1、炎黄职业技术学院毕 业 论 文姓 名:学 号：系 (院): 机 电 系专 业: 机电一体化题 目:自动搬运机械手的 PLC 控制系统的设计指导者： 评阅者： 2011 年 06 月炎 黄 职 业 技 术 学 院2自 动 搬 运 机 械 手 的 PLC 控 制 系 统 的 设 计摘 要随 着 工 业 自 动 化 的 普 及 和 发 展 ， 控 制 器 的 需 求 量 逐 年 增 大 ， 搬 运 机械 手 的 应 用 也 逐 渐 普 及 ， 主 要 在 汽 车 ， 电 子 ， 机 械 加 工 、 食 品 、 医药 等 领 域 的 生 产 流 水 线 或 货 物 装 卸 调 运 , 可 以 更 好
2、地 节 约 能 源 和提 高 运 输 设 备 或 产 品 的 效 率 ， 以 降 低 其 他 搬 运 方 式 的 限 制 和 不 足 ， 满足 现 代 经 济 发 展 的 要 求 。本 机 械 手 的 机 械 结 构 主 要 包 括 由 两 个 电 磁 阀 控 制 的 液 压 钢 来 实 现 机械 手 的 上 升 下 降 运 动 及 夹 紧 工 件 的 动 作 ， 两 个 转 速 不 同 的 电 动 机 分 别通 过 两 线 圈 控 制 电 动 机 的 正 反 转 ， 从 而 实 现 小 车 的 快 进 、 慢 进 、 快 退 、慢 退 的 运 动 运 动 ； 其 动 作 转 换 靠 设 置
3、在 各 个 不 同 部 位 的 行 程 开 关(SQ1-SQ9)产 生 的 通 断 信 号 传 输 到 PLC 控 制 器 ， 通 过 PLC 内 部程 序 输 出 不 同 的 信 号 ， 从 而 驱 动 外 部 线 圈 来 控 制 电 动 机 或 电 磁 阀 产 生不 同 的 动 作 ， 可 实 现 机 械 手 的 精 确 定 位 ； 其 动 作 过 程 包 括 ： 下 降 、 夹紧 、 上 升 、 慢 进 、 快 进 、 慢 进 、 延 时 、 下 降 、 放 松 、 上 升 、 慢 退 、 快退 、 慢 退 ； 其 操 作 方 式 包 括 ： 回 原 位 、 手 动 、 单 步 、 单
4、周 期 、 连 续 ；来 满 足 生 产 中 的 各 种 操 作 要 求 。炎 黄 职 业 技 术 学 院3目 录第 1章 前 言1.1 设计优点 41.2 设计的一般步骤 4第 2章 机械手设计简介2.1 设备的控制要求 52.2 装置简介 6第 3 章 搬 运 机 械 手 硬 件 系 统 设 计3.1机械手的结构 83.2电气控制的设计 83.3操作面板及动作说明 9第 4章 机械手的 PLC控制4.1控制特点 104.2 系统控制示意图 104.3 输入和输出点分配表及原理接线图 114.4 操作系统 124.5 回原位程序 124.6手动单步操作程序 134.7自动操作程序 144.8
5、机械臂传送系统梯形图 154.9指令语句表 17炎 黄 职 业 技 术 学 院4第 1 章 前 言机 械 手 是 工 业 生 产 中 常 用 的 机 械 设 备 , 是 现 代 企 业 和 建 筑 工地 不 可 缺 少 的 运 输 工 具 , 它 的 动 作 由 相 应 的 控 制 系 统 控 制 ， 如 采 用传 统 的 继 电 接 触 控 制 ,由 于 机 械 触 点 多 , 接 线 复 杂 , 因 而 控 制 装置 体 积 很 大 ,并 且 故 障 率 高 , 可 靠 性 差 , 动 作 精 确 度 低 。 而 可 编 程控 制 器 是 以 中 央 处 理 器 为 核 心 , 综 合 了
6、 计 算 机 和 自 动 控 制 等 先 进 技术 , 具 有 可 靠 性 高 、 功 能 完 善 、 组 合 灵 活 、 编 程 简 单 、 功 耗 低 等 优 点 ，已 成 为 目 前 在 机 械 手 控 制 系 统 中 使 用 最 多 的 控 制 方 式 。 PLC 具 有通 用 性 强 、 使 用 方 便 、 适 应 面 广 、 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 、 编 程 简单 等 特 点 。 它 的 使 用 大 大 降 低 了 工 人 的 劳 动 强 度 ， 提 高 了 工 作 效 率 。PLC 在 工 业 自 动 化 控 制 特 别 是 顺 序 控 制 中 的 地 位
