简易物料搬运机械手的PLC控制系统设计

课程设计电气控制系统与PLC课程设计题目：简易物料搬运机械手的PLC控制系统设计系别：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：机自081班时间：2011年12月1日指导教师：冯治国1.设计的目的1通过课程设计培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识及基本技能进行分析和解决实际问题的能力。2使学生受到PLC系统开发的综合训练，达到能够进行PLC系统设计和实施的目的。3使学生掌握简易机械手的电器工作原理。2设计内容1．目录2．原理介绍和分析部分3．根据要求选择系统方案4．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配5．程序框图和程序设计6．心得体会。3．设计任务和要求1.提交报告一份（主要组成：功能阐述、流程图、I/O分配、电气原理图、梯形图）2.字数＞30003.报告相似程度＞80%，按不及格处理4.交作业时间：12.34器材简易物料搬运机械手5参考资料1宫淑贞徐世许主编《可编程控制器原理及应用》北京人民邮电出版社2009.4一、机械手的控制及说明一、课题内容1.如图所示为一简易物料搬运机械手的工艺流程图。该机械手是一个水平/垂直位移的机械设备，其操作是将工件从左工作台搬运到右工作台，由光耦合器VLC来检测工作台上有没有工件。机械手通常位于原点，它的动作全部由气缸驱动，而气缸则由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线圈二位电磁阀控制，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀(称为夹紧电磁阀)控制。机械手工作循环过程示意图如图2所示。从图中可见，机械手工作循环过程主要有8个动作，即为：图1机械手结构示意图二机械手的控制系统要求分析机械手动作示意图如图1所示。其全部动作由汽缸驱动，而汽缸又由相应的电磁阀和继电器控制。其中，上升／下降和左移／右移分别由双线圈两位继电器控制。下降继电器线圈通电时，机械手下降；下降继电器线圈断电时，机械手下降停止。只有上升继电器线圈通电时，机械手才上升；上升继电器线圈断电时，机械手上升停止。同样，左移／右移分别由左移继电器和右移继电器控制。机械手的放松／夹紧由一个单线圈(称为夹紧电磁阀)控制。该线圈通电，机械手夹紧；该线圈断电，机械手放松。机械手的动作过程如图2所示。从原点开始按下启动按钮时，下降继电器线圈通电，机械手开始下降。下降到底时，碰到下限位开关，下降继电器线圈断电，下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧，夹紧后，上升继电器线圈开始通电，机械手上升；上升到顶时，碰到上限位开关，上升继电器线圈断电，上升停止；同时接通右移继电器，机械手右移，右移到位时，碰到右移极限位开关，右移继电器线圈断电，右移停止。此时，右工作台上无工作，则光电开关接通，下降继电器线圈接通，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关下降继电器线圈断电，下降停止；同时夹紧电磁阀断电，机械手放松，放松后，上升继电器线圈通电，机械手上升，上升到极限时碰到极限位开关，上升继电器断电，上升停止；同时接通左移继电器，机械手左移；左移到原点时，碰到左极限开关，左移继电器线圈断电，左移停止。至此，机械手经过八步动作完成一个循环。