PLC在机械手运物控制新版系统中的应用.doc

PLC在机械手运物控制系统中应用（西门子）
【摘要】
　PLC= Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定期，计数与算术操作等面向顾客指令，并通过数字或模仿式输入/输出控制各种类型机械或生产过程。是工业控制核心某些。
本设计从操作实际出发 将plc在机械手臂中应用基本理论和知识，工作原理及系统配备输入等知识有机结合起来，采用了西门子plc远程系统型号分派及编程设计。
设计内容还简介了机械手特点，应用范畴，并通过实例详细分析了plc在机械手臂中应用。
核心词： PLC 机械手臂 输入/输出控制 编程设计

Abstract：Programmable logic controller，a digital computing operations of electronicsystems，specially designed for applications in industrial environments. Ituses a programmable memory，for its internal stored procedures，andperform logical operations，order control，timing，user - oriented commandsuch as counting and arithmetic operations，and through digital oranalogue
This design from the operational realities of the application of PLC inmanipulator basic theory and knowledge，working principle and systemconfiguration input combines knowledge of organic，adopts Siemens PLCtype distribution and programming design of the remote system.
Design content also describes characteristics of manipulator，the scope ofapplication，and instance through detailed analysis of the application ofPLC in mechanical arm.

Keywords： PLC 　mechanical hand input / output control program design

目录

前言 ……………………………………………………….…….. 2

1.1 PLC基本概念 ………………………...……………...…….. 3

1.2 PLC基本构造……………………...………………...…….. 4

2.1 机械手概述……………………………………...…...…….. 5

2.2 机械手工作原理………………………………......……….. 5

2.3 机械手控制规定………………...…………..…….……….. 7

2.4 系统配备及输入……………………............…………..…….. 7

2.5 编程设计…………………...………………….…………..….. 8

结论 ………………………………………………………….….. 12

参照文献 ………………………………………………….…….. 13

绪言

随着科学技术不断进步，整个国家自动化水平和信息化水平长足发展生活中需要人们完毕工作量也不断增大，涉及到危险性工作也日趋增多。这就迫使人们依照自身工作需要，熟悉和掌握在新形式下所浮现先进控制手段与办法及新机电控制与应用技术。其中PLC（可编程控制器）是一种新型具备极高可靠性通用工业自动化控制装置。由PLC程序控制各种机床等生产设备极大地影响并变化着人们生活方方面面。这也是咱们本次针PLC进行课程设计一种因素。

1.1 PLC基本概念
　　可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中一员，是为工业控制应用而设计制造。初期可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，它重要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术发展，这种装置功能已经大大超过了逻辑控制范畴，因而，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)简称混淆，因此将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年浮现，美国，日本，德国可编程控制器质量优良，功能强大。
1.2 PLC基本构造
　　PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件构造基本上与微型计算机相似，基本构成为：
　　a、电源
　　PLC电源在整个系统中起着十分重要作用。如果没有一种良好、可靠电源系统是无法正常工作，因而PLC制造商对电源设计和制造也十分注重普通交流电压波动在+10%(+15%)范畴内，可以不采用其他办法而将PLC直接连接到交流电网上去
　　b. 中央解决单元(CPU)
　　中央解决单元(CPU)是PLC控制中枢。它按照PLC系统程序赋予功能接受并存储从编程器键入顾客程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定期器状态，并能诊断顾客程序中语法错误。当PLC投入运营时，一方面它以扫描方式接受现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从顾客程序存储器中逐条读取顾客程序，通过命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算成果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有顾客程序执行完毕之后，最后将I/O映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置，如此循环运营，直到停止运营。
　　为了进一步提高PLC可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU表决式系统。这样，虽然某个CPU浮现故障，整个系统仍能正常运营。
　　c、存储器
　　存储系统软件存储器称为系统程序存储器。
　　存储应用软件存储器称为顾客程序存储器。
　　d、输入输出接口电路
　　1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机输入接口电路，作用是PLC与现场控制接口界面输入通道。
　　2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断祈求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场执行部件输出相应控制信号。
　　e、功能模块
　　如计数、定位等功能模块
　　f、通信模块
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。

2.1 机械手概述

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来一种新型装置。机械手重要由手部、运动机构和控制系统三大某些构成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完毕各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定动作，变化被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式，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。自由度是机 械手设计关 键参数越多、自由度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其构造也越复杂。
机械手种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按合用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和持续轨迹控制机械手等。
机械手虽然当前还不如人手那样灵活，但它具备能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物力量比人手大等特点。机械手通惯用作机床或其她机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，普通没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中应用能进一步发展锻造设备生产能力，改进热、累等劳动条件。
机械手一方面是从美国开始研制。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

