1、 電氣控制技術課程設計說明書 機械手臂搬運加工流程控制 學生姓名： 專 業： 電氣工程及其自動化 班 級： 學 號： 指導教師 職稱 完成時間： 湖南工學院電氣控制技術課程設計課題任務書學院：電氣與信息工程學院 專業：電氣工程及其自動化 指導教師學生姓名易俊課題名稱機械手臂搬運加工流程控制內容及任務一、 目標： 設計一個基于PLC的機械手臂搬運控制系統。二、 任務：根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行機械手臂搬運加工流程運行原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：1.

2、 設計出硬件系統的結構圖、接線圖、時序圖等；2. 系統有啟動、停止功能；3. 運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序結構與控制功能自行創新設計；5. 進行系統調試，實現機械手臂搬運加工流程的控制要求。三、要求：1如圖所示，有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當第一步驟加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當第二步驟加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數碼管顯示加工完成的數量。2假設使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關開始做

3、夾起動作，然后開始上升碰到上限開關后，手臂開始往右，當碰到第一工作站的極限開關時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。3當第二加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數碼管顯示出加工完成的數次。主要參考資料1 可編程控制器教程M.王兆義機,械工業出版社.2 電氣控制與可編程控制器技術M.史國生.化學工業出版社.3 可編程控制器原理與應用M.趙燕,，周新建.北京大學出版社.4 GT培

4、訓教程M.百度文庫. 5 PLC編程及應用M. 廖常初.北京：機械工業出版社,2005年.6 可編程控制器應用技術M.胡學林.北京：高等教育出版社,2001年.7 模擬電子技術基礎M. 沈任元.北京：機械工業出版,2000.6.8 三菱FX系列可編程序控制器編程手冊M.三菱公司編,2001年.9 三菱可編程序控制器應用101例M.三菱公司編, 1994年.10 三菱可編程序控制器使用手冊M. 三菱公司編,1999年.教研室意見 教研室主任：（簽字）年 月 日摘 要PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現邏輯運算、順序運算、計數、計

5、時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。PLC可以靈活而方便地應用于生產實踐，在現代工業自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。機械手臂也被稱為自動手，能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。所以對機械手臂搬運加工流程控制，能有效的幫助人做各種工作，極大地加快了人類的工作效率。文章設計的機械手臂搬運加工流程控制系統是基于日本三菱可編程控制器FX2N-32MR型號PLC，主要使用步進指令設計軟件系統，最

6、后經過仿真，仿真的結果是能夠完成設計要求，滿足設計的參數要求。關鍵詞：機械手臂；機械手臂搬運加工流程控制；PLC目 錄1 緒論11.1 課題設計的背景與意義11.2 機械手臂搬運加工流程控制發展現狀11.3 設計的主要內容22 PLC控制系統硬件設計32.1 機械手臂搬運加工流程控制的要求32.2 系統輸入輸出點分析及PLC選型32.3 I/O點分配與PLC外接線圖43 PLC控制系統軟件設計63.1 常用的編程方法介紹63.2 控制程序流程圖設計63.3 PLC控制程序設計74 系統調試及結果分析114.1 系統仿真調試114.2 結果分析14結束語16參考文獻17致 謝18附 錄 程序梯形

7、圖19 1 緒論1.1 課題設計的背景與意義 課程設計背景：隨著工業自動化的發展，在工業生產中，越來越多的自動化設備已經完全取代了傳統的人工參與工作的工業生產流程。傳統的人工參與工作，不僅危險性高，而且生產效率低，人為因素的影響可能會使整個生產流程崩潰，因此，傳統的工業生產應該被先進的自動化生產所取代。如今，越來越多的自動化生產設備的應用，使得工業生產中的各種難題都迎刃而解。例如，機械手臂的應用，解決了人工不能在高溫、高腐蝕、高輻射的環境中工作的問題，而且機械手臂的應用，提高了生產工件的精度和壽命等。因此，如何設計機械手臂的加工工作流程，成為我們今天主要討論的問題。 課程設計的深遠意義在于有助

8、于加深我們對這門課程的理解，我們在課堂上學的都是基礎理論知識，對于如何用程序語言來描述所學知識還是有一定難度。通過課程設計，我們可以真正理解其內涵。有利于我們邏輯思維的鍛煉，程序設計能直接有效地訓練學生的創新思維、培養分析問題、解決問題能力。此次，課程設計為機械手臂搬運加工流程控制工藝流程。本文將介紹基于PLC的機械手臂搬運加工的控制設計，該系統具有循環工作、緊急停止、正常停止等工作模式，具有自動上升、下降、夾緊、松開、加工、計數等功能，可以自動的完成對工件的加工流程，以及記錄顯示加工完成的數目。1.2 機械手臂搬運加工流程控制發展現狀專用機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的

