PLC机械手臂课程设计原稿.doc

PLC机械手臂课程设计原稿

17
2020年4月19日
文档仅供参考
气动机械手控制系统
1 课程设计的任务与要求
1.1 课程设计的任务
1.熟悉三菱FX2N PLC的机构及使用。
2.掌握相关的PLC的编程操作并实现所要求的功能。
3.具备PLC的硬件设计。
4.熟悉PLC仿真软件的操作和仿真。
经过本次论文，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。
1.2 课程设计的要求
气动机械手动作示意图如下图所示，气动机械手的功能是将工件从A点搬运到B点，控制要求为：
（1）气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；
（2）上升、下降的电磁阀线圈分别为MB2、MB1；右行、左行的电磁阀线圈为MB3、MB4；
（3）机械手的夹钳由单线圈电磁阀MB5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；
（4）机械手的夹钳的松开，夹紧经过延时2s实现；
（5）机械手下降、上升、右行、左行的限位由行程开关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定
本设计采用三菱系列PLC设计下图为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位开关和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，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 机械手的动作周期
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
为实现设计目的，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的上下移动（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的左右移动（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）。三相电机由接触器与继电器控制，继电器与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 机械手臂的主电路图
2.设计接线图

图4 机械手臂的接线原理图
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

启动

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，左限位开关与右限位开关；Y0输出为M1三相电机的正转（下降），Y2输出为M1三相电机的反转（上升），Y3输出为M2三相电机的正转（右移），Y4输出为M2三相电机的反转（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的仿真实现
4.1仿真软件介绍
GX Developer是三菱PLC的编程软件。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，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
Gx DeveloperGX Developer特点：
1.软件的共通化 GX Developer能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。另外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的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的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。
3.能够用各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.丰富的调试功能
(1)由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。(a) 没有必要再和可编程控制器连接。(b)没有必要制作条使用的顺序程序。
(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，因此数据制作的时间能够大幅度缩短。
4.2程序梯形图及GX development软件仿真

X000为启动按钮，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与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，执行夹紧状态，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与线圈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与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Y001Y001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之后，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与线圈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，主要运用步进指令，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)依次的按要求通断。
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，相应的继电器会产生预期的动作，使对应的接触器线圈得电，接触器触点闭合，继而控制两个交流电机M1、M2的正反转，实现机械手臂的移动要求。
心得体会
经过此次设计，一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。
经过这次的努力，使我顺利的完成了此次课程设计。该设计既是对所学知识的总结，又是自己知识的扩展，大大加深了对PLC课程的了解。
课程设计中既动脑、又动手，是一个理论与实际结合的过程。仅仅有理论是不够的，更重要的是实际的，是我们所设计的实物，使其具有设计合理，经济实用的优点。这就需要我们考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫的大意。对设计方案的优越化，需要我们综合各方面的因素考虑，特别是实际。
鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正。
可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，经过了此次课程设计使我们对PLC设计过程有进一步了解，对PLC产品的有关的控制知识有了深刻的认识。
因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，经过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，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的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，为今后的学习和工作过程打下基础。
参考文献
[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.机械手模型与设计[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]. 制造技术与机床, ,(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.液压传动与气压传动.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
梯形图程序如下所示：

指导教师评语

成绩（60%）

指导教师签字：
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