学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制。
学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
毕业设计任务书 机电工程系机电一体化技术专业 学生姓名学号 一、毕业设计题目：PLC控制的工业机械手设计 二、毕业设计时间 2010 年11月1日至2010年 11 月 28日 三、毕业设计地点： 四、毕业设计的内容要求： 1、系统的电路原理图。 2、元器件的明细表。 3、毕业设计说明书包含工作原理、系统结构、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。 4、设计格式按照要求完成。 指导教师年月日
自动化专业综合设计报告 设计题目：机械手的模拟控制 所在实验室：PLC实验室 指导教师：由枫秋 学生姓名韩璐 班级文自082-1 学号200890517106 撰写时间：2012-03-1 成绩评定：
一、设计目的 用PLC设计机械手的模拟控制。 二、设计要求 有一机械手，有手动操作和自动操作两种方式，其控制要求如下： （1）按动启动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A 才停止。 （2）当光电开关PS检测到工件时，机械手臂先下降，下降到位后机械手夹紧工件，2S后开始上升，而机械手臂保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位后机械手松开，2S后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A才停止……循环。 （3）手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点。 （4）自动停止时有两种情况，一种是停在当前位置，当下一次启动时从当前位置继续进行，另一种是按下停止按钮时，不马上停止而是一个周期结束后停在原点位置。 三、设计内容 1、输入输出分配表 机械手的输入信号主要有启动开关、停止开关、检测信号PS、上升限位开关、下降限位开关、左转限位开关、右转限位开关、手动下降开关、手动上升开关、手动左转开关、手动右转开关共十个输入信号，机械手中各个输入按钮和限位开关在PLC 控制中对应的端口号如表1所示 机械手的输出信号主要有传送带A运行、传送带B运行、机械手下降、机械手上升、机械手左转、机械手右转、机械手夹紧共七个输出信号，机械手各输出信号在PLC 控制中对应的端口号如表2所示
实验报告 （理工类） 课程名称: 机器人创新实验 课程代码: 6003199 学院(直属系): 机械学院机械设计制造系 年级/专业/班: 2010级机制3班 学生姓名: 学号: 实验总成绩: 任课教师: 李炜 开课学院: 机械工程与自动化学院 实验中心名称: 机械工程基础实验中心
一、设计题目 工业机器人设计及仿真分析 二、成员分工：（5分） 三、设计方案：（整个系统工作原理和设计）（20分） 1、功能分析 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 本次我们小组所设计的工业机器人主要用来完成以下任务： （1）、完成工业生产上主要焊接任务； （2）、能够在上产中完成油漆、染料等喷涂工作； （3）、完成加工工件的夹持、送料与转位任务； （5）、对复杂的曲线曲面类零件加工；（机械手式数控加工机床，如英国DELCAM公司所提供的风力发电机叶片加工方案，起辅助软体为powermill，本身为DELCAM公司出品）
一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，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的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
压力加工设备控制系统设计 实训报告 （机械手动作的模拟） 学院：机械工程学院 专业：机械设计与制造及其自动化 班级：机械1002班 学号：101201210 姓名：李保琳 同组学生：吉灵龙、刘伟峰、孙武亮 洪敏、黄鹏、黄橙、沈斌 扬州大学机械工程学院 2013年12月30日
实训课题机械手动作的模拟 一、实训目的 用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。 二、实训设备（包括实验面板图） 1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台 2、PC/PPI编程电缆一根 3、锁紧导线若干 三、输入/输出接线端口分配表
电气接线图： 四、控制动作分析 图中为一个将工件由A 处传送到B 处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 原位 → 下降 → 夹紧 →上升 → 右移 ↑ ↓ 左移 ← 上升 ← 放松 ← 下降 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 I0.1 I0.0 I0.2 I0.3 I0.4 L2 L1 M1 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL SD SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 V+ COM V C V C S7-200 CN PLC 机械手
P L C机械手动作的模拟集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
目录 一、摘要 (1) 二、控制要求 (2) 三、控制原理介绍及图示 (3) 1、机械手动作的模拟实验面板图 (3) 2、输入/输出接线列表 (3) 3、控制过程 (3) 四、控制方案 (5) 1、工作过程分析 (5) 2、梯形图 (6) 五、运行调试 (9) 六、小结 (10)
七、参考文献 (11)
