1、現代控制技術及PLC控制課程設計姓 名學 號班 級專 業機械電子工程院 別機械工程學院指導教師2013年7月5日目 錄1 引言 2 系統總體方案設計 3 2.1 機械手臂搬運加工流程控制工藝分析 4 2.2機械手臂搬運加工流程控制系統硬件組成 5 2.3原理圖設計 6 2.4 機械手臂搬運加工流程控制系統的I/O分配 73實現的效果 84 控制系統設計 10 3.1 控制程序流程圖設計 10 3.2 梯形圖 13 3.3語句表 17心得體會 19參考文獻 20引言要完成好電氣控制系統的設計任務，除掌握必要的電氣設計基礎知識外，還必須經過反復實踐，深入生產現場，將不斷積累的經驗應用到設計中來。課

2、程設計正是為這一目的而安排的實踐性教學環節，它是一項初步的工程訓練。通過課程設計，了解一般電氣控制系統的設計要求、設計內容和設計方法。電氣設計包含原理設計和工藝設計兩個方面，不能忽視任何一面，對于應用型人才更應重視工藝設計。課程設計屬于練習性質，不強調設計結果直接用于生產。一、設計目的課程設計的主要目的是通過某一生產設備的電氣控制裝置的設計實踐，了解一般電氣控制系統設計過程、設計要求、應完成的工作內容和具體設計方法。通過設計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。電氣設計必須滿足生產設備和生產工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結構、操作要求和工藝過程，在此過程中培養從

3、事設計工作的整體觀念。課程設計應強調能力培養為主，在獨立完成設計任務的同時，還要注意其他幾方面能力的培養與提高，如獨立工作能力與創造力；綜合運用專業及基礎知識的能力，解決實際工程技術問題的能力；查閱圖書資料、產品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術報告和編制技術資料的能力。二、設計要求1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

4、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，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。三、設計任務1、根據控制要求，進行電氣控制系統硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2、根據控制要求，編制PLC應用程序。3、編寫設

5、計說明書，內容包括： 設計過程和有關說明。 基于PLC的電氣控制系統電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關計算。 電氣設備明細表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。系統總體方案設計機械手臂搬運加工流程控制工藝分析機械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。目前機械手的主要發展經歷可以分為

6、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和柔性制造單元FMC中重要的環節。機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移

7、動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。機械手的運動機構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關產生的通斷信號傳輸到PLC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現機械手的精確定位；其動作過程包括：下降

8、、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續；來滿足生產中的各種操作要求。本次設計使用氣壓機械手臂，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，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。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

9、顯示出加工完成的數次。動作示意圖如圖1-2所示。原位左移上升放松下降右移上升夾緊下降圖1-2機械手控制動作示意圖機械手臂搬運加工流程控制系統硬件組成本設計中采用的機械手，水平軸、垂直軸采用步進電機控制，底盤的旋轉采用直流電機控制，抓取物體的電磁閥采用氣動形式。步進電機的控制，由對應的步進電機驅動器電路完成。完成本設計需要的實驗設備有：1）機械手模型 2）計算機 3）導線 4）氣泵 5）晶體管輸出型可編程控制器機械手的控制面板分以下幾個模塊：1.步進電機驅動及步進電機驅動器電流設定為0.63A，細分設定為8細分，將24V 電源接入驅動器，此時驅動器的電源指示燈應點亮；將24V與OPTO端（驅動器

10、使能端）連接起來；PUL端是脈沖輸入端；DIR是方向控制輸入端。2.直流電機本設計用的氣夾電機和底座電機均是 24V直流電機，PLC控制兩個直流繼電器的吸合來控制電機的正轉和反轉。3.旋轉編碼盤在本設計模型的底座上有一個旋轉編碼盤，在底座旋轉時，在此產生一個 VP-P為24V的方波信號，可以提供給PLC的高速計數器，用于機械手的定位控制。4.接近開關在本設計模型中底座和氣夾的限位通過4個電感式接近開關來完成。接近開關與觸頭接近時接近指示燈點亮、輸出低電平，否則為高電平。5.行程開關在本設計模型中兩個滾珠絲桿的限位通過4個滾軸式行程開關來完成。當行程開關壓下時，常開觸點閉合，給PLC一個控制信號

