1、課程設計電氣控制系統與PLC課程設計題目：簡易物料搬運機械手的PLC控制系統設計 系 別： 機械工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機自081班 時 間：2011年12月1日指導教師： 馮治國 1.設計的目的 1通過課程設計培養學生綜合運用所學的基礎理論、基礎知識及基本技能進行分析和解決實際問題的能力。 2使學生受到PLC系統開發的綜合訓練，達到能夠進行PLC系統設計和實施的目的。 3使學生掌握簡易機械手的電器工作原理。2設計內容 1 目錄2 原理介紹和分析部分3 根據要求選擇系統方案4 PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配5 程序框圖和程序設計6 心得體會。3設計任務和

2、要求1. 提交報告一份（主要組成：功能闡述、流程圖、I/O分配、電氣原理圖、梯形圖）2. 字數30003. 報告相似程度80%，按不及格處理4. 交作業時間：12.34器材簡易物料搬運機械手5參考資料1宮淑貞 徐世許 主編 可編程控制器原理及應用 北京人民郵電出版社 2009.4一、 機械手的控制及說明一、課題內容1.如圖所示為一簡易物料搬運機械手的工藝流程圖。該機械手是一個水平/垂直位移的機械設備，其操作是將工件從左工作臺搬運到右工作臺，由光耦合器VLC來檢測工作臺上有沒有工件。機械手通常位于原點，它的動作全部由氣缸驅動，而氣缸則由相應的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈二

3、位電磁閥控制，放松/夾緊由一個單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制。機械手工作循環過程示意圖如圖2所示。從圖中可見，機械手工作循環過程主要有8個動作，即為：圖1 機械手結構示意圖二 機械手的控制系統要求分析機械手動作示意圖如圖1所示。其全部動作由汽缸驅動，而汽缸又由相應的電磁閥和繼電器控制。其中，上升下降和左移右移分別由雙線圈兩位繼電器控制。下降繼電器線圈通電時，機械手下降；下降繼電器線圈斷電時，機械手下降停止。只有上升繼電器線圈通電時，機械手才上升；上升繼電器線圈斷電時，機械手上升停止。同樣，左移右移分別由左移繼電器和右移繼電器控制。機械手的放松夾緊由一個單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制。該線

4、圈通電，機械手夾緊；該線圈斷電，機械手放松。機械手的動作過程如圖2所示。從原點開始按下啟動按鈕時，下降繼電器線圈通電，機械手開始下降。下降到底時，碰到下限位開關，下降繼電器線圈斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后，上升繼電器線圈開始通電，機械手上升；上升到頂時，碰到上限位開關，上升繼電器線圈斷電，上升停止；同時接通右移繼電器，機械手右移，右移到位時，碰到右移極限位開關，右移繼電器線圈斷電，右移停止。此時，右工作臺上無工作，則光電開關接通，下降繼電器線圈接通，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關下降繼電器線圈斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松，放松后，上升繼電器線圈

5、通電，機械手上升，上升到極限時碰到極限位開關，上升繼電器斷電，上升停止；同時接通左移繼電器，機械手左移；左移到原點時，碰到左極限開關，左移繼電器線圈斷電，左移停止。至此，機械手經過八步動作完成一個循環。三 PLC的共有選型及I/O口接線圖根據控制要求共有20個輸入和5個輸出，共有25個點數，按照設計要求和需要我們選用了三菱FX系列中的FX2-48 MR作為設計主體，其輸入與輸出接線圖及控制面板如圖所示：X15回原點啟動 X5 X4 X6 X7X21X22X8X23電源急停上升右移左移下降夾緊松開啟動停止回原點X11單步運行 X12單周期X13自動 X14手動X10操作面板示意圖L1L2L3QF

6、QFQF上升/下降KM1KM2左/右移KM3KM4夾緊/放松KM5M1 M2YA4外圍接24VPLC機械手主電路圖主電路 FRFV I/O口分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編碼名稱代號輸出點編碼上限位SQ1X0上升YV1Y0下限位SQ2X1下降YV2Y1左限位SQ3X2右移YV3Y2右限位SQ4X3左移YV4Y3下降點SB1X4夾緊YV5Y4上升點SB2X5左移點SB3X6右移點SB4X7啟動SB5X8手動操作SA1-1X10回原點SA1-2X11單步SA1-3X12單周期SA1-4X13自動SA1-5X14回原點啟動SB6X15全自動SB7X16停止SB10X17夾緊SB8X21放松SB

7、9X22工作檢測ST5X20KM1KV1KV2KV3KV4KV5KM2KM3KM4KM5220V/380V外圍電路（1）KV4外圍電路（2） - PLC四 初始化程序設計在主電路中KM1、KM2、KM3、KM4為繼電器，YA4是電磁閥。 當PLC中輸出Y0時，KV1 導通同時接觸器KM1導通繼電器動作，機械手上升；當KM2通電時繼電器動作，機械手下降；當KM3導通時繼電器動作，機械手右移；當KM4導通時繼電器動作，機械手左移；當KM5通電時電磁閥動作，使機械手夾緊或放松，而圖中的FV為短路保護，FR為過載保護。M8044特殊輔助繼電器作為原點位置條件用，當原點位置條件滿足時M8044接通。1為

