PLC机械手.doc

                   摘要   机械手是工业控制和加工中经常用到的执行部件，具有能适应恶劣工作环境、效率高、安全稳定和可进行高强度工作的优点，在自动化生产线上有广泛的应用。在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。   自上世纪六十年代，PLC设计的机械手被实现为一种产品后，对它的开发应用也在不断发展，它可以在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产；提高生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力等方面起到及其重要的作用。 关键字：机械手  PLC  现代工业                目  ;  录摘要第1章  概述1.1  课题设计意义1.2  控制系统介绍    1.3机械手控制系统的设计步骤.第2章 硬件设计2.1控制系统I/O分配表2.2 控制系统外部接线图第3章 软件设计3.1控制系统流程图3.2控制系统梯形图第4章 软件及硬件调试心得体会参考文献                第1章  概 述1.1   课题设计意义机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。1.2 控制系统介绍    在自动化生产线上，经常用机械手完成工件的取放操作，如图1-1是一机械手结构示意图，其任务就是将传送带A上的物体搬送到传送带B上。机械手的每次循环动作均从原位开始。机械手结构示意图如图1-1所示：               图1-1 机械手结构示意图机械手工作过程示意图如图1-2所示：原位    下降    夹紧    上升    右移     左移         上移       放松     下降图1-2机械手工作过程示意图1.3 机械手控制系统设计步骤根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的信号的,同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的选型。(3)根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。PLC的用户程序体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系,编程时可用编程器或计算机直接编程、修改,同时也可对PLC的工作状态、特殊功能进行设定。(4)对所设计的PLC程序进行调试和修改,直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。(5)保存已完成的程序。                           第二章 控制系统硬件设计PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计。在硬件设计重要进行输入设备的选择（如控制按钮、开关、检测装置及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜的设计等。硬件设计还包括PLC输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电器原理图。输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，所以PLC可采用西门子S7-200，S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。2.1控制系统I/O分配表基于PLC的机械手控制系统的生产控制要求，经过认真的研究考虑，系统设计I/O分配表如下表2.1所示:                                        ;               表2.1输    入输    出上限位开关  SQ1I0.0上行电磁阀Q0.0下限位开关  SQ2I0.1下行电磁阀Q0.1左限位开关  SQ3I0.2左行电磁阀Q0.2右限位开关  SQ4I0.3右行电磁阀Q0.3抓紧限位开关SQ5I0.4抓紧电磁阀Q0.4光电开关PSI0.5放开电磁阀Q0.5启 动 按钮SB1I0.6传送带A的电动机接触器Q0.6停止按钮    SB2I0.72.2  控制系统外部接线图基于PLC的机械手控制系统的生产控制要求，经过认真的研究考虑，控制系统设计的外部接线图如图2-1所示:                                               控制系统的外部接线图2-1第 3 章  系 统 软 件 设 计软件设计主要是指编写工艺流程图，即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求及转换条件，配合定时、计数、分支、循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成满足机械手控制系统生产要求的梯形图的设计。3.1 控制系统流程图基于PLC的机械手控制系统的生产控制要求，经过认真的研究和考虑，系统设计流程图如图3-1所示：                             3-1系统设计流程图3.2控制系统梯形图根据控制系统生产要求以及机械手工作流程图（图3-1所示）经过认真研究和考虑，控制系统的系统梯形图如图3-2所示：                                                                                             控制系统梯形图3-2 (1)在机械手上、下、左、右行走的控制中，使用了一个软件联锁触电，替代了SM0.0。(2) M0.0是一个选择逻辑，其功能如上图中网络1所示，它相当于一个开光，控制着系统是进行单周期操作还是循环操作。           第 4 章  软件及硬件调试根据控制系统的硬件及软件的设计最后对本控制系进行整体性的操作控制调试：首先用电脑在STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。启动后发现上行、下行、左行、右行灯均同时亮且一直亮着，这样就不符合设计中每个动作依次有序进行操作的要求，务必对其进行修正。在这种情况下我采取了以下方案：     方案一：在没有确定设备是否曾在问题的情况下，首先我们对设备进行了检测，发现不曾在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过程以确定初次的接线过程是否有误，结果发现运行的结果和先前一样出现灯均亮。这样方案一就以失败告终。                                                              方案二：通过对程序的再三检查后，发现并未出现语法上的错误。会不会是运行的速度太快而出现一个周期接一个周期的快速运行呢？在带着这个问题的情况下把程序的每个动作网络多家了一个stop指令加以验证，然后将程序写入STEP-7-Micro/WIN编程软件中运行，运行结果显示没有错误；再下载到可编程控制仪后接好线按下启动按钮，发现指示灯会按照设计动作的要求依次亮起而且程序也能按照设计的要求完成指定的单周期和多周期操作。这样利用方案二就完成了整个实验的调试。             心  得  体  会通过本次课程设计，让我对PLC的梯形图、指令表、外部接线图有了更好地了解，也让我进一步了解了关于PLC设计原理，因为有很多设计理念来源于实际，从实际问题中找出最合适的设计方法。这次的课程设计给予了我不同的学习方法和体验，让我深刻的认识到实践的重要性，在以后的学习和工作过程中，我会更加注重锻炼自己的操作能力和应变能力。过这次机械手设计让我知道了现代企业在完成自动化控制中离不开PLC的控制，它可以使企业在生产的同时减少劳动力和生产成本。目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后且大部分工序都是通过人工来完成的，而机械手成本比较低且操作简单很适合中小企业的发展要求。但随着科技不断进步我相信多功能复杂的机械手将会在不久的将来出现，所以在今后的学习和生活中我们还要不段的学习和创新，只有这样才能设计出更符合现代社会所需求的产品。  在老师和同学的帮助下，使我能够成功的完成这次设计并对电气控制与PLC应用这门课有了更深入的了解，同时也认识到自己的不足之处，以后能够更好的改正。在此，对老师和帮助我的同学说声谢谢！最后，衷心祝愿老师身体健康、万事如意。      参  考  文  献   1.  张利平  液压与气压设计手册  北京：机械工业出版社.20072.  成大先  机械设计手册气压传动单行本  北京：化学工业出版社.20103.  王启义  中国机械设计大典（电子版） 北京：中国机械工业学会.20084.  程志红  机械设计  南京：东南大学出版社.20065.  许褔玲  陈尧明  液压与气压传动  北京：机械工业出版社.20076.  徐炳辉  气动手册  上海：上海科学技术出版社.2007