1、电气控制与 PLC 课程设计报告题 目：机械手自动搬运线 PLC 控制系统 姓 名： 学 号： 专业班级： 机械电子工程 指导教师： 电气控制与 PLC 课程设计第 I 页摘 要本课程设计以机械手为设计对象，根据设计要求，详细分析了机械手的工作原理和控制需求，选择采用西门子 S7-300 系列 PLC 进行了控制系统设计。首先，根据机械手自动搬运系统的运行机制，针对机械手自动搬运的工作要求，对系统工作过程进行了描述，完成了机械手自动搬运加工控制系统的方案设计。其次，根据控制任务，进行了 PLC 控制电路设计，对 PLC 的 IO 地址进行了分配，并对 PLC 控制程序进行了功能划分，实现了工作
2、流程模块化设计。然后，根据机械手自动搬运加工工作原理，设计其系统的 PLC 控制流程图，并以STEP7 为 PLC 软件设计平台，完成机械手自动搬运系统的自动控制、点动控制、停止运行等功能的 PLC 梯形图的设计，实现了机械手搬运过程的自动控制。最后，通过采用 STEP7 平台中的 S7-PLCSIM 仿真功能，对自动控制、点动控制、停止运行等工作过程进行 PLC 梯形图的仿真验证，结果表明完成了主要功能设计，达到了机械手自动搬运的设计要求，实现了机械手自动搬运加工的功能。在设计过程中，小组共同讨论、确定总体方案，本人主要负责梯形图程序部分，进行了梯形图的设计及仿真调试，完成本课程设计。关键词
3、： 机械手 PLC 梯形图 仿真 机械手自动搬运线 PLC 控制系统第 II 页目 录摘 要 .I目 录 .II1、引言 .12、总体设计方案 .22.1、机械手自动搬运系统组成 .22.1.1 机械手自动搬运系统的工作原理 .22.2、机械手自动搬运示意图 .22.3、机械手自动搬运系统工作过程 .22.4、控制方案设计 .33、机械手自动搬运线 PLC 控制电路设计 .43.1、主电路图 .43.2、PLC 外部接线图 .54、机械手自动搬运线 PLC 梯形图软件设计 .54.1、PLC 系统工作流程图 .54.2、OB1 程序 .64.3、FC1 功能程序： .94.4、FC2 程序 .
4、105、机械手自动搬运线 PLC 控制系统仿真测试 .136、设计小结 .146.1、设计总结 .146.2、系统调试中的问题及解决的措施 .14参考文献 .14电气控制与 PLC 课程设计第 1 页1、引言随着机械化工业的快速发展，机械手的应用已经成为一种工业化趋势，同时，社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快,人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善,使机械手技术快速发展,其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点,已渗透到工业领域的各部门,在工业发展中占有重要地位。我国科学家对机
5、器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器。 ”机器人技术是建立在机械,微电子、控制、人工智能技术等基础上的一门机电一体化的高新技术。机器人诞生于二十世纪 50 年代,目前已经发展到第三代智能机器人。纵观机器人发展的历史和高新技术的发展趋势,机器人已经成为现代化工业发展中不可缺少的必备工具。因此各工业发达国家非常重视机器人技术,一个世界范围的机器人研制热潮正方兴未艾。机械手是机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它能模仿人的手和臂的某些动作功能,用以按照固定程
6、序抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。在现代化生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械手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的技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能够更好地实现以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子灵活,但它能不断重复工作和劳动,不知疲劳、不怕危险、抓取重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手也受到了许多部门的重视,并越来越广泛地得到应用。机械手技术涉及到力学、机械学、电气自动控制技术、传感器技术和许多计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。在本课程设计中，机械手要完成自动搬运加工的过程，通过 PLC 的设计控制系统，
