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目 錄 摘要 I 1 設(shè)計目的和要求 1 1.1 目的 1 1.2 要求 1 2 機械手的工藝和控制要求 2 2.1 設(shè)備概況 2 2.1.1 工藝介紹 2 2.1.2 面板操作 2 2.2 控制要求 3 2.2.1液壓系統(tǒng)油泵啟動及停止 3 2.2.2機械手工作方式 3 2.2.3系統(tǒng)保護和報警功能。 3 3 PLC控制系統(tǒng)發(fā)設(shè)計方法。 4 3.1 確定輸入輸出 4 3.2 選著PLC的型號。 4 3.3 機械手設(shè)計框圖： 4 3.4 為PLC的輸入輸出編址 4 4 電氣原理圖設(shè)計 6 4.1主電路設(shè)計 6 4.2輸入電路 6 4.3輸出電路 6 4.4繪圖注意事項 6 5 PLC程序設(shè)計 7 5.1主程序流程圖 8 5.2 手動子程序 9 5.3回原點子程序流程圖 10 5.4 單步流程圖 11 5.5 單周期流程圖 12 5.5自動流程圖 13 5.6 程序調(diào)試 13 6 總結(jié) 14 附錄1 機械手電氣原理圖 附錄2 機械手梯形圖 摘要 機械手主要用于搬動或者裝卸零件的重復動作，動力來源于液壓系統(tǒng)。在機械手控制選用PLC，其原因安全可靠。機械手控制分為手動、回原點、單步、單周期、自動五大部分。各個功能運用轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換，切后按照以前步驟繼續(xù)執(zhí)行。通過PLC輸出驅(qū)動中間繼電器，接通電磁閥。首先運用AUTOCAD繪制實際工程電氣接線圖，在實驗室運用實驗?zāi)M設(shè)備，進行編程模擬。 關(guān)鍵字：機械手 PLC 電氣接線圖 電磁閥 中間繼電器 1 設(shè)計目的和要求 1.1 目的 （1）用PLC實現(xiàn)對機械手手、自動控制。 （2）用PLC設(shè)計具有多種操作方式的電控系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)。 （3）掌握一般控制系統(tǒng)操作方式切換時保持系統(tǒng)狀態(tài)連續(xù)的程序設(shè)計思路和方法。 （4）自行設(shè)計手動、回原點、單步、單周期和自動五種工作方式下的控制程序。 1.2 要求 （1）繪制電氣原理圖時要符合國家標準。 （2）PLC配置及硬件接線正確。 （3）PLC程序要滿足設(shè)計要求。 （4）編寫規(guī)范可讀性強。 （5）程序設(shè)計報告撰寫規(guī)范。  2 機械手的工藝和控制要求 2.1 設(shè)備概況 機械手在專用機床及自動生產(chǎn)線上應(yīng)用十分廣泛，主要用于搬動或者裝卸零件的重復動作，以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本設(shè)備為一般機械手，其動力來源于液壓系統(tǒng)。 2.1.1 工藝介紹 機械手搬運工件動作示意圖如下： 圖2.1 機械手搬運工件動作示意圖 左上角為原點位置，工件按下降—>夾緊—>上升—>右行—>下降—>放松—>上升—>左行—>回原點為一個工作周期。上升/下降、左行/右行、夾緊/放松的動作均采用電磁閥控制液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，都工作順序由行程開關(guān)和定時器進行控制。 2.1.2 面板操作 該系統(tǒng)的控制方式由操作面板的行程開關(guān)進行選擇，設(shè)計時要求能夠進行手動、自動操作方式控制功能。 2.2 控制要求 2.2.1液壓系統(tǒng)油泵啟動及停止 單按鈕操作，按下油泵啟/停按鈕，油泵啟動，在按下一次油泵停止。系統(tǒng)工作時卸荷閥得電升壓，反之卸荷閥失電卸荷。 2.2.2機械手工作方式 機械手的操作方式分為手動、回原點、單步、單周期、自動五種工作方式，五種工作不僅能各自獨立工作，還能按順序?qū)崿F(xiàn)他們之間的互相轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程中原狀態(tài)保持，轉(zhuǎn)換后按照新的工作方式進行。 （1）手動： 選擇手動方式，按下手動按鈕，結(jié)合限位開關(guān)，對各個動作進行單獨控制。 