PLC“分揀機(jī)械手”的控制設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

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1、車輛與動(dòng)力工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 設(shè)計(jì)題目： “分揀機(jī)械手”的控制設(shè)計(jì)1 一、設(shè)計(jì)目的進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)所學(xué)理論知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試方法；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報(bào)告的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求掌握PLC工作原理、編程及調(diào)試方法及應(yīng)用技術(shù)；根據(jù)控制要求，制定合理的設(shè)計(jì)方案；.正確選用PLC，確定輸入、輸出設(shè)備；PLC的I/O點(diǎn)分配，并繪制其連接圖，以及其它外部硬件圖；設(shè)計(jì)PLC控制程序；繪制有關(guān)圖紙；編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。三、控制要求

2、一個(gè)將工件由 A 處傳送到 B 處的機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開(kāi)關(guān)，它的工作過(guò)程如圖1所示，有八個(gè)動(dòng)作：圖1 工作過(guò)程圖四、設(shè)計(jì)時(shí)間安排查找相關(guān)資料（1天）、設(shè)計(jì)并繪制系統(tǒng)原理圖（2天）、設(shè)計(jì)PLC控制程序（2天）、模擬調(diào)試（2天）、編寫設(shè)計(jì)報(bào)告（2天）和答辯（1天）。五、

3、主要參考文獻(xiàn)1.黃永紅.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù), 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.2.王建華. 電氣工程師手冊(cè), 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.3.吳曉君. 電氣控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo), 北京: 中國(guó)建材工業(yè)出版社, 2007.指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日分揀機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)摘 要本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本文設(shè)計(jì)的主要目地是將物體從A移動(dòng)到B，實(shí)現(xiàn)物體的移動(dòng)?？纱嫒斯さ奈ｋU(xiǎn)

4、動(dòng)作。再設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)模塊主要分三個(gè)模塊。1.回原點(diǎn)操作。2.手動(dòng)操作。3.自動(dòng)操作。三個(gè)獨(dú)立的模塊很容易設(shè)計(jì)，但當(dāng)合成一個(gè)程序時(shí)，由于輸出的相互影響，使得程序出現(xiàn)凌亂。如在手動(dòng)操作中，在閉合加緊開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出Q0.4不得電。是因?yàn)橹械腝0.4沒(méi)有得電。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須保證輸出的結(jié)果相同。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手 交流伺服電機(jī) PLC目錄分揀機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)I摘 要I第一章緒論1第二章總體設(shè)計(jì)22.1分揀機(jī)械手的操作要求及功能22.1.1操作要求2

5、2.1.2操作功能22.2硬件接線圖32.3輸入和輸出點(diǎn)分配表及I/O分配接線32.4軟件電路設(shè)計(jì)及描述52.4.1機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序52.4.2 回原位程序52.4.3手動(dòng)單步操作程序72.4.4自動(dòng)操作程序92.4.5急停和停止102.5機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖112.6機(jī)械臂傳送系統(tǒng)仿真圖17第三章設(shè)計(jì)結(jié)論19參考文獻(xiàn)19II第一章緒論在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)

6、等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用plc，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成

7、。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。第二章總體設(shè)計(jì)2.1分揀機(jī)械手的操作要求及功能2.1.1操作要求分揀機(jī)械手的功能是將工件從A處移送到B處?？刂埔鬄椋?、分揀機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持原來(lái)的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；2、上升、下降的電磁閥線圈分別為YV2、YV1；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開(kāi)工件；4、機(jī)械手的夾

8、鉗的松開(kāi)、夾緊通過(guò)延時(shí)1S實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來(lái)實(shí)現(xiàn)； 2.1.2操作功能機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、連續(xù)等工作方式。1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的手動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；3、連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下“連續(xù)工作”安鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；4、傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動(dòng)，在左右極限時(shí)才能上下移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置和左右位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件；5、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作2.2硬件接

9、線圖通過(guò)Q0.0、Q0.1分別控制電動(dòng)機(jī)1的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)下降和上升，Q0.2、Q0.3分別控制電動(dòng)機(jī)2的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)左行和右行。圖1 主電路圖2.3輸入和輸出點(diǎn)分配表及外部接線圖表1 輸入輸出點(diǎn)分配圖名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸出啟動(dòng)SB1I0.0下限位SQ1I1.0電磁閥上升YV2Q0.1停止SB2I0.1上限位SQ2I1.1電磁閥左行YV3Q0.2加緊SB3I0.2右限位SQ3I1.2電磁閥右行YV4Q0.3放松SB4I0.3左限位SQ4I1.3電磁閥夾緊YV5Q0.4上升QS1I0.4回原點(diǎn)QS3I1.4電磁閥下降YV1Q0.0下降QS2I0.5手動(dòng)QS4I1.5左行QS3I

10、0.6自動(dòng)QS5I2.0右行 QS4I0.7急停SB5I2.1圖2 外部接線圖2.4軟件電路設(shè)計(jì)及描述2.4.1機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖所示。 其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，I1.4接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)。再把旋鈕置于手動(dòng)，則I1.5接通，其常閉觸頭打開(kāi)，程序不跳轉(zhuǎn)，在I1.4不閉合的情況下，執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于I1.5常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到0所指的自動(dòng)位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，（既I1.5常閉閉合、I1.6常開(kāi)閉合），在I1.4不閉合的情況下，程序執(zhí)行時(shí)跳過(guò)手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。圖3 總體流程圖2.4.2 回原