11、。原理圖設計(1) 主電路設計 主電路如圖所示。L1L2L3QFQFQF上升/下降KM1KM2左/右移KM3KM4夾緊/放松KM5M1 M2YA4外圍接24VPLC機械手主電路圖主電路 FRFV控制電路設計 KV1KV2KV3KV4KV5KM2KM3KM4KM5220V/380V控制電路 機械手臂搬運加工流程控制系統的I/O分配根據機械手動作的要求及機械手實物教學實驗裝置說明指導，輸入、輸出點分配情況如表2-1所示。表2-1PLC的I/O分配表名稱輸入名稱輸出啟動按鈕I0.0原始位置指示燈Q0.0復位按鈕I0.1抓緊電磁閥Q0.1上限位開關I0.2下行接觸器Q0.2下限位開關I0.3上行接觸器

12、Q0.3左限位開關I0.4右行接觸器Q0.4右限位開關I0.5左行接觸器Q0.5實現的效果打開電源，按下起動按鈕時，開機復位。機械手若不在原點則PLC向驅動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉，橫軸后縮。當后縮到位時碰到后限位開關，然后主機向驅動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉，機械手上升。上升到底時碰到上限位開關，上升停止，回到原點。主機向驅動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉，機械手下降。降到底時碰到下限位開關，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械手夾緊。夾緊后，主機向驅動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關，上升停止。PLC向驅動器一

13、只輸入脈沖信號，步進電機一正轉，機械手前伸，前伸到位時，碰到前限位開關前伸停止。主機向驅動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉，機械手下降。降到底時碰到下限位開關下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，主機向驅動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關上升停止。上升到頂時，碰到上限位開關，上升停止。PLC向驅動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉，橫軸后縮。機械手后縮，當后縮到底時碰到后限位開關，然后主機向驅動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關，下降停止，回到原點。至此，機械手經過

14、八步動作完成一個循環。流程圖開始I0.0杜莎夫人I0.4=I0.0=I0.2=I0.0=I0.1=I0.0=接通Q0.2、Q0.0，前伸接通Q1.1，上升YYYYYYYNNNNNNNI0.3=I0.0=接通I0.0、T0，夾緊I0.0=1T0=1接通Q0.1，上升I0.2=I0.0=1接通Q0.0，前伸I0.0=1I0.5=YYYYYYYNNNNNNNN接通Q0.3、Q0.1，下降I0.3=10.0=1接通I0.0、T1，放松I0.0=1T1=1接通Q0.1，上升I0.2=1I0.0=1接通Q0.2、Q0.0，后縮I0.1=1I0.4=1YYYYYYYYNNNNNNNN梯形圖LD I0.0O

15、M0.0AN I0.1= M0.0LD SM0.1S S0.0, 1LSCR S0.0LD I0.2A I0.4AN Q0.1= Q0.0LD I0.0SCRT S0.1SCRELSCR S0.1LDN I0.3= M1.0LD I0.3SCRT S0.2SCRELSCR S0.2LD SM0.0S Q0.1, 1SCRELSCR S0.3LDN I0.2= M1.1LD I0.2= S0.4SCRELSCR S0.4LDN I0.5= M1.2LD I0.5SCRT S1.0SCRELSCR S0.5LDN I0.2= M1.3LD I0.2SCRT S0.6SCRELSCR S0.6LDN

16、 I0.6= M1.4LD I0.6SCRT S1.0SCRELSCR S1.0LDN I0.3= M1.5LD I0.3SCRT S1.1SCRELSCR S1.1LD SM0.0= Q0.1TON T38, 10LD T38SCRT S1.2SCRELSCR S1.2LDN I0.2= M1.6LD I0.2SCRT S1.3SCRELSCR S1.3LDN I0.4= Q0.5LD I0.4LPSA M0.0SCRT S0.1LPPAN M0.0SCRT S0.0SCRELD M1.0O M1.5= Q0.2LD M1.1O M1.3O M1.6= Q0.3LD M1.2O M1.4=

17、Q0.4課程設計心得體會本次設計完成了簡單的機械手的工作原理及PLC電氣部分的設計。這次的課程設計讓我學會了很多，在老師和同學的指導學習下，終于完成了這一份課程設計。本來以為是很簡單的一門課，但是做課程設計的時候才發現自己存在著諸多不足，其中就有很多基礎知識都不是很完善，很多知識都掌握的不是很扎實。課程設計是一個理論與實際結合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實際的，這就需要我們設計者考慮問題是要仔細、周密，不能有絲毫的大意。對設計方案的優越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮。我很興奮，因為整個過程都是我們自己去設計的。設計過程中，通過針對性地查找資料，了解有關電子方面的資料，既增長了自己的知識面，補充最新的專業知識，又提高了自己的應用能力和實踐能力。對學過的課本理論知識起到了很好的溫習作用。機械手臂搬運加工采用PLC為控制核心結構合理、測試方法可靠，