气动机械手操作PLC控制--PLC课程设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 PLC课程设计题目：气动机械手操作PLC控制院 系：工学院电气与电子工程系 专 业：电气工程及其自动化 此文档仅供学习与交流学院毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 年 月 日学院关于毕业设计（论文）使用授权的说明本人完全了解学院有关保留、使用学士学位论文的规定，即：学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 指导教师签名： 论文作者签名： 年 月 日 年 月 日目录第一章 绪 论11.1研究背景11.2研究目的与意义11.3研究现状11.4主要研究内容2第二章 气动机械臂的功能需求及总体方案设计32.1功能需求32.2控制要求为32.3机械手的的操作功能32.3气动机械手的工作方式4第三章 气动机械手PLC控制系统设计53.1气动机械手的I/O地址分配表53.2气动机械手的主系统设计63.2.1手动模式73.2.2回原位模式93.2.3单步模式93.2.4单周期模式153.2.5连续模式17第四章 气动机械手PLC控制系统调试214.1模式选择调试214.2手动模式调试214.3回原位模式调试244.4单步模式调试254.5单周期模式调试274.6连续模式调试29总结31谢辞32参考文献33气动机械手操作PLC控制摘 要本课题主要目的是通过S7-300PLC的设计，实现机械手的物料搬运，其中包括手动工作方式，回原位工作方式，单步工作方式，单周期工作方式，连续工作方式，以及一些关于安全保护类要求。具体来说包括实现机械手的各种动作控制，像上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松的控制，另外该过程中还包括分析系统硬件要求，选择合适工作方式，合理分配I/O地址和完成PLC外部接线图，最后完成气动机械手的程序设计梯形图、指令表的程序设计，并进行调试，并完成设计说明书关键词：机械手 S7-300PLC 可编程技术 PNEUMATIC MANIPULATOR, PLC CONTROLABSTRACTThe main purpose of this project is through the S7-300PLC design, implementation of material handling manipulator, including manual work, back to work, single work, single cycle work, continuous work, and some of the safety protection requirements. To achieve a variety of actions of the manipulator control, as the control of up and down and left and right, clamping and relax, in addition to the process also includes the analysis of system requirements, select the appropriate way of working, a reasonable allocation of I/O address and PLC external wiring diagram, finally complete the diagram, pneumatic manipulator instruction list program design of ladder program design and debugging, and complete the design specification. Keywords：Manipulator S7-300PLC Programmable technology第一章 绪 论1.1研究背景近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求1；微电子技术的引进，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，负气动技术从开关控制进进闭环比例伺服控制，控制精度不断进步；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和本钱低廉等特点，国内外都在大力开发研究。1.2研究目的与意义由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作2。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等3。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用4。 1.3研究现状精度是指机器人、机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指假如动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，假如一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以猜测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化5。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核产业和军事产业等。1.4主要研究内容本课题拟开发物料搬运机械手，采用西门子系列S7-300PLC，对机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作6。第二章 气动机械臂的功能需求及总体方案设计2.1功能需求气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。2.2控制要求为1.气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，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YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；2.3机械手的的操作功能机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。2.3气动机械手的工作方式系统设有手动、单周期、连续、单步和回原点五种工作方式（如图2）。1、手动工作方式时，用SB3SB8对应的6个按钮分别独立控制机械手的下降、上升、右行、左行、夹紧、放松；2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试；4、单周期的工作方式时，按下启动按钮SB1后，从初始步开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步；5、连续工作方式时，按下启动按钮SB1后，机械手按顺序功能图的规定连续循环工作，直到按下停止按钮SB2。第三章 气动机械手PLC控制系统设计3.1气动机械手的I/O地址分配表表3.1 气动机械手I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号紧急停车紧急停车按钮SB9I0.0启动启动按钮SB1I0.1停止停止按钮SB2I0.2下降下降按钮SB3I0.3上升上升按钮SB4I0.4右行右行按钮SB5I0.5左行左行按钮SB6I0.6夹紧夹紧按钮SB7I0.7松开松开按钮SB8I1.0手动操作手动开关-I1.1回原位操作回原位开关-I1.2单步操作单步开关-I1.3单周期操作单周期开关-I1.4连续操作连续开关-I1.5下降停止下限位开关SQ1I1.6上升停止上限位开关SQ2I1.7右行停止右限位开关SQ3I2.0左行停止左限位开关SQ4I2.1输出信号下降下降电磁阀YV1Q0.0夹紧、松开夹松电磁阀YV5Q0.5上升上升电磁阀YV2Q0.2右行右行电磁阀YV3Q0.3左行左行电磁阀YV4Q0.43.2气动机械手的主系统设计图3.1 系统架构图系统分为手动、回原位、单步、连续、周期五个子系统，分别进行设计。程序总体架构如图3.1所示模式选择程序设计梯形图如下3.2.1手动模式手动模式中只需要利用SB1-SB9按钮控制上升、下降、左行、右行对应的YV1-YV4线圈，并用SQ1-SQ4限位开关构成系统即可。以下为手动模式子系统PLC梯形图：3.2.2回原位模式回原位模式之中需要利用SQ1-SQ2限位开关的信号判断此时机械臂在工作的位置，然后驱动反向线圈完成回原位动作。以下为回原位模式子系统PLC梯形图：3.2.3单步模式单步模式之中将系统一次动作周期分为八步，将SB1的按键次数利用计数器进行计数，将计数值与整数比较指令进行比较，分别得出按键次数，执行步骤，利用步数指令驱动YV1-YV4线圈动作，完成点动步骤，当完成最后一个动作时将计数器复位。以下为点动模式子系统PLC梯形图：3.2.4单周期模式单周期模式利用SQ1-SQ4限位开关信号完成一周期的动作。以下为单周期模式子系统PLC梯形图3.2.5连续模式将单周期模式植入连续模式，将最后一个动作完成的信号并入单模式的开始信号。以下为连续模式子系统PLC梯形图第4章 气动机械手PLC控制系统调试4.1模式选择调试4.2手动模式调试4.3回原位模式调试4.4单步模式调试4.5单周期模式调试4.6连续模式调试总结在本次课程设计中，采用PLC控制系统设计方案，完成了控制电路设计，在PLC控制系统设计的过程中根据控制系统的控制电路完成了PLC梯形图控制程序，在课程设计中还绘制了系统工作流程图，在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到到过的知识，还有很多其他意外的收获。使我受益匪浅。在设计过程中，总是遇到到这样或那样的问题，有时发现我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。鉴于现在所学的知识有限以及课程设计中的时间紧迫，在本文的设计过程中还存在思路不完善之处，在整个系统的设计上，做的还不够细致，在这次课程设计中我也体会到团队合作的重要性。指导老师在第一天就把我们分成了六个小组，在小组中我学到了很多东西，对我感触最深的是大家从不同的角度去思考问题。有的很具体，有的很重点，不管怎样，这对我都有很深得影响，我想以后我做事也会多角度的思考。最后该感谢帮助我的同学和老师。首先该感谢老师给我精心的讲解和给我精心的讲解和辅导、在实验过程中对我遇到的疑难问题的指导帮助。感谢实验室老师帮助我排除设备故障。感谢同学们对我实验过程中的交流和帮助。还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！谢辞在这次课程设计的编写过程中，我得到了许多人帮助。首先感谢我的老师在课程设计上给予我的指导，提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决许多技术上的难题，让我能把系统做到更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己设计能力。其次，我要感谢帮助过我的同学，他们为我解决了不少设计的难题。同时也感谢学院为我提