11、位程序1、回原點(diǎn)程序一回原位程序如圖所示。首先，在梯型圖中只有加緊和放松有了在用SET和RET指令，其它的手臂動(dòng)作均是得電操作，失電停止。所以在左行的時(shí)所以在沒(méi)有其它操作指令時(shí)，上下行、左右行是停止的。所以在上行、左行的時(shí)侯不需要考慮是否上行和左行。其次，回原點(diǎn)操作就是讓手臂回到最左端和最上端。所以無(wú)論手臂在哪個(gè)地方，必須先移動(dòng)到最上端再移動(dòng)到最左端。最后，在手臂移動(dòng)的時(shí)候，手臂必須是放松狀態(tài)。圖5 回原點(diǎn)流程圖2、回原點(diǎn)程序的改進(jìn)。當(dāng)手臂處于加緊并且不是在最低點(diǎn)停止時(shí)，執(zhí)行回原點(diǎn)操作，會(huì)使手臂里加緊的物體掉落。所以，先讓手臂回到最低點(diǎn)，再放松。圖6 回原點(diǎn)的改進(jìn)圖2.4.3手動(dòng)單步操作程序如

12、圖5所示。在進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，首先將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置。此時(shí)I1.5閉合，I1.5的常開(kāi)觸電斷開(kāi)，不再進(jìn)行跳轉(zhuǎn)操作，流程開(kāi)始進(jìn)行手動(dòng)操作。具體過(guò)程已在圖中標(biāo)注。其中圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。2.4.4自動(dòng)操作程序自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見(jiàn)圖所示。由于啟動(dòng)時(shí)手臂自動(dòng)回原位。所以開(kāi)始自動(dòng)操作前，手臂已回到原點(diǎn)位置。當(dāng)閉合I1.6時(shí)I1.5處于斷開(kāi)狀態(tài)，所以執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作，跳轉(zhuǎn)到LBL0位置，I1.6閉合開(kāi)始執(zhí)行自動(dòng)操作。I1.6接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.5，驅(qū)動(dòng)下降Q0.0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開(kāi)關(guān)I1.0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.6，而Q0.0停止移動(dòng).M0.6驅(qū)動(dòng)Q0.4置位，延時(shí)1秒，以使電磁

13、力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T37接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M0.7，驅(qū)動(dòng)Q0.1上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，I1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.0。M1.0驅(qū)動(dòng)Q0.3右移。移到最右位，M1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到Q0.0下降。下降到最低位，M1.2接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T38接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.3使Q0.1上升。上升到最高位，I1.1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M1.4使Q0.2左移。左移到最左位，使M2.0接通，返回初始狀態(tài)，再開(kāi)始第二次循環(huán)動(dòng)。圖7 自動(dòng)操作的流程圖2.4.5急停和停止在負(fù)載和電源之間接一個(gè)交流接觸器的常閉開(kāi)關(guān)，用中間繼電器M2.0控制。當(dāng)按下急停按鈕I2.1后，M2.0

14、得電，從而使Q0.5得電常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷電源。停止安扭的功能是在運(yùn)行過(guò)程中，按下停止按鈕，手臂不會(huì)停止，當(dāng)?shù)竭_(dá)極限位置時(shí)再停止。即該步完成后再停止。如，當(dāng)手臂在最左端時(shí)，I1.3左極限是閉合的，按下停止按鈕，手臂不停止。當(dāng)I1.1上極限閉合時(shí)，M1.5得電，M2.0閉合，Q0.5得電，斷開(kāi)電源，停止工作。2.5機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖機(jī)械臂的整個(gè)梯形圖，能夠完成急停、停止、回原點(diǎn)、手動(dòng)、自動(dòng)等功能。2.6機(jī)械臂傳送系統(tǒng)仿真圖圖8是按下回原點(diǎn)I1.4時(shí)，根據(jù)行程開(kāi)關(guān)的相應(yīng)動(dòng)作，最終使手臂達(dá)到最左、最上的極限位置，使I1.1、I1.3閉合。圖9是按下I1.6時(shí)，在初始位置時(shí)，I1.1、I1.3是閉合

15、的，所以，按下自動(dòng)開(kāi)關(guān)后，手臂開(kāi)始進(jìn)行下降等一系列的動(dòng)作。圖8 回原點(diǎn)的仿真圖圖9 自動(dòng)操作的仿真圖第三章設(shè)計(jì)結(jié)論可編程控制器課程設(shè)計(jì)是課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)了2周的課程設(shè)計(jì)使我對(duì)plc設(shè)計(jì)過(guò)程有進(jìn)一步了解，對(duì)plc產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)。因?yàn)槔碚撝R(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)遇到了不少問(wèn)題，通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問(wèn)題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把理論運(yùn)用于實(shí)際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。通過(guò)此次設(shè)計(jì)過(guò)程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用可編程控制器設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識(shí)和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作過(guò)程打下基礎(chǔ)。還要感謝四位老師的指導(dǎo)，感謝你們的耐心與關(guān)愛(ài)。參考文獻(xiàn)可編程控制器原理與應(yīng)用 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8PLC應(yīng)用技術(shù) 主編：馮新強(qiáng) 北京郵電大學(xué)出版社 北京，2009.4電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)主編：黃永紅機(jī)械工業(yè)出版社北京,2011電氣控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 主編：吳曉君 中國(guó)建材工業(yè)出版社 北京,200719