9、時代。由于通用機械手的應用和發展，進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內容，不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎知識，而且還應用一些電子技術、電視技術、通訊技術、計算技術、無線電控制、仿生學和假肢工藝等，因此它是一項綜合性較強的新技術。目前國內外對發展這一新技術都很重視，幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷地修改，品種在不斷地增加，應用領域也在不斷地擴大。90年代以后，隨著計算機技術、微電子技術、網絡技術等的快速發展，機械手技術也得到飛速的多元化發展。總之，目前機械手的主要經歷分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環式，沒有識別能力；改進的方向主

10、要是將低成本和提高精度；第二代機械手設有電子計算機控制系統，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐步發展成為柔性系統FMS(FlexibleManufacturingSystem)和柔性制造單元FMC(FlexibleManufacturingCell)中重要一環。目前國內工業機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數量、品種、性能方面都不能滿足工業生產發展的需要。因此，國內主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發展鑄鍛、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度

11、，改善作業條件。在應用專用機械手的同時，相應地發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。1.3 設計的主要內容 根據控制要求，明確設計內容，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行機械手臂搬運加工流程運行原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括： （1）設計出硬件系統的結構圖、接線圖、時序圖等； （2）系統有啟動、停止功能； （3）運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序； （4）程序結構與控制功能自行創新設計； （5）進行系統調試，實現機

12、械手臂搬運加工流程的控制要求。2 PLC控制系統硬件設計2.1 機械手臂搬運加工流程控制的要求機械手臂搬運加工流程控制系統由機械手臂、加工臺、電磁閥、傳送帶、行程開關等組成。控制要求如下：（1）如圖1所示，有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當第一步驟加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當第二步驟加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數碼管顯示加工完成的數量。（2）假設使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關開始做夾起動作，然后開始上升碰到上限開關后，手臂開始往右

13、，當碰到第一工作站的極限開關時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。（3) 當第二加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數碼管顯示出加工完成的數次。圖1 機械手臂搬運加工流程控制過程示意圖2.2 系統輸入輸出點分析及PLC選型 系統的輸入包括系統的啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2、機械手運動下限行程開關SQ1、上限行程開關SQ2、左限行程開關SQ3、右限行程開關SQ4、工作臺1的極

14、限行程開關SQ5、工作臺2的極限行程開關SQ6。系統輸出包括控制七段數碼管各段二極管的狀態、機械手上下左右運動的四個電磁閥以及控制機械手夾緊放松的一個電磁閥。根據系統輸入輸出點的分析可知，系統有8個輸入點，13個輸出點，所以選用FX2N-32MR型號的PLC。2.3 I/O點分配與PLC外接線圖系統變量定義及I/O地址分配如表1所示表1 系統變量定義及I/O地址分配表輸入編址輸出編址X0啟動按鈕SB1Y0數碼管a段X1停止按鈕SB2Y1數碼管b段X2下限行程開關SQ1Y2數碼管c段X3上限行程開關SQ2Y3數碼管d段X4左限行程開關SQ3Y4數碼管e段X5右限行程開關SQ4Y5數碼管f段X6工

15、作臺1極限行程開關SQ5Y6數碼管g段X7工作臺2極限行程開關SQ6Y10下降電磁閥YV1Y11上升電磁閥TV2Y12左移電磁閥TV3Y13右移電磁閥YV4Y14夾緊電磁閥YV5系統硬件接線圖如圖2所示圖2 系統硬件接線圖3 PLC控制系統軟件設計3.1 常用的編程方法介紹常用的PLC編程方法有經驗法、解析法、圖解法。1、經驗法即是運用自己的或別人的經驗進行設計，設計前選擇與設計要求相類似的成功的例子，并進行修改，增刪部分功能或運用其中部分程序，直至適合自己的情況。在工作過程中，可收集與積累這樣成功的例子，從而可不斷豐富自己的經驗。2、解析法可利用組合邏輯或時序邏輯的理論，并運用相應的解析方法

16、，對其進行邏輯關系的求解，然后再根據求解的結果，畫成梯形圖或直接寫出程序。3、圖解法圖解法是靠畫圖進行設計。常用的方法有梯形圖法、波形圖法及流程法。梯形圖法是基本方法，無論是經驗法還是解析法，若將PLC程序轉化成梯形圖后，就要用到梯形圖法。3.2 控制程序流程圖設計 控制程序流程圖如圖3所示圖3 控制程序流程圖3.3 PLC控制程序設計 設計機械手臂搬運加工流程控制可以用基本指令編程，也可以用步進指令編程，但是相比基本指令，步進指令更加思路清晰，程序簡單易懂，所以我選用的是步進指令編程。源程序梯形圖解釋如下所示：圖4 初始指令PLC上電后，系統初始化，步進到S0狀態，同時將0送至D0，系統只要