如：按下機械手下降按鈕，機械手下降，松開機械手按鈕，機械手停止下降，或者到位后，機械手停止下降，機械手只能在左限位和有限位才能下降中間不可以下降。 （2）回原點： 選擇回原點方式，按下原點按鈕，機械手以最快及最安全的路徑回到原點位置停止。如：若機械手未夾物體時，以最快路徑回到原點位置；若機械手夾了物體必須搬運到B點，在回到原點位置。 （3）單步： 選擇單步方式，按一次啟動按鈕，機械手動作一個工步后自動停止。 （4）單周期： 選擇單周期方式，按啟動按鈕，機械手動作一個周期后自動停止；在動作過程中，按停止按鈕，機械手立即停止，在按啟動按鈕，機械手繼續(xù)動作，機械手繼續(xù)動作，一個周期后自動停止。 （5）自動： 選擇自動方式，按啟動方式，機械手周而復始的動作；在動作過程中，按停止按鈕，機械手不立即停止等到當前一個周期結(jié)束才停止。 2.2.3系統(tǒng)保護和報警功能。 該系統(tǒng)的動力裝置為液壓控制系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)要求具有濾油器堵、油溫高聲光報警，失壓和油位低要求聲光報警、立即卸荷和停油泵的保護功能故障報警后，按報警解除按鈕，可解除報警信號。 3 PLC控制系統(tǒng)發(fā)設(shè)計方法。 3.1 確定輸入輸出 根據(jù)機械手的控制要求，確定輸入的個數(shù)。在本控制中，共需要22個輸入點，14個輸出點。 3.2 選著PLC的型號。 在常用的PLC中，能那個滿足這樣的輸入數(shù)點數(shù)的PLC有許多類型。為此在這里我們選擇PLC224XP作為最佳型號；這樣的PLC 我們熟悉他的編程和輸入輸出接線，以及他的擴展模塊的使用。 3.3 機械手設(shè)計框圖： PLC 各種 傳感 器輸 入 接通電磁閥 驅(qū)動 中間 繼電 器 按鈕 開關(guān) 輸入 圖3.3 機械手設(shè)計 3.4 為PLC的輸入輸出編址 為每個需要使用的輸入輸出功能I/O分配功能。以便在接線和繪圖提供有力的地址一依據(jù)。其編址表如下圖 PLC輸入輸出編址表 輸入編址表 輸出編址 手動（轉(zhuǎn)換開關(guān)） I0.0 機械手上升（中間繼電器） Q0.0 回原點（轉(zhuǎn)換開關(guān)） I0.1 機械手下降（中間繼電器） Q0.1 單步（轉(zhuǎn)換開關(guān)） I0.2 機械手夾緊（中間繼電器） Q0.2 單周期（轉(zhuǎn)換開關(guān)） I0.3 機械手放松（中間繼電器） Q0.3 自動（轉(zhuǎn)換開關(guān)） I0.4 機械手左移（中間繼電器） Q0.4 轉(zhuǎn)換開關(guān)啟動停止按鈕 I0.5 機械手右移（中間繼電器） Q0.5 油泵啟/停按鈕 I0.6 油泵電機（中間繼電器） Q0.6 上升按鈕(手動) I0.7 油泵卸荷閥（中間繼電器） Q0.7 下降按鈕(手動) I1.0 液位低報警（指示燈） Q1.0 左移按鈕(手動) I1.1 濾油器堵報警（指示燈） Q1.1 右移按鈕(手動) I1.2 油溫高報警（指示燈） Q2.0 夾緊按鈕(手動) I1.3 系統(tǒng)失壓報警（指示燈） Q2.1 放松按鈕(手動) I1.4 油泵電機過載（指示燈） Q2.2 報警解除按鈕(手動) I1.5 報警蜂鳴器 Q2.3 上限位行程開關(guān) I2.0 下限位行程開關(guān) I2.1 左限位行程開關(guān) I2.2 右限位行程開關(guān) I2.3 液位低（液位傳感器） I2.4 系統(tǒng)失壓（壓力傳感器） I2.5 圖3.4 PLC輸入輸出編址表 注釋：由于編址表內(nèi)沒有原點指示燈的輸出，在做實驗時把Q0.6作為原 點指示燈，Q2.4為電機輸出，其他與編址表相同。 4 電氣原理圖設(shè)計 在實際工程運用中必須有系統(tǒng)接線圖，繪制電氣原理圖采用CAD繪圖方法。主要繪制主電路和控制電路。在每張圖紙中最多只能有八個點。在繪制時主電路和控制電路分開。在控制電路中輸入與輸出分開。由于接線圖和真實的接線圖必須一一對應(yīng)，所以在接線圖的繪制中必須考慮實際的情況：如空開的使用，電機的接地保護等。 4.1主電路設(shè)計 在附錄XX為主電路電機的接線圖。三相電源經(jīng)過接線端子進入主電路部分。其中經(jīng)過空開1，最后經(jīng)過空開接觸器熱繼電器為三相電機供電。