机械手自动搬运线PLC控制新版系统专业课程设计.docx

电气控制和PLC课程设计汇报

题 目：机械手自动搬运线PLC控制系统
姓 名：
学 号：
专业班级： 机械电子工程
指导老师：

摘 要
本课程设计以机械手为设计对象，依据设计要求，具体分析了机械手工作原理和控制需求，选择采取西门子S7-300系列PLC进行了控制系统设计。
首先，依据机械手自动搬运系统运行机制，针对机械手自动搬运工作要求，对系统工作过程进行了描述，完成了机械手自动搬运加工控制系统方案设计。
其次，依据控制任务，进行了PLC控制电路设计，对PLCI\O地址进行了分配，并对PLC控制程序进行了功效划分，实现了工作步骤模块化设计。
然后，依据机械手自动搬运加工工作原理，设计其系统PLC控制步骤图，并以STEP7为PLC软件设计平台，完成机械手自动搬运系统自动控制、点动控制、停止运行等功效PLC梯形图设计，实现了机械手搬运过程自动控制。
最终，经过采取STEP7平台中S7-PLCSIM仿真功效，对自动控制、点动控制、停止运行等工作过程进行PLC梯形图仿真验证，结果表明完成了关键功效设计，达成了机械手自动搬运设计要求，实现了机械手自动搬运加工功效。
在设计过程中，小组共同讨论、确定总体方案，本人关键负责梯形图程序部分，进行了梯形图设计及仿真调试，完成本课程设计。

关键词： 机械手 PLC 梯形图 仿真

目 录
摘 要 I
目 录 II
1、引言 1
2、总体设计方案 2
2.1、机械手自动搬运系统组成 2
2.1.1机械手自动搬运系统的工作原理 2
2.2、机械手自动搬运示意图 2
2.3、机械手自动搬运系统工作过程 2
2.4、控制方案设计 3
3、机械手自动搬运线PLC控制电路设计 4
3.1、主电路图 4
3.2、PLC外部接线图 5
4、机械手自动搬运线PLC梯形图软件设计 5
4.1、PLC系统工作流程图 5
4.2、OB1程序 6
4.3、FC1功能程序： 9
4.4、FC2程序 10
5、机械手自动搬运线PLC控制系统仿真测试 13
6、设计小结 14
6.1、设计总结 14
6.2、系统调试中的问题及解决的措施 14
参考文献 14

1、引言
伴随机械化工业快速发展，机械手应用已经成为一个工业化趋势，同时，社会生产不停进步和大家生活节奏不停加紧,大家对生产效率也不停提出新要求。因为微电子技术和计算软、硬件技术迅猛发展和现代控制理论不停完善,使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统因为其介质起源简便和不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点,已渗透到工业领域各部门,在工业发展中占相关键地位。
中国科学家对机器人定义是:“机器人是一个自动化机器,所不一样是这种机器含有部分和人或生物相同智能能力,如感知能力、计划能力、动作能力和协同能力,是一个含有高度灵活性自动化机器。”机器人技术是建立在机械,微电子、控制、人工智能技术等基础上一门机电一体化高新技术。机器人诞生于二十世纪50年代,现在已经发展到第三代智能机器人。纵观机器人发展历史和高新技术发展趋势,机器人已经成为现代化工业发展中不可缺乏必备工具。所以各工业发达国家很重视机器人技术,一个世界范围机器人研制热潮正方兴未艾。
机械手是机械化、自动化生产过程中发展起来一个新型装置。它能模拟人手和臂一些动作功效,用以根据固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。在现代化生产过程中,机械手被广泛利用于自动生产线中,机械手研制和生产已成为高技术领域内快速发展起来一门新技术,它愈加促进了机械手发展,使得机械手能够愈加好地实现以机械化和自动化有机结合。机械手即使现在还不如人手那样子灵活,但它能不停反复工作和劳动,不知疲惫、不怕危险、抓取重物力量比人手力大特点,所以,机械手也受到了很多部门重视,并越来越广泛地得到应用。机械手技术包含到力学、机械学、电气自动控制技术、传感器技术和很多计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
在本课程设计中，机械手要完成自动搬运加工过程，经过PLC设计控制系统，使机械手能够自动完成一系列动作，能够在多种不一样生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更便捷、快速。
在“机械手自动搬运线PLC控制系统”课程设计过程中，经过小组共同讨论、确定总体方案，本人关键负责梯形图程序部分，进行了梯形图设计及仿真调试。