17、通電就會將D0譯碼輸出驅動7位數碼管。該部分功能梯形圖如圖5所示。圖5 驅動數碼管 當啟動按鈕按X000下時，步進到S20狀態，機械手下移，當到達下限開關X002時，機械手用一秒夾緊物件，然后上移，上移到上限開關X003時，機械手右移。該部分功能梯形圖如圖6所示。圖6 動作指令圖7 動作指令 機械手右移到工作臺1極限開關X006后，往下移動，到達下限行程開關X002后，機械手用1S松開物件，等待物件加工120s，同時機械手向上移動，停止在上限，當物件加工完后，機械手在往下移動，到達下限開關X002后，用1S夾緊物件，然后上移，上移到上線開關X003后，機械手往右移動。此部分功能梯形圖如圖7所示

18、。圖8 動作指令 圖9 動作指令機械手右移到工作臺2極限開關X006后，往下移動，到達下限行程開關X002后，機械手用1S松開物件，等待物件加工120s，同時機械手向上移動，停止在上限，當物件加工完后，機械手在往下移動，到達下限開關X002后，用1S夾緊物件，然后上移，上移到上線開關X003后，機械手往右移動。此部分功能梯形圖如圖8，圖9所示。圖10 動作指令圖11 動作指令 機械手右移到右限開關X005后，往下移動，到達下限行程開關X002后，機械手用1S松開物件，將物件放在傳送帶B上，然后機械手向上移動，同時D0加1，上移到上線開關X003后，機械手往左移動，回到初始位置，繼續搬運物件。此

19、部分功能梯形圖如圖10，圖11所示。完整的梯形圖見附錄一。4 系統調試及結果分析4.1 系統仿真調試文章設計的控制系統仿真調試是使用GX Developer仿真軟件。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。下面是系統的具體調試結果。圖12 初始化指令調試系統上電后，初始化S0，驅動數碼管顯示0，步進到S0。仿真如圖12所示。圖13 下移指令調試按下啟動按鈕X000，Y010

20、得電，機械手下移。仿真如圖13所示。圖14 夾物指令調試當下移到下限開關X002時，機械手用1S夾緊物件，仿真如圖14所示。圖15 上移指令調試當計時1S到，Y011得電，機械手上移，仿真如圖15所示。圖16 右移指令調試機械手上移到上限開關X003時，機械手馬上向右移。仿真如圖16所示。圖17 下移指令調試當機械手到達工作臺1極限開關時，機械手下移。仿真如圖17所示。圖18 放開指令調試當機械手到達下限開關X002時，機械手用1S放松，仿真如圖18所示。圖19 上移指令調試1S到后，物件加工120S，機械手上移，仿真如圖19所示。圖20 下移指令調試120S到時，機械手下移，仿真如圖20所示

21、。圖21 夾物指令調試下移到下限開關，機械手用時1S夾緊，仿真如圖21所示。圖22 上升指令調試1S到后，機械手上升。仿真如圖22所示。從工作臺1到工作臺2之間的程序功能工序是相同的，所以這里不在介紹。接下來介紹工作臺后的工序仿真。圖23 手臂放松指令調試Y010得電，機械手下以移，下移到下限開關X002時，用1s放松，仿真如圖23所示。圖24 上移指令調試松開后，物件右傳送帶B送走，D0加1，數碼管數值加1，同時機械手上移。仿真如圖24所示。圖25 左移指令調試到上限X003后機械手左移，仿真如圖25所示。圖26 返回初始指令調試到達左限開關X004后，回到初始狀態S0。仿真如圖26所示。4

22、.2 結果分析經過以上仿真可知，系統能正常的運行，機械手能自動上移，下移，左移，右移，夾緊，放松物件，準確的實現設計要求給的任務，所以，此設計是符合設計要求。結束語在這次為期一周的PLC課設中，通過機械手臂搬運加工流程控制設計，我鞏固了以前所學的PLC的知識。我將在書本上學到的知識，在這次課設中得到體系化、架構化，對于PLC電氣控制理論，有了更加深刻的理解。PLC在自動化領域發揮著十分重要的作用，作為一個電氣學院的學生，我們應該熟練掌握PLC，具備利PLC實現各種控制功能、控制工程的能力。這一周的課設中，我們應用PLC軟件設計了機械手臂搬運加工流程控制的梯形圖程序，大家一起討論程序實現的方法，鞏固了PLC編程語言，開發了我們的創新思維。通過對機械臂加工流程的控制設計，讓我進一步認識了工業生產自動化的控制原理，同時也掌握了一些PLC編程技巧。在查詢網絡大量資料庫及圖書館資料后，也堅定了我們只要認真努力，我們也可以設計出最好的控制方案。本設計中還可以為系統增設緊急停止、正常停止、計數復位、系統復位，這樣可以讓工業控制更具有可控性，也為工業生產排障提供方便，同時也是著眼于工業生產安全而設計的。隨著工業自動化的發展，越來越多的自動化生產設備也越來越多，學好PLC必然能夠開闊自己的視野，同時適應社會的需要。設計的時候得到老師和同學的熱心幫助，