三PLC的共有选型及I/O口接线图根据控制要求共有20个输入和5个输出，共有25个点数，按照设计要求和需要我们选用了三菱FX系列中的FX2-48MR作为设计主体，其输入与输出接线图及控制面板如图所示：X15回原点启动X5X4X6X7X21X22X8X23电源急停上升右移左移下降夹紧松开启动停止回原点X11单步运行X12单周期X13自动X14手动X10操作面板示意图I/O口分配表输入信号输出信号名称代号输入点编码名称代号输出点编码上限位SQ1X0上升YV1Y0下限位SQ2X1下降YV2Y1左限位SQ3X2右移YV3Y2右限位SQ4X3左移YV4Y3下降点SB1X4夹紧YV5Y4上升点SB2X5左移点SB3X6右移点SB4X7启动SB5X8L1L2L3QFQFQF上升/下降KM1KM2左/右移KM3KM4夹紧/放松KM5M1M2YA4外围接24VPLC机械手主电路图主电路FRFV手动操作SA1-1X10回原点SA1-2X11单步SA1-3X12单周期SA1-4X13自动SA1-5X14回原点启动SB6X15全自动SB7X16停止SB10X17夹紧SB8X21放松SB9X22工作检测ST5X20KV1KV2KV3KV4KV5KM2KM3KM4KM5220V/380V外围电路（1）KV4KM1ST1ST2ST3ST4SB1SB2SB3SB4SB5SA1-1SA1-2SA1-3SA1-4SA1-5SB6SB7SB8SB9SB10SB11X0X1X3X2X4X5X6X7X24X10X11X12X14X13X15X17X21X22X20X16Y0Y1Y2Y3Y4COMCOMCOMKV1KV2KV3KV4KV5PLC四初始化程序设计在主电路中KM1、KM2、KM3、KM4为继电器，YA4是电磁阀。当PLC中输出Y0时，KV1导通同时接触器KM1导通继电器动作，机械手上升；当KM2通电时继电器动作，机械手下降；当KM3导通时继电器动作，机械手右移；当KM4导通时继电器动作，机械手左移；当KM5通电时电磁阀动作，使机械手夹紧或放松，而图中的FV为短路保护，FR为过载保护。M8044特殊辅助继电器作为原点位置条件用，当原点位置条件满足时M8044接通。外围电路（2）----PLC1．为了使IST指令在每个扫描周期内均执行，用PLC“RUN”时ON和M8000驱动。2．使用IST指令时五种工作方式加三种必要的按钮，共八种控制信号：A手动方式B回原点方式C单步方式D单周期方式E自动连续方式F回原点方式G启动按钮H停止按钮3．使用IST指令后，PLC自动把状态元件S中S0—S2分配给了3大类模式的初始化状态用，且规定S0用于手动，S1用于回原点，S2用于自动/单步/单周期。S10—S19用于回原点程序模块中的状态。因此，指令格式中的S20是用户可以分配给自动/单周期/单步的最小状态号。下图为置初始状态IST指令自动动作的特殊辅助继电器M8040—M8047的动作内容。M8040是禁止转移用辅助继电器，当M8040=ON时就禁止所有状态转移，手动状态下M8040总是接通的。在原点、单周期运动时按动停止按钮后一直到再按启动按钮的时间内，M8040一直保持ON状态。单步执行时M8040常通，但是再按动启动按钮时，M8040=OFF，使状态可以顺序转移一步。转移开始特殊辅助继电器M8041是初始状态S2向另一状态转移的转移条件辅助继电器。手动加原点M8041不动作，单步、单周期时，仅在按动启动按钮时动作，自动时按启动按钮后保持为M8041=ON，按停止按钮后M8041=OFF。启动脉冲辅助继电器M8042是在启动按钮按下时瞬间接通。特殊辅助继电器M8044是原点条件，M8043是回原点结束，这两个元件应由用户程序控制。1手动方式程序手动方式梯形图程序如图所示，S0手动方式的初始状态，手动方式的夹紧、放松及上升、下降是由相应的按钮来控制的。将选择开关拨到手东方示（X10置1）按启动按钮（X24），S0获得状态，按下降开关X6，下降开始直到碰到下限位开关（X1）下降结束，在按下夹紧开关（X21）夹紧动作开始（Y4置1），按下上升开关（X4）上升动作开始，当动作碰到上限位开关（X0）上升结束；按下右移开关（X7）右移动作开始，直到碰到右限位开关（X3）动作结束；按左移开关（X6）动作左移，直到碰到左限位开关（X2）动作结束，按放松按钮（X22）机械手方松（Y4复位0）。2回原点方式程序在我们的自动/单步/单周期运行之前我们通常要让机械手回到原点，才能让他完成自动运行的动作。回原点方式也属于自动程序的一种，在机械手的自动操作中，由于操作的动作复杂不容易直接设计出梯形图，可以先画出自动操作的流程图，用以表示动作的顺序和转换的条件，然后根据所采用的控制方法设计梯形图比较简单，所以后面的自动程序都采用流程图来完成。