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目
录
1 引言.................................................................5 2 设计目的及主要内容...................................................6 2.1设计目的 .......................................................4 2.2.主要内容.......................................................4 3 气动机械手的操作要求及功能...........................................4
3.1.操作要求.......................................................4 3.2操作功能 .......................................................5 4 PLC及机械手的选择和论证 .............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC简介 ...................................................6 4.1.2 PLC的结构及基本配置 .......................................6 4.1.3 PLC的选择及论证..........................................7 4.2机械手 .........................................................7 4.2.1机械手简介 .................................................7 4.2.2机械手的选择 ...............................................8 5 硬件电路设计及描述...................................................8 5.1操作方式 .......................................................8 5.2 PLC的I/O分配接线 .............................................9 6 软件电路设计及描述..................................................10 6.1机械手的操作系统程序 ..........................................10 6.2回原位程序 ....................................................10 6.3手动单步操作程序 ..............................................11 6.4自动操作程序 ..................................................12 6.5机械臂传送系统梯形图 ..........................................12 6.6指令语句表 ....................................................13 7 心得体会...........................................................15 参考文献.............................................................16
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1引 言
在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且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，甚至于危及生命。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。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好 。
采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不
一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
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2 设计目的及主要内容
2.1设计目的
1、培养plc设计能力；
2、扩展知识结构；
3、培养综合运用能力；
4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。
2.2主要内容
1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模拟调试
3 气动机械手的操作要求及功能
3.1操作要求
气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为：
1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；
2、上升、下降的电磁阀线圈分别为Q0.0、Q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为Q0.3、Q0.4；
3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀Q0.1来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；
4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延1S实现；
5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关I1.0、I0.5、I1.
1、I0.6来实现；
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3.2操作功能
机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；
2、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；
3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；
4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；
5、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；
6、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。
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4 PLC及机械手的选择和论证
4.1 PLC 4.1.1 PLC简介
可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它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。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
4.1.2 PLC的结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开
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放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。 I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。 电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。
PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手
4.2.1机械手简介
mechanical hand 也被称为自动手，auto hand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。
机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
1．执行机构
机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。
2．传动系统
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执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
3.控制系统
机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。
4.2.2机械手选择
由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。
5 硬件电路设计及描述
5.1 操作方式
设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。
手动操作方式------手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。
自动操作方式------单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。 ------单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。
-------连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。
5.2 PLC的I/O分配接线
I/O分配及接线图I
6 软件电路设计及描述
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6.1 主程序设计
主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子程序，都在主程序中体现。SM0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件执行的；在手动控制方式中，I2.0为ON时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回原点控制方式中，I2.1为ON时，其常开触点闭合，执行“回原点”子程序；在单步、单周期和连续控制方式中，I2.2、I2.
3、I2.4并联，其中任何一个为ON时，执行“自动”子程序。主程序梯形图为：
图2-1 主程序梯形图
6.2 公用程序设计
公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点串联接通时，“原点条件”M0.5变为ON，机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。若M0.5为OFF状态，M0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。
当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序中，除初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0~M2.7）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，I2.1的常闭触点闭合，代表回原点中的各步
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M1.0~M1.5复位。在非连续方式，I2.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志M0.7复位。公用程序梯形图为：
图2-2 公用程序梯形图
6.3 手动程序设计
在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，防止功能相反的两个输出同时为ON；限位开关I1.2的常开触点闭合使得输出Q0.1置位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关I0.7常开触点闭合时，输出Q0.1复位失电，表示工件已松开；I0.1~I0.4的常闭触点，限制机械手移动的范围；上限位开关I0.2的常开触点与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞；只允许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。
手动程序梯形图为：
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图2-3 手动程序梯形图
6．4 自动程序设计
自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作方式主要用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分，M0.0表示初始步，M2.0~M2.7分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状态时，I2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动按钮I2.6，M0.6才能得电一个扫描周期，程序执行一步，以此来实现单步执行，此时转换不允许。当系统处于连续工作状态时，M0.6始终得电，按下启动按钮I2.6后同时未按停止按钮I2.7之前，“连续”标志M0.7始终得电，系统首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7始终得电，其常闭触点断开，使得程序执行完一个周期后不在进入初始步M0.0，而是直接进入M2.0，开始了下一个周期的执行，以此来实现连续执行。当系统处于单周期工作状态时，M0.7不得电，M0.6得电，按下启动按钮I2.6后系统也是首先通过M0.0、M0.
5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7不得电，其常闭触点闭合，当程序执行完一个周期后，返回初始步M0.0，此时程序再要执行必须重新按下启动按钮I2.6，以此来实现单周期执行。自动程序梯形图见附录1。
6.5 自动回原点程序设计
自动回原点程序用起保停电路设计。在此工作方式下，I2.1为ON，按下启动按钮I2.6后，机械手可能处于三种情况下，应分别处理。
Q0.1为0状态，即机械手处于松开状态，应直接返回原点应进入上升步M1.4或左行
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步M1.5；若Q0.1为1状态同时机械手在最右边此时说明应执行下降步M1.2,；若Q0.1为1状态同时机械手不在最右边，应将工件先送到B点，再返回原点，进入步M1.0。
返回原点后，原点条件满足，公用程序中的原点条件标志M0.5为ON，此时I2.1为ON，M0.0在公用程序中置位，为进入自动工作方式作好准备。因此可以认为自动程序中的初始步M0.0是步M1.5的后续步。自动回原点程序见附录2。
7 心得体会
可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。
因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。
参考文献
《可编程控制器原理与应用》 主编：周惠文 电子工业出版社 北京，2007.8 《可编程控制器原理与应用》 主编：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作实训（三菱）》 主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9 《PLC应用技术》 主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4
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附录1 自动程序梯形图：
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附录2 自动回原点程序梯形图：
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