2、总体设计方案
2.1、机械手自动搬运系统组成
2.1.1机械手自动搬运系统工作原理
机械手关键由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度，自由度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。控制系统是经过对机械手每个自由度电机控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈信息，形成稳定闭环控制。
2.2、机械手自动搬运示意图

图1.1机械手自动搬运加工示意图

2.3、机械手自动搬运系统工作过程
(1)开启控制：按下开启按钮后,系统自动运行。机械手先开启、上升到位(SQ4检测),并停止,等候工件到位。
(2)自动搬运加工过程控制：开启传送带A运行和传送带B传送带A拖动产品移至指定位置,由SQ0检测到位并计数，停止传送带A。机械手左转到位(SQ1检测)、下降到位（SQ5检测),夹取工件(由开关JQ实施)上升并右转到工作台处(右转到位SQ2检测),下降、松开JQ开关放下工件,上升等候20秒再下降到位、夹取工件上升并右转到传送带B(右转到位SQ3检测)下降松开JQ并放下工件,传送带B移走工件,机械手上升、左转返回至传送带A处,继续搬运加工,如此循环进行。传送带A、B运行期间运行指示绿灯PG0、PG1闪动,停止运行灯灭。
(3)点动控制：设置机械手上升、下降、左转、右转点动控制按钮。
(4)停止控制：按下停止按钮,传送带A和传送带B同时停止,机械手上升到位并返回传送带A处停止。

2.4、控制方案设计
针对机械手自动运转搬运设计任务，此次设计我们采取CPU是CPU313C ,加了一个DI16/DO16x24V/0.5A模块，将任务划分为自动控制、点动控制、停止运行三个部分，用了两个功效FC1、FC2，设计机械手自动搬运、加工功效，经过仿真软件调试，完成机械手能够点动控制和自动搬运加工控制功效。
具体参数和地址分配表以下：
表2.1机械手自动搬运系统地址分配表
编程元件
符号
地址
注释

数字量输入
16×24VDC

Start
I0.0
开启按钮
stop
I0.1
停止按钮
Inching
I0.2
点动按钮
SQ0
I0.3
检测产品到位并计数
SQ1
I0.4
检测左转到位（抵达A）
SQ2
I0.5
检测右转到位（抵达工作台）
SQ3
I0.6
检测右转到位（抵达B）
SQ4
I0.7
检测上升到位
SQ5
I1.0
检测下降到位
SB1
I1.2
上升
SB2
I1.3
下降
SB3
I1.4
左转
SB4
I1.5
右转
Start-C
I1.6
开启传送带AB
FR
I1.7
热继电器（过载保护）

数字量输出
16×24VDC

数字量输出
16×24VDC
PG0
Q0.0
传送带A指示灯
PG1
Q0.1
传送带B指示灯
PG2
Q0.2
报警指示灯
JQ
Q0.3
开关JQ实施
M11
Q1.0
机械手转动电机（右）
M12
Q1.1
机械手转动电机（左）
M21
Q1.2
上下运行电机（上）
M22
Q1.3
上下运行电机（下）
MA
Q1.4
传送带A电机
MB
Q1.5
传送带B电机

FC1
FC1
手动控制
FC2
FC2
自动控制

3、机械手自动搬运线PLC控制电路设计
为了满足机械手正常运转功效要求，我们设计下面主电路图和外部接线图。
3.1、主电路图

图3.1主电路

3.2、PLC外部接线图

图3.2 PLC外部接线图
4、机械手自动搬运线PLC梯形图软件设计
依据机械手自动搬运加工工作过程，以下为我们设计PLC系统工作步骤图和PLC程序。

4.1、PLC系统工作步骤图

图4.1步骤图
4.2、OB1程序

初始开启控制程序；

开启按钮和停止按钮程序，用两个FC功效，实现自动控制和点动控制切换；

系统自动运行。机械手先开启，上升到位并停止，等候工件到位；

机械手向上运行电机开启；

机械手向左运动开启，当检测到上升位时才能实施；

机械手向下运行电机开启；

机械手向右运动开启，当检测到上升位时才能实施；

传送带A、B指示灯开启；

报警触发程序，当上下两个限位开关同时检测到时，开始报警；

当传送带A长时间一直工作触发报警信号；

报警电路开启程序；

夹取工件程序，开启开关JQ实施；
4.3、FC1功效程序：

点动控制FC1功效内程序，控制四个动作，实现机械手上升、下降、左转、右转点动控制，常闭触点为互锁；
4.4、FC2程序
自动控制FC2功效内程序，实现循环搬运工作；