7、非 常 重 要 ！本 设 计 主 要 研 究 内 容 ： 要 求 有 两 种 工 作 方 式 ： 点 动 和 自 动 操 作 ；点 动 操 作 时 ， 用 按 钮 单 独 操 作 机 械 上 升 或 下 降 ， 右 移 或 左 移 ， 夹 紧 或放 松 ； 自 动 操 作 时 ， 按 下 起 动 按 钮 ， 机 械 从 “原 点 ”开 始 工 作 ，自 动 完 成 一 个 工 作 循 环 过 程 ， 即 将 工 件 夹 紧 后 ， 从 A 点 移 动 到B 点 放 下 工 件 ， 然 后 返 回 “原 点 ”等 待 下 一 次 操 作 。1.1 设 计 的 优 点用 可 编 程 控 制 器 ，
8、 具 有 投 资 省 、 见 效 快 的 特 点 。 因 为 使 用PLC 控 制 机 床 电 气 系 统 后 ， 可 去 掉 了 机 械 手 的 中 间 继 电 器 、 时 间 继 电器 、 顺 序 控 制 二 极 管 及 电 阻 ， 使 线 路 简 化 。 同 时 ， 由 于 PLC 的高 可 靠 性 ， 输 入 输 出 部 分 还 具 有 信 号 指 示 ， 这 不 仅 使 电 气 故 障 次 数大 大 减 少 ， 而 且 还 能 给 准 确 判 断 电 器 故 障 的 发 生 部 位 提 供 了 很 大 的 方便 。论 文 从 PLC 选 型 开 始 介 绍 ， 并 按 照 设 计 的
9、 全 过 程 逐 次 的 介 绍 了 系统 资 源 配 置 、 控 制 系 统 程 序 设 计 集 调 试 的 方 法 、 自 动 操 作 系 统 流 程 图 、总 程 序 结 构 框 图 、 源 程 序 、 程 序 清 单 、 梯 形 图 、 电 气 原 理 图 。1.2 设 计 的 一 般 步 骤（ 1） 先 要 全 面 的 了 解 被 控 对 象 的 机 构 、 运 行 过 程 等 ， 并 明 确 动作 逻 辑 关 系 ；根 据 系 统 的 功 能 要 求 选 择 PLC 的 型 号 及 各 种 附 加 的 配 置 ， 并 有规 则 ， 有 目 的 分 配 输 入 输 出 点 ；（ 2）
10、 根 据 控 制 及 流 程 要 求 ， 对 应 输 入 输 出 开 发 相 应 的 应 用 程 序 ；同 时 连 接 PLC 与 外 部 设 备 的 连 线 ；炎 黄 职 业 技 术 学 院5（ 3） 将 编 制 完 成 的 程 序 写 入 PLC 中 ， 模 拟 工 况 运 行 ， 进 行 调试 及 修 改 ； 在 模 拟 成 功 后 ， 接 入 现 场 实 际 控 制 系 统 中 进 行 再 次 调 试 ，直 至 完 全 通 过 为 止 。第 2 章 机械手设计简介每 设 计 都 要 分 析 被 控 对 象 并 提 出 控 制 要 求 ：1.详 细 分 析 被 控 对 象 的 工 艺 过
11、 程 及 工 作 特 点 ， 了 解 被 控 对 象 机 、电 、 液 之 间 的 配 合 ， 提 出 被 控 对 象 对 PLC 控 制 系 统 的 控 制 要 求 ，确 定 控 制 方 案 ， 拟 定 设 计 任 务 书 。确 定 输 入 输 出 设 备2.根 据 系 统 的 控 制 要 求 ， 确 定 系 统 所 需 的 全 部 输 入 设 备 （ 如 ：按 纽 、 位 置 开 关 、 转 换 开 关 及 各 种 传 感 器 等 ） 和 输 出 设 备 （ 如 ： 接 触器 、 电 磁 阀 、 信 号 指 示 灯 及 其 它 执 行 器 等 ） ， 从 而 确 定 与 PLC有 关 的
12、输 入 /输 出 设 备 ， 以 确 定 PLC 的 I/O 点 数 。2.1 设 备 的 控 制 要 求设 备 应 具 有 “正 常 运 转 ”和 “强 制 停 止 ”。 控 制 系 统 设 有手 动 、 单 周 期 、 单 步 和 连 续 4 种 工 作 方 式 ， 机 械 手 在 最 上 面 和 左 边且 放 松 时 ， 成 为 系 统 处 于 原 点 状 态 或 初 始 状 态 。 机 械 手 自 动 控 制 顺 序功 能 图 见 图 2-1， 机 械 手 的 运 动 过 程 主 要 有 八 个 动 作 即 为 ：图 2-1 机 械 手 的 自 动 控 制 顺 序 功 能手 动 操 作
