1、中北大學信息商務學院課 程 設 計 說 明 書學生姓名： 學 號： 系： 機械自動化系 專 業： 機械設計制造及其自動化 題 目： 數控技術課程設計 機械手自動操作控制的PLC程序設計指導教師： 職稱: 職稱: 2016年12月5日 中北大學信息商務學院課程設計任務書 2016/2017 學年第 1 學期所 在 系： 機械工程系 專 業： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 學 號： 課程設計題目： 數控技術課程設計 機械手自動操作控制的PLC程序設計起 迄 日 期： 2016年12月5日2016年12月9日 課程設計地點： 中北大學信息商務學院 指 導 教 師： 系 主 任： 暴建崗

2、下達任務書日期: 2016 年12月 5日課 程 設 計 任 務 書1設計目的：通過對機械手自動操作控制的PLC程序設計，使學生在熟練機械手的動作順序與原理的基礎上，學會應用PLC。2設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計要求等）：機械手將工件從A工作臺搬到B工作臺。機械手的工作過程由8個動作完成一個循環，如圖所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分別用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夾具的夾緊和放松由電磁閥YV2控制。當工件搬到B工作臺返回時，用光電開關SQ7發出無工件信號。（1）采用內部移位寄存器M100 M117逐位輸出方式實現順序控制，移位條件是對各限位開關（SQ1SQ

3、6）的狀態檢測來決定。（2）夾緊或放松動作，分別用定時器T450、T451延時控制。（3）采用具有保持功能的輔助繼電器M202驅動夾緊閥。通過本課程設計,完成輸入輸出信號分析與PLC I/O分配圖PLC選型主要元器件型號的選擇主接線圖設計完成梯形圖設計并完成相應指令。3設計工作任務及工作量的要求包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：要求獨立完成機械手自動操作控制的PLC程序設計，包括程序的編制和調試，并根據規定格式完成課程設計說明書的撰寫。4主要參考文獻：  按國標GB 771487文后參考文獻著錄規則書寫： 1 廖常初，系列編程的

4、應用北京：機械工業出版社，2005.4 2 范永勝，王岷電氣控制與應用北京：中國電力出版社，2007 3 齊從謙，王士蘭技術及應用北京：機械工業出版社，2000.8 4 王曉軍，楊慶煊，許強可編程控制器原理及應用北京：化學工業出版社，2007.75設計成果形式及要求：提供設計說明書一份，要求內容與設計過程相符，且格式要符合規定要求。6工作計劃及進度：2016年12月5日 資料查閱階段2016年12月6日 12月8日 分析、設計、繪圖2016年12月9日 答辯 系主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄1機械手的工作原理1.1 機械手的概

5、述11.2 機械手的工作方式22機械手控制程序設計2.1 輸入和輸出點分配表及原理接線圖32.2 控制程序43梯形圖及指令表3.1 梯形圖 93.2 指令表11總結 13參考文獻 14附錄 151機械手的工作原理1.1 機械手的概述能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、

6、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關鍵參數。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和

7、傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如：1、機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。2、在裝配作業中應用廣泛，在電子行業中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件。3、可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環境工作，以代替人的勞動。4、可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、

8、危險品及有害物的搬運等。5、宇宙及海洋的開發，軍事工程及生物醫學方面的研究和試驗。 1.2 機械手的工作方式機械手電氣控制系統，除了有多工步特點之外，還要求有連續控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時，系統自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統自動完成各工步操作，且循環動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都需要按下該工步按鈕才能實現。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。1、 機械手傳送工件系統示意圖，如圖1所示。圖1 機械手傳送示意及操作面板圖2、機械手順序動作的要求是：1) 按下起動按鈕SB1時，機械手系統工作。首先上升電磁閥通

9、電，手臂上升，至上升限位開關動作。2) 左轉電磁閥通電，手臂左轉，至左轉限位開關動作。3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關動作。4) 啟動傳送帶A運行，由光電開關SP檢測傳送帶A上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關動作。5) 手臂再次上升，至上升限位開關再次動作。6) 右轉電磁閥通電，手臂右轉，至右轉限位開關動作。7) 手臂再次下降，至下降限位開關再次動作。8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經延時2秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環以上過程。9) 按下停止按鈕SB2或斷電時，機械手停止在現行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續工作。

10、2機械手控制程序設計 2.1 輸入和輸出點分配表及原理接線圖2.1.1 PLC I/O分配表1 機械手傳送系統輸入和輸出點分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0夾緊SB5X10電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ6X4單步左移SB9X14電磁閥左行YV5Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點指示ELY5手動操作SB3X6回原點SB11X16連續操作SB4X7工件檢測SQ7X17 圖2、 原理接線圖選擇

11、PLC 該機械手為開關量控制，且所需的I/O點數不多，因此選擇一般的小型低檔PLC即可。由于所需的I/O點數分別為17和8點，考慮到機械手操作的工藝固定，選用的PLC來實現機械手控制系統。2.2 控制程序操作系統 操作系統包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16接通，系統自動回原點，Y5驅動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉（CJ為一跳轉指令，如果CJ驅動，則跳到指針P所指P0處），執行手動程序。之后，由于X7常閉觸點閉合，當執行CJ指令時，跳轉到P1所指的結束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合

12、、X7常閉打開）則程序執行時跳過手動程序，直接執行自動程序。回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10S12作回零操作元件。應注意，當用S10S19作回零操作時，在最后狀態中在自我復位前應使特殊繼電器M8043置1。手動單步操作程序如圖5所示。手動操作時用X10X15對應的六個按鈕控制夾緊，松開，機械手的升，降，右行，左行，為了保證系統的安全運行在手動程序中設置了必要的聯鎖，以防止功能相反的兩個輸出繼電器同時為ON。上下左右極限開關X2,X1,X4,X3的常閉觸點與控制機械手的Y0,Y2,Y3,Y4線圈串聯以防止機械手行程超限出現事故。用上限位開關X2,為ON，作為手動左行右行的條件，禁止機械手

13、在較低的位置水平移動，避免于地面上的東西碰撞。 圖5 手動單步操作程序自動操作程序 自動操作狀態轉移見圖6所。當機械手處于原位時，按啟動X0接通，狀 態轉移到S20，驅動下降Y0，當到達下限位使行程開關X1接通，狀態轉移到S21，而S20自動復位。S21驅動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當T0接通，狀態轉移到S22，驅動Y2上升，當上升到達最高位，X2接通，狀態轉移到S23。S23驅動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態轉移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態轉移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態轉

14、移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態，再開始第二次循環動作。在編寫狀態轉移圖時注意各狀態元件只能使用一次，但它驅動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現在連續位置上。因此步進順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。機械手傳送系統梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統運行的。回原位程序和自動操作程序。是用步進順控方式編程。在各步進順控末行，都以RET結束本步進順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態S1。而自動

15、操作程序能自動返回初態S2。3、梯形圖及指令表3.1 梯形圖 圖7 機械手傳送系統梯形圖3.2指令表總結   機械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機床使用的小型系統還是流水線上的這類設備，其基本動作要求類似，所以控制的實現也可以相互借鑒。   對于控制程序的編寫，這里給出的只是一種實現手段，使用可編程控制器還有其他的方法可以實現這樣的控制，針對所用的具體系統的情況，設計人員可以選用不同的方法來編寫程序。 機械手高效的工作效率，準確的定位精度，以及簡單的結構及控制方式是人手不能替代的，機械手的使用也將越來越廣泛。參考文獻     按國標GB 771487文后參考文獻著錄規則書寫： 1 廖常初，系列編程的應用北京：機械工業出版社，20