开启传送带A、B和指示灯A、B；指示灯闪烁用时钟存放器位M1.5来实现，MB用来自锁，当SQ0检测到位时，停止传送带A和指示灯A；

当A拖动工件移至指定位置时,由SQ0检测到位并计数，停止传送带A，机械手开始左转，当SQ1检测到位，机械手停止左转并开始向下运动，当SQ5检测到位，向下停止运行；

机械手下降到位后，自动夹取工件，开始上升，当SQ4检测到位时停止向上运行；

机械手夹着工件向右转动达成工作台(右转到位SQ2检测)，并下降到位，断开开关JQ，将工件放在工作台；

将工件放在工作台上，上升等候20秒再下降到位；

下降到位，机械手自动夹取工件；

夹取工件上升到位，开始右转到传送带B(右转到位SQ3检测)，M0.3启自锁作用；

右转到传送带B，机械手开始下降，下降到位后自动断开JQ放下工件,传送带B移走工件,机械手上升到位，当传送带A处又检测到工件，机械手将继续搬运加工,如此循环进行。
5、机械手自动搬运线PLC控制系统仿真测试
打开S7-PLCSIM时，会弹出图5.1所表示界面。单击“STOP”、“RUN”或“RUN-P”，能够令PLC处于对应运行模式。下载程序之前，应先打开PLCSIM仿真器，选中所要仿真块对象，单击下载按钮，可将数据下载到仿真PLC中。单击“RUN”，选中对应开关量模拟框，以模拟开关量，另外也能够经过仿真器看到仿真结果。
1）开启开关，传送带开关按下，传送带A、B工作。

图5.1 S7-PLCSIM仿真界面

2）当有传送带A有产品时，传送带A停止，机械手向左运动。

图5.2 S7-PLCSIM仿真界面

6、设计小结
6.1、设计总结
针对机械手自动搬运线任务，采取西门子300PLC，设计出了梯形图程序，经过仿真调试，完成了机械手自动控制、点动控制等功效。
经过此次课程设计，我们才明白理论和实践相结合关键性，不仅巩固了我们理论知识，还让我们学会把理论知识利用到实践中去，在理论和实践结合下，完成机械手手动和自动控制系统，提升了我们实际动手能力，独立思索能力和团体合作能力。后二者并不矛盾，在合作同时，要学会有自己见解，或许这么会使得任务更正确，简单，更适合大众需求。
要完成一个工作，你必需同时具各理论和实践能力，而且要学会查找资料，要学会怎样在海量资料中寻求到你所需要东西。在设计过程中，我们用了分工和合作方法，每个人负责一定部分，同时在一定阶段共同讨论，以处理分工中个人不能处理问题，在交流中大家主动讲话，提出意见，同时我们还向别同学请教,在设计过程中我们还得到了老师帮助和意见，添加了电气互锁和自锁，使我们设计更靠近实际，经过数次修改，成功完成了此次设计。
6.2、系统调试中问题及处理方法
在程序仿真过程中出现了自锁互锁不起作用现象，经过调试检验发觉，PLC工作过程分时扫描，有一定扫描周期，程序加多时很轻易出现反复错误。处理方法是分了两个功效来实施不一样模式。

参考文件
[1] 刘艳梅.S7-300可编程控制器（PLC）教程[M].北京:人民邮电出版社,.
[2] 向晓汉.西门子PLC高级应用实例精解[M].北京:机械工业出版社,.
[3] 董海棠.电气控制及PLC应用技术[M].北京:人民邮电出版社，,11.
[4] 王永华.现代电气控制技术及PLC应用技术[M].第2版.北京:北京航空航天大学出版社,.
[5] 廖常初.PLC基础及应用[M].第2版.北京:机械工业出版社,.