一、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。 机械手：mechanicalhand，也被称为自动手，autohand 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，可以更好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。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、运动机构和控制系统三大部分组成。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。 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
实训四机械手的模拟控制 一、实验目的 用PLC构成机械手控制系统 二、实验内容 1. 控制要求 按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运转，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环 2. I/O分配 输入输出 启动按钮：X0 左转限位SQ3：X3 上升YV1：Y1 加紧YV5：Y5 停止按钮：X5 右转限位SQ4：X4 下降YV2：Y2 传送带A：Y6 上升限位SQ1：X1 光电开关PS：X6 左转YV3：Y3 传送带B：Y7 下降限位SQ2：X2 右转YV4：Y4 3.用梯形图设计程序。 4.调试并运行程序 5.将调试运行正常的梯形图写入实验报告。 （实验报告包括：1、实验目的2、控制要求3、I/O口分配4、梯形图5、实验结果） 实训四机械手的模拟控制 一、实验目的 用PLC构成机械手控制系统 二、实验内容 1. 控制要求 按起动后，传送带A运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运转，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到按一下光电开关才停止……循环 2.I/O分配 输入输出 启动按钮：X0 左转限位SQ3：X3 上升YV1：Y1 加紧YV5：Y5 停止按钮：X5 右转限位SQ4：X4 下降YV2：Y2 传送带A：Y6 上升限位SQ1：X1 光电开关PS：X6 左转YV3：Y3 传送带B：Y7 下降限位SQ2：X2 右转YV4：Y4 3.用梯形图设计程序。 4.调试并运行程序 5.将调试运行正常的梯形图写入实验报告。 （实验报告包括：1、实验目的2、控制要求3、I/O口分配4、梯形图5、实验结果）
设计报告应包括以下几点: PLC 课程设计课题舞台灯光的模拟及机械 手的模拟控制工程设计 院系电子信息工程学院专业电气自动化（船舶电气）班级电气095 姓名 学号 完成日期2011年9月25日指导教师 实训地点
论文概述： 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源； b. 中央处理单元(CPU)； c、存储器； d、输入输出接口电路； e、功能模块; f、通信模块。 PLC作为一种特殊形式的计算机控制装置, 比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性．在自动化领域有着广泛的应用，而本文所介绍的舞台灯光和机械手程序，就是其中典型的代表。 课题一：舞台灯光的模拟控制 一、课程设计目的与要求： 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到十分广泛地应用。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到分散式网络化控制系统，PLC都承担着及其重要的角色。从应用的角度来说，学习PLC技术不仅要靠掌握系统配置和编制程序的方法，更需要通过具体的编程操作实践训练，系统集成（PLC外部接线、输入信号处理、输出控制对象、功能模块组装）实训，系统的调试、纠错和运行等实践环节，才能不断加深对PLC指令功能及特点的理解和认识，掌握编程方法，提高编程技巧，真正具备PLC技术的综合应用和设计能力。 二、设计内容及控制要求（流程图及文字说明） （1）本实验是用PLC构成舞台灯光控制系统，按启动按钮，按以下规律显示： 1--2--3—4—5—6—7—8—9—10-11-12-13-14-15-16-15-......-1-12-123-1234 -......至全亮间隔1S闪烁3次,78-6789-5678910-全亮闪烁3次,1-13-135-......至奇数灯全亮，2-24-246......至偶数灯全亮，116-215-314- (78) 78-69-510-……-116 如此循环。 以上闪烁以间隔一秒为准。 按下停止按钮，程序马 上停止运行。 （2）舞台灯光的 模拟实验面板图
第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算
机械手动作的模拟 控制要求 图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 机械手动作的模拟实验面板图： 此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。 输入/输出接线列表] 工作过程分析： 当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。 按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M101，下降阀输出继电器I0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关U0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。 当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0
