PLC机械手臂专业课程设计原稿.doc

气动机械手控制系统
1 课程设计任务和要求
1.1 课程设计任务
1.熟悉三菱FX2N PLC机构及使用。
2.掌握相关PLC编程操作并实现所要求功效。
3.含有PLC硬件设计。
4.熟悉PLC仿真软件操作和仿真。
经过此次论文，深入加强自己对机械手和PLC认识，和它们在生活中广泛应用。
1.2 课程设计要求
气动机械手动作示意图以下图所表示，气动机械手功效是将工件从A点搬运到B点，控制要求为：
（1）气动机械手升降和左右移动分别由不一样双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来状态，必需驱动反向线圈才能反向运动；
（2）上升、下降电磁阀线圈分别为MB2、MB1；右行、左行电磁阀线圈为MB3、MB4；
（3）机械手夹钳由单线圈电磁阀MB5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；
（4）机械手夹钳松开，夹紧经过延时2s实现；
（5）机械手下降、上升、右行、左行限位由行程开关BG1、BG2、BG3、BG4来实现。
图1 气动机械手动作示意图

2气动机械手控制系统设计方案制订
本设计采取三菱系列PLC设计下图为一个将工件由A处传送到B处机械手，上升/下降和左移/右移实施用双线圈二位电磁阀推进气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有机械动作，比如一旦下降电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有下降动作状态，直到相反方向线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推进气缸完成，线圈通电实施夹紧动作，线圈断电时实施放松动作。设备装有上、下限位开关和左、右限位开关，它工作过程图所表示，有八个动作，即为：
原位 下降 夹紧 上升 右移

左移 上升 放松 下降
图2 机械手动作周期
3气动机械手控制系统设计方案实施
3.1气动机械手控制系统电路元器件选择
为实现设计目标，本设计需用到两台三相电机，4个接触器，4个继电器。其中M1三相电机控制机械手臂上下移动（KM1闭合M1电动机正转，机械手臂下降；KM2闭合M1电动机反转，机械手臂上升）；M2三相电机控制机械手臂左右移动（KM3闭合M2电动机正转，机械手臂右移；KM4闭合M2电动机反转，机械手臂左移）。三相电机由接触器和继电器控制，继电器和PLC相接，受其控制。
3.2气动机械手控制系统电路图
1.主电路图

图3 机械手臂主电路图
2.设计接线图

图4 机械手臂接线原理图
3.3气动机械手控制系统输入输出分配
输入
SB1

BG1
BG2
BG3
BG4
X000

X002
XOO3
X004
X001

开启

下限开关
上限开关
右限开关
左限开关
输出
MB1
MB5
MB2
MB3
MB4

Y0
Y1
Y2
Y3
Y4

下移线圈
夹紧线圈
上移线圈
右移线圈
左移线圈

表一 机械手传送系统输入和输出点分配表
本设计为单步自动控制，其中X002—X004分别为上限位开关，下限位开关，左限位开关和右限位开关；Y0输出为M1三相电机正转（下降），Y2输出为M1三相电机反转（上升），Y3输出为M2三相电机正转（右移），Y4输出为M2三相电机反转（左移）。输入公共端为高电平，输出公共端为低电平.
4气动机械手控制系统设计仿真实现
4.1仿真软件介绍
GX Developer是三菱PLC编程软件。适适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序线上更改、监控及调试，含有异地读写PLC程序功效。
Gx DeveloperGX Developer特点：
1.软件共通化 GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包含运动控制（SCPU））,FX系列数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式文档。另外，选择FX系列情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式文档。2.利用Windows优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成说明数据进行复制粘贴，并有效利用。
2.能够简单设定和其它站点链接 因为连接对象指定被图形化而构筑成复杂系统情况下也能够简单设定。
3.能够用多种方法和可编程控制器CPU连接
(1)经由串行通讯口。
(2)经由USB。
(3)经由MELSECNET/10(H)计算机插板。
(4)经由MELSECNET(Ⅱ)计算机插板。
4.丰富调试功效
(1)因为利用了梯形图逻辑测试功效，能够愈加简单进行调试作业。(a) 没有必需再和可编程控制器连接。(b)没有必需制作条使用次序程序。
(2)数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作时间能够大幅度缩短。
4.2程序梯形图及GX development软件仿真

X000为开启按钮，X007待机状态线圈，X007通电则待机状态指示灯点亮。X000按下前Y007长亮,按下后Y007断电同时进入下一状态，此时Y000(Y000下降线圈MB1)线圈通电,M1电机进入正转运行状态,手臂下降,电机M1正转，手臂下移，Y005（Y005为下降指示灯）通电，同时下降指示灯点亮。

X002（X002为下限开关BG1），手臂下移触碰BG1，X002按下同时Y000和Y005线圈复位，机械手臂停止下移，程序进入下一状态。经过步进指令S22按下，Y001（Y001为夹紧线圈MB5）线圈通电，实施夹紧状态，同时定时器开始计时两秒钟，到时自动进入下一状态.