其中另外一相到達附錄XX為電源供電，其中一個為直流24V供電，最后為PLC供電。 4.2輸入電路 在附錄十中有輸入電路，由PLC內(nèi)部42V電源供電。其輸入的各個端子上最多只能接兩根線，所以繪制接線端子應(yīng)該注意到這一點。在每張圖中最多只能有八個點。從輸入圖中可以看出頭轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入按鈕輸入，和傳感器輸入信號輸入。每個輸入必須和端子表對應(yīng)。且需注意PLC的輸入輸出端子必須和實際的PLC端子一一對應(yīng)。 4.3輸出電路 在附錄十中有輸出電路，從輸出圖可以看出輸出可以直接驅(qū)動燈和揚聲器。在輸出中可以看出輸出驅(qū)動中間繼電器。。有中間繼器去接通電磁閥，，這樣做有力于保護PLC。輸出需外接24V電源。由電源部分共給 4.4繪圖注意事項 繪制電氣原理圖時應(yīng)注意，從上到下，從左到右。繪制圖時主電路為粗實線，且為綠色，控制電路為細實線，為白色。 5 PLC程序設(shè)計 由于機械手動作復雜，且要求還能互相之間進行切換。所以在設(shè)計程序時采取模塊化思想。有主程序調(diào)用相應(yīng)的模塊。實現(xiàn)功能間的轉(zhuǎn)化，在設(shè)計程序的過程中要求能夠在模式切換后能夠在繼續(xù)進行上次的位置進行，所以在設(shè)計時我采用了存儲器VW0來記憶機械手的其位置。VW0為全局變量所以在模式切換后不會被清零。 在主程序流程圖中（如圖5.1），可以看出各種模式的切換是根據(jù)開關(guān)所處的位置來決定的。很據(jù)處位置所處的位置的不同調(diào)用不同的子程序。可以看出這種方法的思路簡單。而且易于實現(xiàn)，避免了邏輯的復雜性。在在相應(yīng)的模式里面加入限制條件這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)所需求的動作 在手動子程序里面（如圖5.2）在每一步的后面都給VW0賦不同的數(shù)值，在這里.給VW0 值并不影響自動的邏輯順序。這是因為在各個模式切換時我必須知道機械手所處的位置，為以后模式的切換提供有力的條件。 在回原點流程圖（圖5.3）從所有子程序可以看出，在VW0=1,或者VW0=0..時,機械手正處于原點位或者最下限位置。故機械手沒有夾緊物體，最短回原點路徑為，直接上升，碰到最上限開關(guān)后回原點。若VW0>1，可以看出是夾著物體像B點移動，或者正在向原點移動，所以跟單周期一樣，直接調(diào)用單周期子程序即可實現(xiàn)?？梢钥闯鲞\用各個位置的記憶，對模式的切換有很大的幫助。且回原點顯得最為簡單。 從單步流程圖（如圖5.4）中可以看出，每步的位置決定了下一步的走向。沒按一次轉(zhuǎn)換開關(guān)的啟動按鈕VW0自己增加一次，它的具體數(shù)決定下一步的走向。當回到原點否VW0自動清零。可以看出這樣為各個模式的切換的通用性打下基礎(chǔ)。 從單周期和自動流程圖中（圖5.5）中，可以看出他們在程序的控制中是一樣的，不一樣的是在主程序?qū)ζ錀l件進行了限制，故能實現(xiàn)不同功能。 5.1主程序流程圖 Y Y Y Y Y 電機單按鈕啟動 轉(zhuǎn)換開關(guān)單按鈕啟動 手動子程序 初始化 回原點子程 單步子程序 單周期子程 自動子程序 手動按鈕 回原點 單步 單周期 自動 N N N N 圖5.1 主程序流程圖 5.2 手動子程序 N N N N NY N N N Y Y Y Y Y Y 夾緊按鈕 上升按鈕 右移按鈕 下降按鈕 放松按鈕 上升按鈕 左移按鈕 結(jié)束回原點 開始 下降按鈕 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅。VW0=1 夾緊閥通 ，VW0=2 上升閥通，碰上限位開關(guān)滅。VW0=3 右閥通，碰碰限位開關(guān)滅。VW0=4 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅。VW0=5 上升閥通，碰上限位開關(guān)滅。