14机械手自动控制系统用PLC实现的程序设计

沈阳航空职业技术学院论文-I-摘要本文介绍的物料搬运机械手可在空间抓放物体，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。本文利用MCGS全中文通用工控组态软件和基于MCGS全中文组态软件开发的计算机监控PLC模拟实验系统软件实现机械手的仿真，并用STEP7-Micro/WIN设计PLC的控制程序来实现对机械手的自动控制，从而实现了机械手自动化系统的控制过程。关键词：PLC机械手自动化程序设计用PLC实现的机械手自动控制系统程序设计--II目录摘要.....................................................................................................................................I第1章课题介绍....................................................................................................................11.1课题设计内容............................................................................................................11.2课题设计具体要求....................................................................................................21.3课题来源及研究的目的和意义................................................................................2第2章机械手和PLC的概念及选择...................................................................................32.1机械手的概念.............................................................................................................32.2PLC的概念.................................................................................................................4第3章PLC控制机械手的系统............................................................................................53.1I/O地址分配.............................................................................................................53.2分析系统的控制并设计PLC程序.............................................................................5第4章调试机械手PLC控制程序.......................................................................................7第5章结论............................................................................................................................8参考文献..............................................................................................................................9致谢..................................................................................................................................10附录A指令语句表................................................................................................................11附录B梯形图程序.................................................................................................................17沈阳航空职业技术学院论文-－1第1章课题介绍1.1课题设计内容机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式，工作时要首先选择工作方式，然后操作对应按钮。其工作示意图如图1.1所示。图1.1机械手工作循环示意图1.1.1调整工作方式：可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、放松各个动作的单独调整。1.1.2连续工作方式：按下起动按钮，机械手按下降→加紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移的顺序周而复始的连续工作；按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。1.1.3单周工作方式：按下起动按钮后，机械手按下降→加紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移的顺序自动工作一个周期停止。若要再工作一个周期，可再次按下起动按钮。按下停止按钮，机械手将自动结束本周期的工作，回到原位后停止。按下急停按钮，系统立即停车。1.1.4步进工作方式：每按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。按下急停按钮，系统立即停车。用PLC实现的机械手自动控制系统程序设计--21.2课题设计具体要求1．PLC输入/输出点的分配。2．编制机械手PLC梯形图控制程序。3．调试机械手PLC梯形图控制程序。1.3课题来源及研究的目的和意义可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）即PLC，自从1969年第一台可编程控制器在美国面世以来，经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等的综合控制系统。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。由于以上的问题，需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出，同时随着社会的进步，工业自动化产品的性能日益加强，而价格也因电子技术的高速发展而不断下降。对原有的设备的电器控制可以高性价比进行改进，通过采用先进的控制技术和驱动技术，使设备的运行更加节能、高效、安全可靠。机械手就在这样诞生了，自从机械手问世以来，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。机械手是工业机械手的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机械手。工业机械手是集机械、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。广泛采用工业机械手，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，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。沈阳航空职业技术学院论文-－3第2章机械手和PLC的概念及选择2.1机械手的概念机械手也被称为自动手。能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。本文利用MCGS全中文通用工控组态软件和基于MCGS全中文组态软件开发的计算机监控PLC模拟实验系统软件实现机械手的仿真。机械手模拟控制窗口图2.1所示。图2.1中机械手可抓紧、放送工件，可上下、左右移动，模拟界面的右侧为按控制要求设计的操作台。用PLC实现的机械手自动控制系统程序设计--4图2.1机械手模拟控制窗口2.2PLC的概念可编程序控制器为（ProgrammableLogicController，简称PLC），是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。PLC具有可靠性高、适应面广、控制性强、操作方便、抗干扰能力强、编程方便、对环境要求低、与其他装置配置连接方便等特点。在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。本文选用的PLC是西门子公司开发的S7-200系列，PLC编程软件选用的是STEP7-Micro/WINv4.0。沈阳航空职业技术学院论文-－5第3章PLC控制机械手的系统3.1I/O地址分配I/O地址分配见表3.1。表3.1机械手控制PLC输入/输出（I/O）分配表输入输出下降极限M0.0放松按钮M1.1/I1.1下降电磁阀Q0.0上升极限M0.1调试选择M1.2/I1.2夹紧电磁阀Q0.1右移极限M0.2步进选择M1.3/I1.3上升电磁阀Q0.2左移极限M0.3连续选择M1.4/I1.4上升按钮M0.4/I0.4单周选择M1.5/I1.5右移电磁阀Q0.3下降按钮M0.5/I0.5急停按钮M1.7/I0.2左移按钮M0.6/I0.6启动按钮M2.0/I0.0左移电磁阀Q0.4右