动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。 机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M102.，上升电磁阀YQ0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。 当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。 待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。 当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.2为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。 到达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。 再次按下启动按钮，将重复上述动作。
机械手的模拟控制 图7-29为传送工件的某机械手的工作示意图，其任务是将工件从传送带A 搬运到传送带B。 1.控制要求 按起动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到物体，才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS再次检测到物体，才停止……循环。 机械手的上升、下降和左转、右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制汽缸的运动控制。当下降电磁阀通电，机械手下降，若下降电磁阀断电，机械手停止下降，保持现有的动作状态。当上升电磁阀通电时，机械手上升。同样左转/右转也是由对应的电磁阀控制。夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制汽缸的运动来实现，线圈通电时执行夹紧动作，断电时执行放松动作。并且要求只有当机械手处于上限位时才能进行左/右移动，因此在左右转动时用上限条件作为联锁保护。由于上下运动，左右转动采用双线圈两位电磁阀控制，两个线圈不能同时通电，因此在上/下、左/右运动的电路中须设置互锁环节。 为了保证机械手动作准确，机械手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、左转、右转等动作的限位，并给出动作到位的信号。光电开关PS负责检测传送带A上的工件是否到位，到位后机械手开始动作。 2. I/O分配 输入输出 起动按钮： I0.0 上升YV1：Q0.1 停止按钮： I0.5 下降YV2：Q0.2 上升限位SQ1：I0.1 左转YV3：Q0.3 下降限位SQ2：I0.2 右转YV4：Q0.4 左转限位SQ3：I0.3 夹紧YV5：Q0.5 右转限位SQ4：I0.4 传送带A：Q0.6 光电开关 PS： I0.6 传送带B：Q0.7
１．０引言?本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法,本系统涉及的主要硬件是S７-200 PLC和ＳH－２H０57步进驱动器。 (1）Ｓ7-200 PＬC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令,使得Ｓ7-２00 PＬC可以满足小规模的控制要求。此外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。 1台S7－2０0 ＰLC包括一个单独的S7-２0０CＰU,或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 ＣＰU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量Ｉ/Ｏ点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 l CPU负责执行程序和存储数据,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制; l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备； l 电源向ＣＰU 及其所连接的任何设备提供电力; l通讯端口允许将S7－200 CＰU同编程器或其他一些设备连起来；?l 状态信号灯显示了ＣPU 的工作模式(运行或停止),本机I/O的当前状态,以及检查出来的系统错误;?ｌ通过扩展模块可提供其通讯性能; l通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU ２21不扩展);?l 一些CPＵ有内置的实时时钟,或添加实时时钟卡;?ｌEEPROM卡可以存储CPU程序,也可以将一个CPＵ中的程序送到另一个CPU中; 2）SH l 通过可选的插入式电池盒可延长ＲAM中的数据存储时间;?l最大I/O配置。?( -2H057驱动器输入信号共有三路,他们是:步进脉冲信号ＣP、方向电平信号ＤＩR、脱机电平信号FREＥ.他们在驱动器内部分别通过2７０Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电
目录 1．简介22 1.1课题概况22 1.2设计要求22 1.3设计内容22 2．系统总体方案设计33 2.1总体方案选择说明33 2.2控制方式选择33 2.3操作界面设计（其它图见附录）44 3.PLC控制系统的硬件设计44 3.1 PLC的选型44 3.2 I/O点数的估算55 3.3 I/O分配表55 3.4电气原理图设计55 3.5电气元件明细表55 4. PLC控制系统程序设计66 4.1 状态分配表66 4.2 机械手控制程序顺序功能图(或流程图)设计66 4.3 控制程序设计思路66 5．系统调试及结果分析1111 5.1 系统梯形图1111 5.2 结果分析1515 5.3调试过程中问题及解决方法1515 6．系统的使用说明书1515 7．课程设计体会1616 8．参考文献1616 9．附录1717