经过步进指令，S23按下，Y002（Y002为上升线圈MB2）线圈得电，电机M1反转，手臂上升，Y006得电上升指示灯点亮。

机械手臂上移触碰上限开关BG2（X003为上限开关BG2），X003按下，线圈Y002和线圈Y006复位，机械手臂停止上移，上移指示灯同时熄灭，控制系统进入下一状态.经过步进指令，S25被按下，Y003(Y003为右移线圈MB3)线圈得电，电机M2正转，机械手臂右行，同时Y010得电右移指示灯亮.

机械手臂右移触碰右限行程开关BG3，X004(X004为右限开关BG3)按下，进入下一状态.经过步进指令，S27被按下，Y000(Y000为下移线圈MB1)线圈得电，M1电机正转，机械手臂再次下降，同时Y011线圈得电下移指示灯亮。

机械手臂下移触碰行程开关BG1,X002（X002为下限开关BG1）被按下，此时线圈Y000和Y011复位，机械手臂停止下移，下移指示灯熄灭，控制系统进入下一状态.经过步进指令S29被按下，线圈Y001（Y001夹钳线圈）线圈复位断电，夹紧指示灯灭，工件放下，计时器T2开始计时二秒，到时自动进入下一状态.

此时当计时器计时结束以后，S31被按下，Y002(Y002上移线圈MB2)线圈得电，电机M1反转，机械手臂再次上升，同时Y010线圈再次得电，上移指示灯亮.

机械手臂上移触碰行程开关BG3,X003（X003为上限开关BG2）被按下，进入下一状态.经过步进指令使得S32被按下，线圈Y004和线圈Y006得电，Y004（Y004左移线圈MB3）线圈得电，电机M2得电反转，机械手臂左移，同时Y006线圈得电，左移指示灯亮。

机械手臂左移，触碰左限行程开关BG4,(按钮X001为BG4)X001被按下，线圈Y004及线圈Y006复位，停止左移，左移指示灯熄灭。线圈S0得电，机械手臂复位.
仿真总结：
PLC编程之中，关键利用步进指令，借助计时器实现线圈Y0(Y0为MB1下移线圈)、Y1(Y1为夹紧线圈MB5)、Y2(Y2为MB2上移线圈)、Y3(Y3为MB3右移线圈)、Y4(Y4为MB4左移线圈)依次按要求通断。
机械手臂左移右移上移下移四个线圈分别连着四个继电器，当线圈得电，对应继电器会产生预期动作，使对应接触器线圈得电，接触器触点闭合，继而控制两个交流电机M1、M2正反转，实现机械手臂移动要求。
心得体会
经过此次设计，首先让我认识到自己不足，发觉了学习中错误之处；其次又积累丰富知识，吸收她人好方法和经验，增强对复杂问题处理能力，探索出一套处理综合问题方法，为自己以后工作和学习打下坚实基础。
经过这次努力，使我顺利完成了此次课程设计。该设计既是对所学知识总结，又是自己知识扩展，大大加深了对PLC课程了解。
课程设计中既动脑、又动手，是一个理论和实际结合过程。仅仅有理论是不够，更关键是实际，是我们所设计实物，使其含有设计合理，经济实用优点。这就需要我们考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫大意。对设计方案优越化，需要我们综合各方面原因考虑，尤其是实际。
鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是首次研究这种复杂设计，在此过程中难免存在部分错误和不足之处，恳请各位老师给批评和指正。
可编程控制器课程设计是课程当中一个关键步骤，经过了此次课程设计使我们对PLC设计过程有深入了解，对PLC产品相关控制知识有了深刻认识。
因为理论知识学不牢靠，在设计碰到了不少问题，经过理论和实际结合，深入提升观察、分析和处理问题实际工作能力，方便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要高素质复合型人才。利用学习结果，把理论利用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。经过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其它课程理论知识和应用生产实际知识处理工程实际问题能力，为以后学习和工作过程打下基础。
参考文件
[1]《机械设计基础（第五版）》 杨克桢 程光蕴 李仲生
[2] E.H.尤列维奇等著.刘兴良等译.机器人和机械手控制系统.北京：新时代出版社，1986.
[3] 加腾一郎. 机械手图册.上海科学技术出版社，1979.
[4]《机械制图》 钱可强 何铭新
[5]《机械设计》 邱宣怀 等编著
[6] 蒋少茵.机械手模型和设计[J].华侨大学学报(自然科学版),1998,(04).
[7] 李明. 单臂回转式机械手设计[J]. 制造技术和机床, ,(07).
[8]余达太，马香峰.工业机器人应用工程.北京:冶金工业出版社,.
[9]何存兴编.液压传动和气压传动.武汉：华中科技大学出版社..8.
[10]吴振彪编.工业机器人[M].武汉：华中科技大学出版社.1997.

附录
梯形图程序以下所表示：

指导老师评语

成绩（60%）

指导老师签字：
年 月 日
答辩过程及评价

成绩（40%）

答辩小组签字：
年 月 日
院综合意见
综合成绩

分管院长签字（盖章）：
年 月 日