plc課程設(shè)計(jì)--氣動(dòng)機(jī)械手操作plc控制

1、<p><b>　　PLC課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目：氣動(dòng)機(jī)械手操作PLC控制</p><p>　　院 系：工學(xué)院電氣與電子工程系 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 　 </p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手操作PLC控制</p><p>

2、<b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題主要目的是通過(guò)S7-300PLC的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的物料搬運(yùn)，其中包括手動(dòng)工作方式，回原位工作方式，單步工作方式，單周期工作方式，連續(xù)工作方式，以及一些關(guān)于安全保護(hù)類(lèi)要求。具體來(lái)說(shuō)包括實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)作控制，像上升、下降、左行、右行、夾緊以及放松的控制，另外該過(guò)程中還包括分析系統(tǒng)硬件要求，選擇合適工作方式，合理分配I/O地址和完成PL

3、C外部接線圖，最后完成氣動(dòng)機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)梯形圖、指令表的程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試，并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)?</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 S7-300PLC 可編程技術(shù) </p><p>　　PNEUMATIC </p><p>　　MANIPULATOR, PLC CONTROL</p><p><b>　　ABSTRACT&l

4、t;/b></p><p>　　The main purpose of this project is through the S7-300PLC design, implementation of material handling manipulator, including manual work, back to work, single work, single cycle work, conti

5、nuous work, and some of the safety protection requirements. To achieve a variety of actions of the manipulator control, as the control of up and down and left and right, clamping and relax, in addition to the process als

6、o includes the analysis of system requirements, select the appropriate way of working, a re</p><p>　　Keywords：Manipulator S7-300PLC Programmable technology</p><p><b>　　第一章 緒 論</b>

7、</p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　近20年來(lái)，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動(dòng)機(jī)械手、柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)提出了更多更高的要求[1]；微電子技術(shù)的引進(jìn)，促進(jìn)了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，

8、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，負(fù)氣動(dòng)技術(shù)從開(kāi)關(guān)控制進(jìn)進(jìn)閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷進(jìn)步；由于氣動(dòng)脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)和本錢(qián)低廉等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外都在大力開(kāi)發(fā)研究。</p><p>　　1.2研究目的與意義</p><p>　　由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作[2]。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)

9、作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等[3]。現(xiàn)代汽車(chē)制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動(dòng)機(jī)械手。車(chē)身在每個(gè)工序的移動(dòng)；車(chē)身外殼被真空吸盤(pán)吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)

10、械手。高頻率的點(diǎn)焊力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過(guò)程的高度自動(dòng)化，堪稱(chēng)是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用[4]。 </p><p><b>　　1.3研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　精度是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指假如動(dòng)作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，假如一個(gè)機(jī)器人定位不夠精確

11、，通常會(huì)顯示一個(gè)固定的誤差，這個(gè)誤差是可以猜測(cè)的，因此可以通過(guò)編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個(gè)隨機(jī)誤差的范圍，它通過(guò)一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來(lái)測(cè)定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動(dòng)伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)的成套化[5]。氣動(dòng)機(jī)械手的重復(fù)精度將越來(lái)越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核產(chǎn)業(yè)和軍事產(chǎn)業(yè)等。</p><p><b>　　1.4主要研究?jī)?nèi)容</b></p&

12、gt;<p>　　本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用西門(mén)子系列S7-300PLC，對(duì)機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、夾緊以及放松進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作[6]。</p><p>　　第二章 氣動(dòng)機(jī)械臂的功能需求及總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1功能需求</b></p><p

13、>　　氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖1所示，氣動(dòng)機(jī)械手的功能是將工件從A處移送到B處。</p><p><b>　　2.2控制要求為</b></p><p>　　1.氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來(lái)的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　2、上升、下降的電磁閥線圈分別為

14、YV2、YV1；右行、左行的電磁閥線圈為YV3、YV4；</p><p>　　3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥YV5來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開(kāi)工件；</p><p>　　4、機(jī)械手的夾鉗的松開(kāi)、夾緊通過(guò)延時(shí)1.7S實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來(lái)實(shí)現(xiàn)；</p>

15、<p>　　2.3機(jī)械手的的操作功能</p><p>　　機(jī)械手的操作面板如圖2所示。機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。</p><p>　　1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；</p><p>　　2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；</p><p>　　3、單步

16、工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；</p><p>　　4、單周期工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期；</p><p>　　5、連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；</p><p>　　6、傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件；

17、</p><p>　　7、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車(chē)按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作。</p><p>　　2.3氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、連續(xù)、單步和回原點(diǎn)五種工作方式（如圖2）。</p><p>　　1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用SB3—SB8對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的下降、上升、右行、左行、夾緊、放松；

18、</p><p>　　2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則機(jī)械手自動(dòng)返回原位；</p><p>　　3、單步工作方式時(shí)，從初始步開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在該步，再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試；</p><p>　　4、單周期的工作方式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1后，從初始步開(kāi)始，機(jī)械

19、手按順序功能圖的規(guī)定完成一個(gè)周期的工作后，返回并停留在初始步；</p><p>　　5、連續(xù)工作方式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手按順序功能圖的規(guī)定連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕SB2。</p><p>　　第三章 氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1氣動(dòng)機(jī)械手的I/O地址分配表</p><p>　　表3.1 氣動(dòng)機(jī)械

20、手I/O地址分配表</p><p>　　3.2氣動(dòng)機(jī)械手的主系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)架構(gòu)圖</p><p>　　系統(tǒng)分為手動(dòng)、回原位、單步、連續(xù)、周期五個(gè)子系統(tǒng)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序總體架構(gòu)如圖3.1所示</p><p>　　模式選擇程序設(shè)計(jì)梯形圖如下</p><p><b>　　3.2.