1．简介 1.1课题概况 一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成，当某个电磁阀线圈通电，就一致保持现有的机械动作，如果线圈断电则停止机械动作。例如下降的电磁阀通电，机械手下降，如线圈断电，则停止现有的下降动作，直到通电后继续下降；当此电磁阀相反方向的线圈通电时则进行上升的机械动作。另外夹紧/放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，启动按钮SB1、停止按钮SB2,SA1为单次工作和循环工作的选择开关，SA2为手动工作和自动工作选择开关。启动按钮SB1按下后开始工作，有八个动作，如下所示： 原位→下降→夹紧→上升→右移 ↑↓ 左移←上升←放松←下降 1.2设计要求 (1)初始状态：机械手运行前，处于原位状态。 (2)由SA2开关选择自动或手动工作。自动工作有单次循环工作和重复循环工作两种流程；手动工作状态时，按下启动按钮，只能单步运行：按下启动按钮则运行一步，下一步运行需要再按一次启动按钮。 (3)启动操作：按下启动按钮SB1，机械手按如表所示的工作流程运行。 (4)停止工作：按下停止按钮SB2后，立即停止运行，按下启动按钮SB1又能继续运行。 1.3设计内容 该机械手分为自动工作与手动工作： 一、自动工作： (1)单次循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位→停止工作 (2)重复循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位 按以上步骤循环三次。 二、手动工作： 单步运行：按下启动按钮→下降（YV1）到位停止→按下启动按钮→夹紧(YV2)延时2s→按下启动按钮→上升（YV3）到位停止→按下启动按钮（以此类推）……
PLC 控制机械手设计与模拟调试 设计任务和要求如下: 1、任务：机械原点高在可动部分左上方，即压下左限开关和上限开关。并且工作钳处于放松状态；上升、下降和左、右移动由电磁阀驱动气缸来实现的；当工件处于工作台B 上方准备下放时，为确保安全，用光电开关检测工作台B 有无工件，只在无工件时才发出下放信号；机械手工作循环为：启动---->下降---->夹紧--→上升---->右行---->下降---->放松---->上升---->左行---->原点。 2、要求： （1） 电气原理图设计，工作方式设置为自动循环和点动两种。 （2） PLC 梯形图设计，工作方式设置为自动循环、点动、单周循环和步进四种。 （3） 有必要的电气保护和联锁。 （4） 自动循环时应按上述顺序动作。 启动---->下降---->夹紧--→上升---->右行---->下降---->放松---->上升---->左行 ---->原点。 夹紧 放松 SQ5 x5SQ6 x6 机械手运行模拟图
I/O 接线图 左行 右行上升放松/夹紧下降自动起动 停止 手动单步单周回原点连续回原点起动手动上升手动下降手动左移手动右移手动放松手动夹紧左限位右上限位右下限位右限位左上限位左下限位
I/O分配表
梯形图
(1)回原点方式 按住X21，按一下X25→ Y0断电，停止下降；Y2通电，上升；→上升到位即压下X5→Y3断电，停止右移；Y4通电，左移→左移到位即压下X6 →停止。 (2)手动方式 按住X20，原位（按X2、X6），①按X14→ Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；松开X14，②按X10→Y1通电，夹紧；松开X10，③按X15 → Y2通电，上升（Y1保持通电，保持夹紧）→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；松开X15，④按X12→ Y3通电，右移（Y1保持通电，保持夹紧）→右移到位即压下X3→松开X12，B处无工件，即按下X0，⑤按X14→ Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降；松开X14，⑥按X11→Y1断电，放松；松开X11，⑦按X15 → Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升；松开X15，⑧按X13→ Y4通电，左移→左移到位即压下X6→Y4断电，停止。 (3)单步方式 按住X22，原位（按X2、X6），按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→按一下X26→Y1通电，夹紧→延时1秒→按一下X26→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→按一下X26→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→按一下X26→Y1复位，放松→延时1秒→按一下X26→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→按一下X26→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→停止。 (4)单周方式 按住X23，按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→Y1通电，夹紧→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→B处无工件，即按下X0，Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→Y1复位，放松→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→停止。（一周） (5)自动方式 按住X24，按一下X26→Y0通电，下降→下降到位即压下X1→Y0断电，停止下降；→Y1通电，夹紧→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X2→Y2断电，停止上升；→Y3通电，右移→右移到位即压下X3→Y3断电，停止右移→B处无工件，即按下X0，Y0通电，下降→下降到位即压下X4→Y0断电，停止下降→Y1复位，放松→延时1秒→Y2通电，上升→上升到位即压下X5→Y2断电，停止上升→Y4通电，左移→左移到位即压下X6→Y0．．通电，下降 ．．．．．（下一个循环）。 无论什么时候，按X27，将停止。
