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1、青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：电器控制与PLC课程设计学 院：机电工程系专业班级：机械设计制造与其自动化115班学 号：20110201158学 生：陈凯指导教师：周燕青岛理工大学琴岛学院教务处2014年6月12日第 6 页电器控制与PLC课程设计评阅书题目机械手臂搬运加工流程控制设计学生姓名陈凯学号2058指导教师评语与成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语与成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要 在工业生产与其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀与有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危与生命。自从机械手问世以
2、来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以与降低生产成本，有着十分重要的意义。可编程控制器是
3、继电器控制与计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用西门子公司生产的可编程控制器系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键词：机械手、PLC目 录摘 要I1序言12课程设计分析2223机械手的程序设计3335567810121212134系统调试与结果分析141414总结15参考文献161 序言现代电器控制与PLC应用技术课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以与大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计
4、之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。通过课程设计达到以下目的：1、学生在教师的指导之下，综合运用现代电气控制与PLC应用技术课程与前期所学课程的相关知识与技能，相对独立地设计与调试一个小型PLC应用系统或继电器控制系统，为即将从事的专业工作奠定基础。2、初步培养编写与整理“设计说明书”的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，提高学生对文献资料的检索与信息的处理能力。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题
5、的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。2课程设计分析机械手电器控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有单周期连续、自动循环与手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便的操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。机械手需将工件从工作台A移至工作台B上，其动作过程为下降、上升、右移、再下降、再上升。左移。这些均由电磁阀控制液压系统来驱动完成。此外，机械手在夹送工件工件右行到位后，如果工作台B上的工件尚没有运走，机械手则停止运动，待工作台B上的工
6、件被运走后，机械手才能下降。机械手将一个工件由A处传送到B处。其中上升、下降、左移与右移的执行分别用双线圈二位电磁阀推动汽缸的完成。当按下电磁阀通电，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，即使线圈在断电，仍保持现有的下降状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外加紧，放松由单线圈二位电磁阀推动汽缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电执行放松动作。设备装有上下左右限位开关。3机械手的程序设计操作时，机械手分为手动操作方式、回原点操作方式、自动循环操作方式。/输出开关分配表名称输入点编号名称输出点编号下限位行程开关I0.1下降上限位行程开关I0.2加紧右限位开关I0.3
7、上升左限位开关I0.4右移回原点左移Q0.4启动按钮停止按钮 表3.1 I/O分配表图3-1 机械手操作面板图图3-2 机械手工作示意图图3-3 PLC外部接线图机械手PLC自动控制状态流程图图3-4 顺序功能图控制系统设有手动、单周期、单步、连续与回原点5种工作方式。此处仅写了手动、回原点与连续三部分。机械手在最上面与最左边且松开时称为系统处于原点状态（或称初始状态）。在进入连续方式前系统应处于原点状态；若不满足应选择回原点方式，然后按启动按钮I0.0,使系统回原点。在原点状态，顺序功能图中的初始步M0.0为ON，为进入连续工作做好准备。机械手从初始状态开始，将工件从A点搬到B点，最后返回初
