搬运机械手PLC控制系统课程设计

中北大学

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号： 学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 题 目： 搬运机械手PLC控制系统设计

指导教师： 赵俊生 职称: 副教授

原 霞 职称: 副教授

2013年 12月 30日

中北大学

课程设计任务书

2013/2014 学年第 一 学期

学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 机械电子工程 学 生 姓 名： 学 号：

课程设计题目： 搬运机械手PLC控制系统设计 起 迄 日 期：2013年12月30日～2014年1月10日

课程设计地点： 瑞学楼 指 导 教 师： 赵俊生 原霞

负 责 人： 赵俊生

下达任务书日期: 2013年 12月30日

课 程 设 计 任 务 书

1．设计目的： 培养学生可编程控制器应用能力，同时通过课程设计与实践加深对理论的理解和认识，学会查阅有关专业资料及设计手册。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 某机械手工作示意图如图所示，该机械手是将传送带A上的物品搬送到传送带B,为使动作准确，安装了限位开关1ST到5ST，分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降动作的限位，并给出动作到位信号，机械手的放松由时间控制；光电开关PS负责检测传送带A上的物品是否到位；启动按钮1SB、停止按钮2SB用以启动、停止机械手和传送带A。传送带A、B由电动机拖动，机械手的上下左右抓放动作由液压驱动，并分别由6个电磁阀来控制；传送带B为连续运转状态，不用PLC 控制。试设计PLC控制系统。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 1. 完成PLC电气控制原理设计（原理图）； 2. 完成现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表； 3. 完成PLC梯形图； 4. 完成PLC指令程序编写； 5. 完成设计说明书等其它资料。

课 程 设 计 任 务 书

4．主要参考文献： 1. 2. 3. 4. 5. 赵俊生.电机与电气控制及PLC（第二版）.北京：电子工业出版社，2012 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社，2002 袁任光.可编程控制器（PLC）应用技术与实例. 广州：华南理工大学出版社，2001 徐世许.可编程序控制器原理、应用、网络. 合肥：中国科学技术大学出版社，2001 王运霞 郝麦顿. 可编程控制器对双面组合钻床的控制. 组合机床与自动化加工技术 洛阳大学电子工程系，2003 5．设计成果形式及要求： 课程设计说明书（附程序及相关图表） 6．工作计划及进度： 2013年 12月30日~ 12月31日 2014年 1月1日 ~ 1月 3日 2014年 1月5日 ~ 1 月 7 日 2014年 1月8日 ~ 1 月9日 2014年1月10日 熟悉题目，查阅相关资料 PLC端口分配图和端口接线图 完成控制系统梯形图及程序设计 撰写课程设计说明书 答辩 负责人审查意见： 签字： 年 月 日

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目录

1 搬运机械手的发展及PLC的选择 ···················································································1 2 搬运机械手的总体设计·····································································································2 2.1 设计内容与要求··············································································································2 2.2 控制系统硬件设备配置··································································································3 2.2.1 电动机控制线路设计···································································································3 2.2.2 PLC控制系统设计 ····································································································3 2.3 控制系统软件设计··········································································································4 2.3.1 机械手功能流程图·······································································································4 2.3.2 梯形图···························································································································5 2.3.3 PLC指令编写程序 ····································································································9 3 设计小结···························································································································10

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1 搬运机械手的发展及PLC的选择

随着现代工业自动化的普及和发展，搬运机械手的应用也逐渐普及，机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，根据给定的规定动作顺序、轨迹来完成工件抓取和搬运的自动化装置。搬运机械手的应用可以大大提高生产过程中的自动化程度可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率、降低了劳动力和其他搬运方式的和不足以满足现代经济的发展要求。

该控制系一以可编程控制器为核心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。其动作过程包括：下降、夹紧、上升、前进、延时、下降、放松、上升、后退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、连续；来满足生产中的各种操作要求。

机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按自己预定的程序、轨迹来完成工件抓取和搬运的自动化装置。搬运机械手的应用可以大大提高生产过程中的自动化程度，改善劳动条件避免人身事故的发生同时还可以减少人力便于有节奏性的生产。基于PLC控制机械手，综合了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。