Xinyu University 毕业设计(论文) 基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名:何友良 学号:1201231016 专业:电气工程及其自动化 指导教师:谢富珍副教授 学院:电气与电子工程 江西·新余
独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。 特此声明。 作者签名（手写）：签名日期：年月日 版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。 作者签名（手写）：指导教师签名（手写）： 日期：年月日日期：年月日
摘要 论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：何友良 指导教师：谢富珍副教授 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈
PLC课程设计 机械手的模拟控制 组员：高真齐 侯毛威 学号：1315020427 1315020423 指导教师：徐承韬 2016年5月27日
引言 在现今的生活上,科技日新月益的进展之下,机械人手臂与有人类的手臂最大区别就在于灵活度与耐力度。也就是机械手的最大优势可以重复的做同一动作在机械正常情况下永远也不会觉得累！机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手机器人的一个重要分支。 可编程逻辑控制器，即PLC，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。而本次设计，就是利用可编程逻辑控制器设计机械手的动作模拟控制。 关键词：机械手PLC 可编程逻辑控制器 目录
PLC课程设计 (1) 引言 (2) 一：设计任务书 (4) 1.1 控制要求 (4) 1.2设计要求 (4) 二：硬件电路设计和描述 (4) 2.1. I/O分配 (4) 2.2 PLC外围接线图 (5) 三：软件设计流程及描述 (6) 3.1 流程图 (6) 3.2 功能图 (7) 3.3 工作方式 (7) 四：PLC控制程序 (8) 4.1 梯形图 (8) 4.2 梯形图说明 (12) 4.3 I/O 分配表 (12) 五．设计心得 (13) 参考文献 (14)
B A SB1 SB2 SQ1 SQ2SQ3SQ4 YV1YV2 YV3 YV5 PS YV4 一：设计任务书 1.1 控制要求 按起动后，传送带A 运行直到按一下光电开关才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s 后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s 后机械手上升。上升到位后，传送带B 开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B 停止，此时传送带A 运行直到按一下光电开关才停止……循环 1.2设计要求 1) 根据控制要求，进行机械手的模拟控制硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC 硬件配置电路。 2) 根据控制要求，编制机械手的模拟控制PLC 应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。 3) 编写设计说明书，内容包括： ① 设计过程和有关说明。 ② 基于PLC 的机械手的模拟控制电气控制系统电路图。 ③ PLC 控制程序（梯形图和指令表）。 ④ 电器元器件的选择和有关计算。 ⑤ 电气设备明细表。 ⑥ 参考资料、参考书及参考手册。 ⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明 书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 二：硬件电路设计和描述 2.1. I/O 分配 输入 输出
目录 摘要 (2) ABSTRACET (3) 引言 (5) 1 PLC的发展历程和构成 (7) 1.1 PLC的发展史 (7) 1.2 PLC的构成 (8) 1.3 CPU的构成 (8) 1.4 I.O模块 (8) 1.5 电源模块 (9) 1.6 底版和机架 (9) 1.7 PLC系统的其他设备 (9) 2 机械手的组成 (10) 2.1 机械手的发展 (10) 2.2 动力臂的机械构造 (10) 2.3 控制和动力臂的机械构造 (11) 2.4 位置控制系统 (11) 2.5 负载反传系统 (11) 3 机械手PLC的发展历程和构成 (12) 3.1 根据工艺过程分析控制要求 (12) 3.2 确定所需的用户输入/输出设备及I/O点数 (15) 3.3 PLC的选择 (18) 3.4 分配PLCI/O点的编号(定义号) (18) 3.5 PLC程序设计 (18) 4 英文资料 (30) 个人小结 (35) 参考文献 (46)
机械手的PLC控制设计及调试 摘要 机械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 关键词:点控制机械手连续控制机械手可编程控制技术
1.课程设计目的 1.机械手的工作原理 1.1.1机械手的概述 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5)宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 1.1.2 机械手的工作方式 机械手电气控制系统，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。 1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。
图1 机械手传送示意及操作面板图 2.课程设计题目和要求 机械手顺序动作的要求是： 1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作。 2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。