13、 时 由 按 钮 操 作 对 机 械 手 的 每 一 种 运 动 单 独 进 行 控 制 ，在 单 步 操 作 方 式 下 ， 从 初 始 步 开 始 ， 按 下 启 动 按 钮 X0 后 ， 系 统转 换 到 下 一 步 ， 完 成 该 步 的 任 务 后 ， 自 动 停 止 工 作 并 在 该 步 ， 再 按 一下 启 动 按 钮 ， 又 往 前 走 一 步 。 如 选 择 单 周 期 工 作 方 式 ， 按 下 启 动 按 钮后 ， 从 初 始 步 开 始 ， 机 械 手 按 顺 序 功 能 图 （ 见 图 2-2） 的 规 定 完成 一 个 周 期 的 工 作 后 ， 返 回 并 停
14、留 在 初 始 步 。原点下降夹紧上升右移 左移上升放松下降原点下降夹紧上升右移左移上升放松下降炎 黄 职 业 技 术 学 院6图 2-2 机 械 手 的 单 周 期 控 制 顺 序 功 能选 择 连 续 工 作 方 式 时 ， 在 初 始 状 态 按 下 启 动 按 钮 后 机 械 手 从 初 始步 开 始 一 个 周 期 一 个 周 期 地 反 复 连 续 工 作 ， 按 下 停 止 按 钮 ， 并 不 马 上停 止 工 作 ， 完 成 最 后 一 个 周 期 的 工 作 后 ， 系 统 才 返 回 并 停 留 在 初 始 步 。在 选 择 单 周 期 、 连 续 和 单 步 工 作 方
15、式 之 前 ， 系 统 应 处 于 原 点 状 态 。 如不 满 足 这 一 条 件 ， 可 选 择 原 点 工 作 方 式 ， 然 后 按 回 原 点 启 动 按 钮 ， 使系 统 自 动 返 回 原 点 状 态 。在 连 续 工 作 方 式 下 设 置 两 种 停 车 状 态 ：正 常 停 车 ： 在 正 常 工 作 状 态 下 的 停 车 。 按 下 停 车 按 钮 ， 机 械 手 完成 最 后 一 个 周 期 的 工 作 后 ， 返 回 原 点 自 动 停 车 。紧 急 停 车 ： 在 发 生 故 障 或 紧 急 状 态 时 的 停 车 。 按 下 紧 急 停 车 按 钮 ，机 械 手
16、 停 止 在 当 前 执 行 状 态 。 当 故 障 排 除 后 ， 需 手 动 回 原 点 。2.2 装 置 简 介参 照 图 1 机 械 手 结 构 图 ， 机 械 手 在 连 续 工 作 方 式 下 ， 机 械手 按 下 述 顺 序 周 而 复 始 地 搬 物 ： （ 如 图 2-3）1） 原 位 状 态 下 （ 机 械 手 在 左 、 上 限 位 置 ） ， 按 启 动 按 钮 ， 机械 手 开 始 下 降 。2） 下 降 到 下 限 位 行 程 开 关 动 作 ， 下 降 结 束 ， 机 械 手 开 始 夹 紧 。3） 机 械 手 夹 紧 工 件 ， 直 到 计 时 器 计 时 时
17、间 到 ， 上 升 运 动 开 始 。4） 上 升 到 上 限 行 程 开 关 受 压 动 作 ， 上 升 运 动 结 束 ， 机 械 手 开 始 右移 。5） 右 移 到 右 限 行 程 开 关 受 压 动 作 ， 右 移 运 动 结 束 ， 等 待 工 件 检 测信 号 。6） 待 无 工 件 信 号 到 来 ， 机 械 手 开 始 下 降 。7） 下 降 到 下 限 行 程 开 关 受 压 动 作 ， 下 降 运 动 结 束 ， 机 械 手 开 始 放松 。8） 机 械 手 放 松 工 件 ， 直 到 计 时 器 计 时 时 间 到 ， 上 升 运 动 开 始 。9） 上 升 到 上 限
18、 行 程 开 关 受 压 动 作 ， 上 升 运 动 结 束 ， 机 械 手 开 始 左移 。 左 移 到 左 限 行 程 开 关 受 压 动 作 ， 左 限 运 动 结 束 ， 机 械 手 回 到 原 始状 态 ， 一 个 工 作 循 环 完 毕 。炎 黄 职 业 技 术 学 院7图 2-3 机 械 手 工 作 循 环 过 程 图机 械 手 的 上 升 和 下 降 、 左 行 和 右 行 由 不 同 继 电 器 来 控 制 不 同 电 机的 正 反 转 来 实 现 ， 夹 紧 和 放 松 由 二 位 四 通 的 电 磁 阀 控 制 的 。 气 缸 采 用QGBQ 系 列 ， 属 自 保 持