控制系统利用PLC可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。

PLC的高可靠性、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号、编程简单易学、安装简单，维修方便。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。所以选用PLC实现对机械手的控制为最佳选择。

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2 搬运机械手的总体设计

2.1设计内容与要求

械手工作示意图2.1图所示，该机械手是将传送带A上的物品搬送到传送带B,为使动作准确，安装了限位开关ST1到ST5，分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降动作的限位，放松时间为2秒；光电开关PS负责检测传送带A上的物品是否到位；启动按钮SB1、停止按钮SB2用以启动、停止机械手和传送带A。

图2.1搬运机械手工作示意图

对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图2.2所示：

图2.2机械手动作过程

根据搬运机械手的设计要求，我将从硬件和软件两方面对工作过程进行设计。

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2.2 控制系统硬件设备配置

2.2.1电动机控制线路设计

根据传送带A，B的运行要求设计其主电路图如2.3，图中各个符号的意义： L1、L2、L3、为三相交流电源；QS为隔离开关；QF为电气自动控制开关； KM为接触器不仅能接通切断电路，而且对电路起欠压和零压保护； FR为热继电路对电路起过载保护和断相保护的作用，以防止电动机过热而烧毁保护电路；电动机接地保护。

L1L2L3NPAPVKM1FR1M13~M23~QSQFTAKM2FR2

图2.3传送带主回路

2.2.2 PLC控制系统设计

（1） I/O接口分配

表1 I/O接口分配表

输入 启动按钮：SB1 停止按钮：SB2 上升限位：ST4 下降限位：ST5 左转限位：ST3 右转限位：ST2 夹紧限位：ST1 光电开关：PS

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输出 I0.0 I0.5 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.7 I0.6 上升YV1： 下降YV2: 左转YV3: 右转YV4: 夹紧YV5: 传送带A: Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 中北大学课程设计

（2）I/O外围接线图

根据以上要求可画出搬运机械手的I/O外围接线图2.4

图2.4 PLC外围接线图

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2.3控制系统软件设计

2.3.1机械手功能流程图

根据要求可画出搬运机械手的流程图3.1

图3.1功能流程图

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2.3.2 梯形图

下图为西门子S7-200PLC编程软件所绘梯形图

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图3.3梯形图

2.3.3 PLC指令程序编写

表2 指令程序编写

LD I0.0 O M0.0 A I0.5 = M0.0 LD I0.1 O M0.0 O M1.1 AN Q0.2 = M1.1 LD I0.4 O M0.0 O M1.4 AN Q0.3 = M1.4 LD I0.6 O M1.6 A M0.0 = M1.6 LD M0.0 AN M1.6 LD M11.1 AN M11.2 OLD = Q0.6 LDN I0.5 R M10.0, 9 R M20.0, 1 LD M10.0 LD M10.1 A I0.2 OLD LD M10.2 A I0.7 OLD LD M10.3 A I0.1 OLD LD M10.4 A I0.3 OLD LD M10.5 A I0.2 OLD LD M10.6 A T38 OLD LD M10.7 A I0.1 OLD LD M11.0 A I0.4 OLD LD M11.1 A I0.6 OLD SHRB M10.0, M10.1, +10 LD M10.1 O M10.5 = Q0.2 LD M10.2 = Q0.5 LD M10.3 O M10.7 = Q0.1 LD M10.4 = Q0.3 LD M10.6 R M20.0, 1 TON T38, 20 LD M11.0 AN M11.1 = Q0.4 说明：表2根据图3.3所绘梯形图进行编程

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3.设计小结

搬运机械手控制系统设计有自动循环功能。在工作系统中有启动、急停功能，按下急停后，机械手立刻停止工作。急停是方便故障检查，排除故障后可以接着停止前的运作运行。，连续循环的控制方式准确，可靠性高。手动操作便于维修，安全，操作简单。

通过本次对搬运机械手的控制系统设计，让我对基本的梯形图、指令表、外部接线图有了更好地了解，也让我了解了关于PLC设计原理和工作原理。虽然本次课程设计是要求自己完成的，但是我还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学相互讨论交流。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己处理问题更快，少走弯路。在设计过程中还需要查阅很多相关资料，为将来的毕业设计打下基础，做好准备。

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