.1OLD

=M0.1OQ0.1

LDNQ0.4ANI1.2

ANM0.5ANQ0.2

AI1.3ANQ0.0

=M0.2ANQO.3

=Q0.1

⑤LDQ0.4⑧LDNQ0.4ANI1.0

AI1.2AM0.1ANQ0.3

OQ0.3LDQ0.4ANQ0.0

ANI1.1AM0.3ANQ0.1

ANQ0.0OLD=Q0.2

ANQ0.1OQ0.0

ANQ0.2ANI1.3

=Q0.3=Q0.0

⑥LDI1.1⑨LDNQ0.4

OQ0.0AI1.0

AQ0.40Q0.5

ANI1.3ANI1.3

ANQ0.1ANI0.1

ANQ0.2ANQ0.1

ANQ0.3ANQ0.3

=M0.3=Q0.5

SM0.4RM0.4,1

⑦LDQ0.4RM0.5,1

AM0.4⑩LDNQ0.4

AI1.3AI1.2

RQ0.4OQ0.2

SM0.5,1ANI0.1

5.2程序梯形图

1）电磁阀下降

2）夹紧

3）电磁阀上升

4）电磁阀右行

5）电磁阀左行

4.1

主程序设计

5.3过程分析

机械手动作过程的实现

机械手的动作过程如图3-1所示。

从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。

夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。

右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。

若此时右工作台上无工件，则光电开关接通，下降电磁阀通电，机械手下降。

下降到底时，碰到下限开关，下降电磁阀断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移，左移到原点时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，左移停止。

至此，机械手经过八部动作完成了一个周期的动作。

图3-1机械手动作过程

6、方案特点及存在的问题

在设计机械手没考虑到断电情况，一旦断电后恢复将会导致机械手难以控制，将会导致工程事故。

这是一个很现实的问题，作为设计者必须考虑到的一点。

在正常情况下，做每一动作时，其他的步骤的开关将处于关闭状态。

它的可靠性高，实用性强、灵活性好、功能齐全，并且编程简单、使用方便。

七、课程设计心得与总结

经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机械手的模型已设计完毕，其功能基本达到要求。

整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让机械手作出不同的动作，控制的柔性很好。

系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习与探索的过程。

在这个过程中，我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计有了切身的认识和深刻的体会，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。

控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行于调试的过程来进行。

系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计过程中，要边学习，边实践，遇到新的问题就不断探索和努力直到问题得到解决。

在设计中，体会到理论必须和实际相结合。

虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题。

许多问题都是书本上是这样，而在实际运用中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到要求的系统。

目前工业机械手主要用于机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面还是不能满足工业发展的需要。

在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。

将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以便根据不同的作业要求选择不同类型的基加紧机构，即可组成不同用途的机械手。

既便于设计制造，有便于更换工件，扩大应用范围。

同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。

总之，随着PLC传感技术的发展机械手装配作业的能力也将进一步提高，更重要的是机械手的安全性高，节省人工，提高效率和品质，延长机器寿命，防模具损坏，降低产品不良率，节省原料，降低成本，节省人力，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。

参考文献

[1]张建民主编.工业机器人[M]，北京理工大学出版社，1992

[2]李静主编.机电一体化技术基础与产品设计[M]，机械工业出版社，1996

[3]杨长能主编.可编程控制器基础及应用[M]，重庆大学出版社，1999

[4]陆鑫盛主编.气动自动化系统的优化设计[M]，上海科学技术文献出版社，2000

[5]袁任光主编.可编程控制器应用技术与实例[M]，华南里工大学出版社,1997

[6]张万忠主编.电器与PLC控制技术[M]，化学工业出版社,2000.

[7]张桂香主编.电气控制与PLC应用[M]，化学工业出版社,2003

[8]王永华主编.现代电气及可编程控制技术[M]，北京航空航天大学出版社,2003