将操作板上的工作方式打到回原点位置（X11,S1置1），此时S1获得信号。当按下回原点启动开关（X11），S10得到信号，同时下降运行停止，机械手松开，上升运动开始，直到碰到上限位开关（X0）接通S11，此时右移停止，左移运动开始，直到碰到左限位开关（X2）接通S12，此时输出M8043回归完成，信号自动返回给S12，动作结束。其原理如图所示：3自动方式控制在自动程序中包括单周期、单步运行方式。将控制面上的工作方式拨到自动工作方式（X14），然后按启动按钮（X24），此时M8041导通置1（附：在使用自动单步运行、单周期运行之前我们都得先回原点使M8044通过置1），此时S2导通到S21，下降动作开始，直到碰到限位开关（X1），停止下降，导通S26，并停留2秒钟，然后导通S27，机械手放松并开始上升，直到碰到上限位开关，上升停止。S28导通，机械手左移，碰到左限位开关，信号返回给S2，达到循环动作，直到按下停止开关(X17)，所有动作停止。下图为自动方式的梯形图与状态图自动方式梯形图如下图所示4单步运行、单周期运行将控制面板上的工作方式拨到单步工作方式上，每按一次启动按钮机械手就运到一次运动一个步骤。将开关拨到单周期工作方式上，按动一次启动按钮机械手自动完成一个周期的动作，其工作原理与自动方式一样。5程序的语句表手动方式、回原点方式、自动、单步、单周期方式语句表分别为：（1）初始状态语句表步序指令0LDX01ANDX22ANIY43OUTM80444LDM80005ISTX10S20S28(2)手动状态语句表步序指令步序指令0STLS012OUTY11LDX2113LDX72RETY414ANIX03LDX2215ANIX24RSTY416ANIY25LDX517OUTY36ANIY118LDX77ANIX019ANIX08OUTY020ANIX39LDX421ANIY310ANIY022OUTY211ANIX123(3)自动方式语句表(4)回原点方式语句表步序指令步序指令0STLS110RSTY21LDX1511OUTY32SETS1012LDX23STLS1013SETS124RSTY414STLS125RSTY115SETM80436OUTY016RSTS127LDX017OUTS128SETS1118RET9STLS11步序指令步序指令0STLS220SETS251LDM804121STLS252ANDM804422LDIX203SETS2123OUTY14STLS2124LDX15OUTY125SETS266LDX126STLS267SETS2227OUTT1K208STLS2228LDT19OUTTOK2029SETS2710LDT030STLS2711SETS2331SETY412STLS2332OUTY013SETY433LDX014OUTY034SETS2815LDX035STLS2816SETS2436OUTY317STLS2437LDX318OUTY238OUTS219LDX239RET(5)内部单步、单周期自动梯形图的语句表步序指令步序指令0LDX1415LDX121ORX2416ORB2ANDM804117LDX133ANIX1718ANDX174ANDX1219ORB5ORX1320LDM80026LDX1421ORB7ORB22LDM80428LDX2423ORB9ORX1524ANIM804210ANIX1025ORB11SETM804226OUTM804012LDX1027LDM800013LDX1128OUTM804714ANDX17四设计小节本次设计完成了简单的机械手的工作原理及PLC电气部分的设计。在这段时间的设计中，参考了大量的参考资料，同时我们也作了大量的社会调查，结合实际完成了这套设计。通过这段时间的设计，我初步掌握了设计的方法和要求，为以后走上工作岗位打下了一定的基础，实现了理论和实践相结合的初步转变。机械手是一种机械与电气紧密相结合的运输产品。随着可编程控制器在工业中的广泛应用，也使机械