2.2. 机械手工作原理

简易物料搬运机械手工艺流程如下图所示。该机械手是一种可水平和垂直移动机械装置。其操作是将工件从左传送带A搬运到有传送带B。用光耦合VLC检测传送带上与否有工件。机械手气缸驱动而工作，气缸由电磁阀控制。垂直运动和水平运动各由一种两位双电控电磁阀控制，对工件夹紧和放松由一种单电控电磁阀控制。
机械手最先为于原点位置，每次循环均有此开始。当机械手在原点时，穷传送带A，当光电开关检测到共建后，A停止工作。建议机械手工艺操作过程如下所述。

（1）机械手自动运营过程：
a. 检测工件：光点开关检测传送带A上有无工件。
b. 机械手下移：如果检测到工件，则机械手从原点下移，直到下移位置开关。
c. 机械手夹紧工件：接通夹紧电磁阀，机械手将工件夹紧。
d. 机械手上移：为保证公斤被夹紧，加快电磁阀持续工作五秒后在接通上移电磁阀使机械手上移。
e. 机械手右移：机械手上移到上移位置开关，接通右移电磁阀，机械手夹着工件向右移动。
f. 机械手下移：当机械手右移到位时，机械手就开始下降，下降到位时，遇到下限开关，机械手停止下降，同步释放加快电磁阀。
g. 放置工件：放松动作作为时间控制，持续2S。
h. 机械手上移：工件放松动作完毕后，机械手开始上升，上升到位，遇到上限开关停止上移并接通左移电磁阀。
i. 机械手左移：机械手上移移到位后，开始左移，遇到左限开关后停止移动。
j. 机械手返回原点：机械手左移到限位后，即回到原点，可以开始下一次工作了。

（2）机械手单周期运营；单周期运营是指按下启动按钮后，机械手从原点开始运动，完毕上述a—j工作后停止运营。

（3）机械手手动运营：手动运营是指机械手各个运营过程，均通过手动操作按钮来控制.

2.3 机械手控制规定

a.在传送带A端，暗转光电开关PS，用来检测与否有工件。检测到工件后可进行下一步操作。
b.机械手在原点时，接通启动按钮，A开始运转，光电开关检测到物品后，传送带A停止运转.
c.传送带A停止后，机械手进行工作，将工件由A搬运到传送带B。
d.机械手返回原点后，自动在启动传送带A，进行下一组工作。
e.按下停止按钮后，机械手所有完毕本次操作后返回原点，停止工作。
f.机械手上移、下移、左移、右移均由一种两位双电控电磁阀控制。夹紧、放松工作由一种单电控电磁阀控制。

2.4 系统配备及输入

简朴机械手搬运控制系统有水平运动和垂直运动，尚有夹紧运动。依照已知控制有求，进行如下操作分析。
输入继电器16个：
输出继电器6个：

依照上述分析简易机械手工作流程图如下图所示

简易机械手工作流程图

PLC控制系统型号地址分派见下表
编程元件

I/O端子
电路元件
作用
编程元件
I/O端子
电路元件
作用

输入继电器
I0.0
SB1
自动启动

输入继电器
I1.3
SB6
手动下移
I0.1
SB2
单周期启动
I1.4
SB7
手动左移
I0.2
SA
手动启动
I1.5
SB8
手动右移
I0.3
SB3
停止
I1.6
SB9
手动夹紧
I0.4
SQ1
上移限位
I1.7
SB10
紧急停止
I0.5
SQ2
下移限位

输出继电器
Q4.0
KM1
传送带A接触器
I0.6
SQ3
左移限位
Q4.1
KM2
左移电磁阀
I0.7
SQ4
右移限位
Q4.2
KM3
右移电磁阀
I1.0
KA
压力继电器接触点
Q4.3
KM4
夹紧/放松电磁阀
I1.1
PS
光电开关
Q4.4
KM5
上移电磁阀
I1.2
SB5
手动上移
Q4.5
KM6
下移电磁阀

2.5 编程设计

（一）采用线性编程：
采用移位指令编程梯形图控制程序如下图
M0.5
I0.3

I0.1

M0.5
M10.0
S S
R
Q4.0
I1.1
I0.0
I0.0
M0.5
M10.0
Q4.0
Q4.0
MOV
EN ENO
IN OUT
0
MW10
MOV
EN ENO
IN OUT
0
MW12
Q4.0
M13.1
N
I1.11
M13.2
M13.2