19、式 双 电 控 阀 气 缸 ， 工 作 压 力 为0.150.8Mpa， 其 电 磁 换 向 阀 有 记 忆 功 能 ， 当 切 断 电 信 号 时 ， 阀 位 不变 ， 气 缸 活 塞 位 置 保 持 不 变 ， 系 统 不 受 突 然 断 电 的 干 扰 。 图 2-4 为 机 械 手 示 意 图 ， 机 械 手 的 任 务 是 将 A 工 作 台 上 的 工 件 搬 到B 工 作 台图 2-4 机械手结构图第 三 章 搬 运 机 械 手 硬 件 系 统 设 计上上上上上上8上上上上4上上上上上上 上上上上上7上上5上上上上 B上A上上6上上上上2上上上上上1上上3上上上上上上上上上上上上
20、上A上 B上上上上上上上上上 上上上上上上上上上上炎 黄 职 业 技 术 学 院8硬 件 系 统 设 计 包 括 机 械 部 分 和 电 气 控 制 部 分 的 设 计 。3.1 机 械 手 的 结 构设 计 其 结 构 如 图 31 所 示SQ42SQ61SQ7SQ89YA2YA3YA1BA图 31 机 械 手 的 结 构 示 意 图图 中 设 置 9 个 行 程 开 关 SQ1SQ9 用 于 检 测 工 件 、 小 车 、 机 械 手的 位 置 及 机 械 手 夹 钳 的 夹 紧 、 放 松 状 态 ， 并 对 系 统 实 施 控 制 。 其 中 SQ1为 工 件 是 否 到 位 的 检
21、测 开 关 ； SQ2 为 小 车 原 位 检 测 开 关 ；SQ3、 SQ4 分 别 为 机 械 手 下 降 上 升 是 否 到 位 检 测 开 关 ； SQ5、 SQ6分 别 为 机 械 手 夹 紧 放 松 检 测 开 关 ； SQ7、 SQ8 分 别 为 小 车 速 度 转 换开 关 ； SQ9 为 小 车 运 动 停 止 开 关 。3.2 电 气 控 制 的 设 计包 括 主 电 路 和 控 制 电 路 的 设 计 。 主 电 路 由 两 台 电 动 机 ， 即 慢 速 电 机 和快 速 电 机 ， 分 别 拖 动 小 车 慢 行 和 快 行 ， 其 控 制 如 下 ： 慢 速 电 动
22、 机 M1 由接 触 器 KM1、 KM2 分 别 控 制 其 正 传 和 反 转 ； 快 速 电 动 机 M2 由 接触 器 KM3 和 KM4 分 别 控 制 其 正 传 和 反 转 。 机 械 手 的 夹 紧 放 松 动 作 是由 一 单 电 两 位 四 通 电 磁 阀 控 制 的 一 个 液 压 缸 完 成 的 ， 在 通 电 情 况 下 ，机 械 手 松 开 ， 得 电 时 松 开 ， 可 以 防 止 在 设 备 运 行 过 程 中 突 然 断 电 导 致的 机 械 手 松 开 ， 工 件 脱 落 的 情 况 发 生 。3.3 操 作 面 板 及 动 作 说 明根 据 控 制 和 生
23、 产 工 艺 的 要 求 ， 控 制 操 作 包 括 手 动 和 自 动 ， 手 动 又 包括 手 动 步 进 、 回 原 位 操 作 ， 自 动 控 制 包 括 单 步 、 单 周 期 、 连 续 的 操 作 。故 操 作 方 式 选 择 开 关 设 置 有 五 个 档 位 。 手 动 工 作 方 式 下 ， 手 动 动 作 包括 上 升 、 下 降 、 放 松 、 快 进 、 慢 进 、 快 退 、 慢 退 和 复 位 ， 故 设 置 六 个动 作 看 官 按 钮 。 各 个 动 作 进 行 的 同 时 均 设 有 动 作 指 示 灯 。 另 外 设 有 启动 停 止 按 钮 。其 操 作
24、 面 板 如 图 32 所 示 ：炎 黄 职 业 技 术 学 院9手 动回 原 位 单 步 单 周 期连 续启 动上 升 下 降 放 松 复 位快 进 慢 进 快 退 慢 退停 止 原 位 指 示图 32机械手操作面板示意图第 4 章 机 械 手 的 PLC 控 制炎 黄 职 业 技 术 学 院104.1 控 制 特 点机 械 臂 电 气 控 制 系 统 ， 除 了 有 多 工 步 特 点 之 外 ， 还 要 求 有 连 续 控制 和 手 动 控 制 等 操 作 方 式 。 工 作 方 式 的 选 择 可 以 很 方 便 地 在 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 。 以 下 是 设 计 该机 械 手 控 制 程 序 的 步 骤 和 方 法 。4.2 系 统 控 制 示 意 图机 械 臂 传 送 工 件 系 统 示 意 图 ， 如 图 1 所 示 。图 1 机械臂传送示意及操作面板图4.3 输 入 和 输 出 点 分 配 表 及 原 理 接 线 图