21、1手動(dòng)模式</b></p><p>　　手動(dòng)模式中只需要利用SB1-SB9按鈕控制上升、下降、左行、右行對(duì)應(yīng)的YV1-YV4線圈，并用SQ1-SQ4限位開(kāi)關(guān)構(gòu)成系統(tǒng)即可。以下為手動(dòng)模式子系統(tǒng)PLC梯形圖：</p><p>　　3.2.2回原位模式</p><p>　　回原位模式之中需要利用SQ1-SQ2限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)判斷此時(shí)機(jī)械臂在工作的位置，然后驅(qū)動(dòng)反

22、向線圈完成回原位動(dòng)作。以下為回原位模式子系統(tǒng)PLC梯形圖：</p><p><b>　　3.2.3單步模式</b></p><p>　　單步模式之中將系統(tǒng)一次動(dòng)作周期分為八步，將SB1的按鍵次數(shù)利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值與整數(shù)比較指令進(jìn)行比較，分別得出按鍵次數(shù)，執(zhí)行步驟，利用步數(shù)指令驅(qū)動(dòng)YV1-YV4線圈動(dòng)作，完成點(diǎn)動(dòng)步驟，當(dāng)完成最后一個(gè)動(dòng)作時(shí)將計(jì)數(shù)器復(fù)位。以下為點(diǎn)

23、動(dòng)模式子系統(tǒng)PLC梯形圖：</p><p>　　3.2.4單周期模式</p><p>　　單周期模式利用SQ1-SQ4限位開(kāi)關(guān)信號(hào)完成一周期的動(dòng)作。以下為單周期模式子系統(tǒng)PLC梯形圖</p><p><b>　　3.2.5連續(xù)模式</b></p><p>　　將單周期模式植入連續(xù)模式，將最后一個(gè)動(dòng)作完成的信號(hào)并入單模式的

24、開(kāi)始信號(hào)。以下為連續(xù)模式子系統(tǒng)PLC梯形圖</p><p>　　氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)調(diào)試</p><p><b>　　4.1模式選擇調(diào)試</b></p><p><b>　　4.2手動(dòng)模式調(diào)試</b></p><p>　　4.3回原位模式調(diào)試</p><p><b&

25、gt;　　4.4單步模式調(diào)試</b></p><p>　　4.5單周期模式調(diào)試</p><p><b>　　4.6連續(xù)模式調(diào)試</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，采用PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，完成了控制電路設(shè)計(jì)，在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)

26、程中根據(jù)控制系統(tǒng)的控制電路完成了PLC梯形圖控制程序，在課程設(shè)計(jì)中還繪制了系統(tǒng)工作流程圖，在本次設(shè)計(jì)中，我們還需要大量的以前沒(méi)有學(xué)到到過(guò)的知識(shí)，還有很多其他意外的收獲。使我受益匪淺。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，總是遇到到這樣或那樣的問(wèn)題，有時(shí)發(fā)現(xiàn)我的耐心便在其中建立起來(lái)了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。鑒于現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)有限以及課程設(shè)計(jì)中的時(shí)間緊迫，在本文的設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在思路不完善之處，在整個(gè)系統(tǒng)

27、的設(shè)計(jì)上，做的還不夠細(xì)致，在這次課程設(shè)計(jì)中我也體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性。指導(dǎo)老師在第一天就把我們分成了六個(gè)小組，在小組中我學(xué)到了很多東西，對(duì)我感觸最深的是大家從不同的角度去思考問(wèn)題。有的很具體，有的很重點(diǎn)，不管怎樣，這對(duì)我都有很深得影響，我想以后我做事也會(huì)多角度的思考。</p><p>　　最后該感謝幫助我的同學(xué)和老師。首先該感謝老師給我精心的講解和給我精心的講解和輔導(dǎo)、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)我遇到的疑難問(wèn)題的指導(dǎo)幫助。感

28、謝實(shí)驗(yàn)室老師幫助我排除設(shè)備故障。感謝同學(xué)們對(duì)我實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的交流和幫助。還得感謝學(xué)校給我們這樣的一個(gè)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的好機(jī)會(huì)！</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的編寫(xiě)過(guò)程中，我得到了許多人幫助。</p><p>　　首先感謝我的老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的指導(dǎo)，提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次報(bào)告的主

29、要原因，更重要的是老師幫我解決許多技術(shù)上的難題，讓我能把系統(tǒng)做到更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　其次，我要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)，他們?yōu)槲医鉀Q了不少設(shè)計(jì)的難題。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助我的良師益友和同學(xué)。 </p><p&

30、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 田效伍. 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.</p><p>　　[2] 韋瑞錄，麥艷紅. 可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2015.</p><p>　　[3] 郁漢琪. 電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 南京：東