8、始状态的过程，称为一个工作周期。如果选择连续工作方式，在初始状态下启动按钮I后，机械手从初始步开始，一个周期一个周期的反复连续工作。当按下停止按钮I1.0后，系统并不马上停止工作，而是完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。如果选择的是单步工作方式，从初始步开始，按下启动按钮，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。.1机械手PLC程序设计手动程序为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁。1） 设置上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，以防止功能相反的两个输出同时为ON.2） 用限位开
9、关I0.1、I0.2、I0.3、I0.4的常闭触点限制机械手移动范围。3） 上限位开关I0.2的常开触点与控制左、右行的Q0.4与Q0.3的线圈串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。4） 只允许机械手在最左或最右时上升、下降与松开工件。.2机械手PLC程序设计自动程序在图3-4中，按下启动按钮I时，M2.0变成1状态，机械手下降。与此同时，M0.1接通并自锁。当下降到位后，撞击下限位开关，I0.1的常开触点闭合，常闭触点断开，使得M2.1的线圈接通，同时M2.0的线圈断开。Q0.1被置位，系统进入加紧状态，计时器T37开始计时。经过1S的计时后，计时
10、器T37动作，常开触点闭合，使得M2.2的线圈接通，同时M2.1的线圈断开，Q0.2的线圈接通，系统进入上升状态。当上升到位后，撞击上限位开关，I0.0的常开触点闭合，常闭触点断开，使得M2.3的线圈接通，同时M2.2的线圈断开。Q0.3的线圈接通，系统进入右行状态。当右行到位后，撞击右行程开关，I0.3的常开触点闭合，常闭触点断开，使得M2.4的线圈接通，同时M2.3的线圈断开。Q0.0的线圈接通，系统进入下降状态。当下降到位后，撞击下限位开关，I0.1的常开触点闭合，常闭触点断开，使得M2.5的线圈接通，同时M2.4的线圈断开。Q0.1的线圈复位，系统进入松开状态，计时器T38开始计时。经
11、过1S的计时后，计时器T38动作，常开触点闭合，使得M2.6的线圈接通，同时M2.5的线圈断开。Q0.2的线圈接通系统进入上升状态。当上升到位后，撞击上限位开关，I0.2的常开触点闭合，常闭触点断开，使得M2.7的线圈接通，同时M2.6的线圈断开，Q0.4的线圈接通，系统进入左行状态。当左行到位后，撞击左行程开关，I0.4的常开触点闭合，常闭触点断开，Q0.0的线圈断开。M0.1处于断开状态，因此，系统停止左行，并进入原点状态。全自动工作方式：将转换开关扳至全自动工作方式，按下启动按钮，M0.1接通。若系统处于原点状态，则系统按下列过程循环进行：下降加紧上升右行下降放松上升左行下降。整个系统周
12、而复始的工作，直至按下停止按钮。.3机械手PLC程序设计返回原点程序在初始状态下，若系统不在原点时，则需要将系统返回原点。在回原点工作状态下，I0.5为ON。按下启动按钮I0.0时，机械手可能处于任意状态中，根据机械手所处状态可以分成3中情况，可采用不同处理方法：（1）夹紧装置松开（Q0.1为0状态)表明机械手没有夹持工件，应上升或左行，直接回原点。（2） 夹紧装置处于夹紧状态，机械手在最右边 此时Q0.1与I0.3均为1状态，应将工件搬运到B点后再回原点。（3） 夹紧装置处于夹紧状态，机械手不在最右边 此时Q0.1为1状态，右限位开关I0.3为0状态。应先上行、右行、下降与松开工件，将工件搬
13、运到B点后再回原点。4系统调试与结果分析4.1 系统调试与解决的问题1.先将PLC程序传入S7-200-CPU 224PLC中，按下启动按钮，正常通电。2.当按下相对应的限位开关后，都会有相应的指示灯亮起。经调试测试该设计满足以下要求：机械手需将工件从工作台A移至工作台B上，其动作过程为下降、上升、右移、再下降、再上升。左移。这些均由电磁阀控制液压系统来驱动完成。此外，机械手在夹送工件工件右行到位后，如果工作台B上的工件尚没有运走，机械手则停止运动，待工作台B上的工件被运走后，机械手才能下降。总结为期两周的电器控制与PLC课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组同学在教师的指导下，取得了可喜的
14、成绩，课程设计作为S7-200 PLC编程与应用课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，相对独立地设计与调试一个小型PLC应用系统或继电器控制系统，为即将从事的专业工作奠定基础。本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是编写PLC程序，第二阶段是调试PLC应用系统。通过此次设计，学会使用手册、查询相关资料等，提高学生对文献资料的检索与信息的处理能力。总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用与正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位教师、同学们批评指正！参考文献