M13.2
M11.1
M11.2
M11.3
M11.4
M11.5
M11.6
M11.7
M10.0
M11.0
SHL-W
EN ENO
IN OUT
N
MW10
MW10
W#16#1
M12.0
M11.0
I0.5
M11.1
I1.0
M11.2
I0.4
M11.3
M11.4
M11.5
M11.6
M11.7
M10.0
I1.1
I0.6
I0.4
I0.7
I0.5
T1
M12.0
Q4.5
I1.7
M11.0
M11.4
I0.2
I1.3
M11.1
S
Q4.3

`I0.2
I1.6
R
Q4.3
M11.5
I0.2
I1.0
M11.2

Q4.4
I1.7
M11.2
M11.6
I0.2
I1.2
Q4.2
M11.3
I1.7
I1.7
M11.5

I1.4
I0.2
M11.7
Q4.1
T1
I0.2
I1.5
S5T#2S

在使用上图移位指令时，移位脉冲由M12.0发出。每当机械手完毕一种动作时，M12.0就发出一种移位脉冲。移位脉冲过程是在MW10中进行。

（二）采用分部式编：

分部式编程时构造化编程一种特例，它将不同控制功能编写在不同程序块中。在本次课程设计中，可将其程序构造分为主程序（组织块OB1）、自动运营子程序（功能FC1）、手动控制子程序（功能FC2）。分别如下所示。

OB1：
I0.0
M0.1
I1.7
M0.0
M0.0
I0.1
M0.0
M0.1
M0.0
M0.1
M0.2
CALL
FC1
M0.1
M0.0
I0.2
I0.0
M0.2
M0.2
M0.2
M0.1
M0.0
FC2
CALL

FC1:
I0.3
M0.5
I0.1
S
M0.5
R
I0.0
I0.0
I1.1
Q4.0
M0.0
Q4.3
I0.4
I0.6
M0.5
Q4.0
I0.4
I0.6
I1.1
Q4.5
S
I0.6
I0.5
Q4.5
R
Q4.3
S
Q4.4
I0.6
I0.5
I1.0
S
Q4.4
I0.6
I0.4
Q4.4
R
Q4.2
S
Q4.2
I0.4
I0.7
Q4.2
R
Q4.5
S
Q4.5
I0.5
I0.7
R
R
Q4.3
T1
SD
S5T#2S
Q4.4
S
T1
I0.7
I0.5
Q4.4
I0.4
R
Q4.4
I0.7
Q4.1
S
MOVE
EN ENO
IN OUT
0
QB4
I0.6
I0.4
I1.7
Q4.1
R
M0.1
R

FC2:
I1.2
I0.4
Q4.4
Q4.5
I1.3
I0.5
I1.4
I0.6
Q4.1
I1.5
I0.7
Q4.2
Q4.3
S
I1.0
I0.5
I0.7
I1.6
I1.6
Q4.3
I0.7
I0.5
R
MOVE
EN ENO
IN OUT
QB4
0
I1.7

结 论

本设计重要应用于机械加工生产，货品调运等场合。在功能上基本实现了PLC自动控制机械手动作过程，并且可以实现机械手与PLC之间互相通信，并能在发生技术故障时候机械手自动停止动作。
搬运机械手采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简朴，维修容易。使用该机械手代替人工搬运工件，既安全，又精确，提高了劳动生产率，保证了工件质量，减少了工人劳动强度，具备较好经济效益和社会效益。
可编程控制器PLC以其丰富I/O接口模块、高可靠性,可以在机械手控制系统设计中起到了十分重要作用。
随着机械手应用普及，机械手向着专用化，机械构造向模块化、可重构化方向发展，机械手动作更加灵活多样，其控制方式也在向着多元化方向发展，在PLC控制过程中,尚有许多问题需要解决，PLC在机械手开发中开发应用尚有很大空间。
通过几周毕业设计，在于教师指引下,学习和巩固了PLC课程学习内容，学习PLC控制程序设计基本办法和技巧。在这次课程设计中,我更加深刻地理解到我局限性之处,后来要加倍努力尽量牢固地掌握PLC有关知识，并经所学知识用于生活实践。

参照文献

1. 胡学林. 可编程控制器原理及应用. 北京：电子工业出版社

2. 何衍庆. 惯用PLC应用手册. 北京：电子工业出版社

3. 何衍庆. 可编程可编程控制器编程语言及应用. 北京：电子工业出版社

4. 胡健. 西门子S7-300 PLC应用教程.北京：机械工业出版社