7、使机械手能够自动完成一系列动作，能够在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更便捷、快速。在“机械手自动搬运线 PLC 控制系统”课程设计过程中，经过小组共同讨论、确定总体方案，本人主要负责梯形图程序部分，进行了梯形图的设计及仿真调试。机械手自动搬运线 PLC 控制系统第 2 页2、总体设计方案2.1、机械手自动搬运系统组成2.1.1 机械手自动搬运系统的工作原理机械手主要由手部、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） 、
8、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，自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。2.2、机械手自动搬运示意图图 1.1 机械手自动搬运加工示意图2.3、机械手自动搬运系统工作过程(1)启动控制：按下启动按钮后,系统自动运行。机械手先启动、上升到位(SQ4 检测),并停止,等待工件到位。(2)自动搬运加工过程控制：启动传送带 A 运
9、行和传送带 B 传送带 A 拖动产品移至指定位置,由 SQ0 检测到位并计数，停止传送带 A。机械手左转到位(SQ1 检测)、下降电气控制与 PLC 课程设计第 3 页到位（SQ5 检测),夹取工件(由开关 JQ 执行)上升并右转到工作台处(右转到位 SQ2 检测),下降、松开 JQ 开关放下工件,上升等待 20 秒再下降到位、夹取工件上升并右转到传送带 B(右转到位 SQ3 检测)下降松开 JQ 并放下工件,传送带 B 移走工件,机械手上升、左转返回至传送带 A 处,继续搬运加工,如此循环进行。传送带 A、B 运行期间运行指示绿灯 PG0、PG1 闪动,停止运行灯灭。(3)点动控制：设置机械
10、手上升、下降、左转、右转点动控制按钮。(4)停止控制：按下停止按钮,传送带 A 和传送带 B 同时停止,机械手上升到位并返回传送带 A 处停止。2.4、控制方案设计针对机械手自动运转搬运的设计任务，本次设计我们采用的 CPU 是 CPU313C ,加了一个 DI16/DO16x24V/0.5A 模块，将任务划分为自动控制、点动控制、停止运行三个部分，用了两个功能 FC1、FC2 ，设计机械手自动搬运、加工的功能，经过仿真软件的调试，完成机械手能够点动控制和自动搬运加工控制的功能。具体的参数与地址分配表如下：表 2.1 机械手自动搬运系统地址分配表编程元件 符号 地址 注释Start I0.0
11、启动按钮stop I0.1 停止按钮Inching I0.2 点动按钮SQ0 I0.3 检测产品到位并计数SQ1 I0.4 检测左转到位（到达 A）SQ2 I0.5 检测右转到位（到达工作台）SQ3 I0.6 检测右转到位（到达 B）SQ4 I0.7 检测上升到位SQ5 I1.0 检测下降到位SB1 I1.2 上升SB2 I1.3 下降SB3 I1.4 左转SB4 I1.5 右转Start-C I1.6 启动传送带 AB数字量输入1624VDCFR I1.7 热继电器（过载保护）PG0 Q0.0 传送带 A 指示灯PG1 Q0.1 传送带 B 指示灯PG2 Q0.2 报警指示灯数字量输出162
12、4VDCJQ Q0.3 开关 JQ 执行机械手自动搬运线 PLC 控制系统第 4 页M11 Q1.0 机械手转动电机（右）M12 Q1.1 机械手转动电机（左）M21 Q1.2 上下运行电机（上）M22 Q1.3 上下运行电机（下）MA Q1.4 传送带 A 电机数字量输出1624VDCMB Q1.5 传送带 B 电机FC1 FC1 手动控制FC2 FC2 自动控制3、机械手自动搬运线 PLC 控制电路设计为了满足机械手正常运转的功能要求，我们设计下面的主电路图和外部接线图。3.1、主电路图图 3.1 主电路电气控制与 PLC 课程设计第 5 页3.2、PLC 外部接线图图 3.2 PLC 外部接线图4、机械手自动搬运线 PLC 梯形图软件设计根据机械手自动搬运加工的工作过程，以下为我们设计的 PLC 系统工作流程图和PLC 程序。4.1、PLC 系统工作流程图机械手自动搬运线 PLC 控制系统第 6 页图 4.1 流程图4.2、OB1 程序初始启动控制程序；