VW0=7 左閥通，碰左限位開關(guān)滅VW0=0，回原點 夾緊滅，放松通，VW0=6 Y Y N 圖5.2 手動子程序流程圖 5.3回原點子程序流程圖 N 開始 VW<=1 VW>1 上電磁閥通，碰上限位開關(guān)后滅， 原點指示燈亮 調(diào)用單周期 結(jié)束 Y Y N 圖5.3 回原點子程序流程圖 5.4 單步流程圖 N N N N NY N N N N Y VW0==2 VW0==3 VW0==4 VW0==5 VW0==6 VW0==7 VW0==8 結(jié)束回原點 開始 VW0==1 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅 夾緊閥通 上升閥通，碰上限位開關(guān)滅 右閥通，碰碰限位開關(guān)滅 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅 按上升閥通，碰上限位開關(guān)滅 左閥通，碰左限位開關(guān)滅。 VW0=0回原點 夾緊滅，放松通 Y Y Y Y Y Y Y 圖5.4 單步流程圖 5.5 單周期流程圖 N N N N N N N Y Y Y VW0==2 VW0==3 VW0==4 VW0==5 VW0==6 VW0==7 VW0==8 結(jié)束回原點 開始 VW0==0 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅。VW0=2 夾緊閥通 ，VW0=3 上升閥通，碰上限位開關(guān)滅。VW0=4 右閥通，碰碰限位開關(guān)滅。VW0=5 下降閥通，碰下限位開關(guān)滅, VW0=6 左閥通，碰左限位開關(guān)滅。 VW0=0回原點 左閥通，碰左限位開關(guān)滅。 VW0=0回原點 夾緊滅，放松通，按上升閥通， 碰上限位開關(guān)滅VW0=7 Y Y Y Y Y N 圖5.5 單周期流程圖 5.5自動流程圖 自動流程圖與單周期（圖5.5）幾乎一樣。其功能不同主要在于主程序?qū)λ麄儣l件限制。 由他們的流程圖可看出，運用記憶單元來記錄各個位置可以看出，程序的繁瑣性。但根據(jù)調(diào)試的結(jié)果可以看出運用記憶單元調(diào)試結(jié)果是最好的。是能夠?qū)崿F(xiàn)各個模塊的轉(zhuǎn)換，而且還能實現(xiàn)各個模塊的功能。 5.6 程序調(diào)試 機械手控制邏輯比較復雜所以在程序調(diào)試時要將就技巧。應(yīng)該先調(diào)節(jié)各個子程序，把每個子程序調(diào)試成功后在進行總體調(diào)節(jié)。 在手動調(diào)節(jié)時是非常輕松的，很快就調(diào)試成功。單步、單周期、和自動的調(diào)試也是非常的輕松。 調(diào)試的難點在回原點和各個模式間的相互轉(zhuǎn)換。在程序設(shè)計時應(yīng)該首先考慮如何回原點和模式轉(zhuǎn)換的問題，因為這將影響到你設(shè)計成需的思路。我選擇了記憶各個位置的算法，雖然程序顯得比較繁瑣，但卻能實現(xiàn)各個功能，而且程序格式清晰。 具體程序請見程序附錄XXX 6 總結(jié) 該機械手已經(jīng)在生產(chǎn)實際中運用。用機械手搬運物體，顯得效率的提高。在本次程序的設(shè)計中還有許多地方顯得不足，如卸荷閥在程序中的具體應(yīng)用沒有體現(xiàn)出來。在電機和安全方面設(shè)計的還不夠。自己主要設(shè)計機械手動作的邏輯順序。 程序不夠完善。 在本次設(shè)計中，我學會了運用CAD繪制電氣接線圖。對電氣的操作規(guī)范有了深刻的認識。在程序設(shè)計中要總體設(shè)計程序思路。然后分塊設(shè)計。在程序設(shè)計中我加強理解PLC基本指令的使用方法。對基本指令的具體運用有了深刻的概念。 在程序的調(diào)試階段，體會到調(diào)試程序的重要性。在自己設(shè)計的程序一般來說都有許多邏輯錯誤如果不經(jīng)過調(diào)試一般很難發(fā)現(xiàn)，如：輸出的覆蓋，上一句話線圈接通，而下一條指令卻又把它關(guān)斷，在如該復位的再下一個模式里沒有復位?？傊?，會有許多問題。 經(jīng)過這兩周的實習，我對PLC的認識進一步加強。在設(shè)計接線圖時，理解了硬件部分。在硬件中輸入運用PLC的內(nèi)部24V電源。在輸出中運用外接24V電源驅(qū)動。這些問題如果不實際操作很難深刻認識。程序設(shè)計中，復習了各種指令的運用。加強；了自己的動手能力。我們應(yīng)該多參加這樣的訓練。