8、了使I ST指令在每個掃描周期內均執行，用PLC“RUN”時ON和M 8000驅動。2 使用IST指令時五種工作方式加三種必要的按鈕，共八種控制信號：A手動方式 B回原點方式 C單步方式 D單周期方式 E自動連續方式 F回原點方式 G啟動按鈕 H停止按鈕3 使用IST指令后，PLC自動把狀態元件S中S0S2分配給了3大類模式的初始化狀態用，且規定S0用于手動，S1用于回原點，S2用于自動/單步/單周期。S10S19用于回原點程序模塊中的狀態。因此，指令格式中的S20是用戶可以分配給自動/單周期/單步的最小狀態號。下圖為置初始狀態IST指令自動動作的特殊輔助繼電器M8040M8047的動作內容。

9、M8040是禁止轉移用輔助繼電器，當M8040=ON時就禁止所有狀態轉移，手動狀態下M8040總是接通的。在原點、單周期運動時按動停止按鈕后一直到再按啟動按鈕的時間內，M8040一直保持ON狀態。單步執行時M8040常通，但是再按動啟動按鈕時，M8040=OFF，使狀態可以順序轉移一步。轉移開始特殊輔助繼電器M8041是初始狀態S2向另一狀態轉移的轉移條件輔助繼電器。手動加原點M8041不動作，單步、單周期時，僅在按動啟動按鈕時動作，自動時按啟動按鈕后保持為M8041=ON，按停止按鈕后M8041=OFF。啟動脈沖輔助繼電器M8042是在啟動按鈕按下時瞬間接通。特殊輔助繼電器M8044是原點條

10、件，M8043是回原點結束，這兩個元件應由用戶程序控制。1 手動方式程序手動方式梯形圖程序如圖所示，S0手動方式的初始狀態，手動方式的夾緊、放松及上升、下降是由相應的按鈕來控制的。將選擇開關撥到手東方示（X10置1）按啟動按鈕（X24），S0獲得狀態，按下降開關X6，下降開始直到碰到下限位開關（X1）下降結束，在按下夾緊開關（X21）夾緊動作開始（Y4置1），按下上升開關（X4）上升動作開始，當動作碰到上限位開關（X0）上升結束；按下右移開關（X7）右移動作開始，直到碰到右限位開關（X3）動作結束；按左移開關（X6）動作左移，直到碰到左限位開關（X2）動作結束，按放松按鈕（X22）機械手方松（

11、Y4復位0）。2 回原點方式程序在我們的自動/單步/單周期運行之前我們通常要讓機械手回到原點，才能讓他完成自動運行的動作。回原點方式也屬于自動程序的一種，在機械手的自動操作中，由于操作的動作復雜不容易直接設計出梯形圖，可以先畫出自動操作的流程圖，用以表示動作的順序和轉換的條件，然后根據所采用的控制方法設計梯形圖比較簡單，所以后面的自動程序都采用流程圖來完成。將操作板上的工作方式打到回原點位置（X11,S1置1），此時S1獲得信號。當按下回原點啟動開關（X11），S10得到信號，同時下降運行停止，機械手松開，上升運動開始，直到碰到上限位開關（X0）接通S11，此時右移停止，左移運動開始，直到碰到

12、左限位開關（X2）接通S12，此時輸出M8043回歸完成，信號自動返回給S12，動作結束。其原理如圖所示：3 自動方式控制 在自動程序中包括單周期、單步運行方式。將控制面上的工作方式撥到自動工作方式（X14），然后按啟動按鈕（X24），此時M8041導通置1（附：在使用自動單步運行、單周期運行之前我們都得先回原點使M8044通過置1），此時S2導通到S21，下降動作開始，直到碰到限位開關（X1），停止下降，導通S26，并停留2秒鐘，然后導通S27，機械手放松并開始上升，直到碰到上限位開關，上升停止。S28導通，機械手左移，碰到左限位開關，信號返回給S2，達到循環動作，直到按下停止開關(X17)

13、，所有動作停止。下圖為自動方式的梯形圖與狀態圖自動方式梯形圖如下圖所示4 單步運行、單周期運行 將控制面板上的工作方式撥到單步工作方式上，每按一次啟動按鈕機械手就運到一次運動一個步驟。將開關撥到單周期工作方式上，按動一次啟動按鈕機械手自動完成一個周期的動作，其工作原理與自動方式一樣。5 程序的語句表 手動方式、回原點方式、自動、單步、單周期方式語句表分別為：（1） 初始狀態語句表步 序指 令0LD X01AND X22ANI Y43OUT M80444LD M80005IST X10 S20 S28(2) 手動狀態語句表 步 序指 令步 序指 令0STL S012OUT Y11L D X211

14、3L D X72RET Y414ANI X03L D X2215ANI X24RST Y416ANI Y25L D X517OUT Y36ANI Y118L D X77ANI X019ANI X08OUT Y020ANI X39L D X421ANI Y310ANI Y022OUT Y211ANI X123(3)自動方式語句表步 序指 令步 序指 令0STL S220SET S251L D M804121STL S252AND M804422LDI X203SET S2123OUT Y14STL S2124L D X15OUT Y125SET S266L D X126STL S267SET S

15、2227OUT T1 K208STL S2228L D T19OUT TO K2029SET S2710L D T030STL S2711SET S2331SET Y412STL S2332OUT Y013SET Y433L D X014OUT Y034SET S2815L D X035STL S2816SET S2436OUT Y317STL S2437L D X318OUT Y238OUT S219L D X239RET(4) 回原點方式語句表步 序指 令步 序指 令0STL S110RST Y21L D X1511OUT Y32SET S1012L D X23STL S1013SET S

16、124RST Y414STL S125RST Y115SET M80436OUT Y016RST S127L D X017OUT S128SET S1118RET9STL S11(5 ) 內部單步、單周期自動梯形圖的語句表步 序指 令步 序指 令0L D X1415L D X121OR X2416ORB2AND M804117L D X133ANI X1718AND X174AND X1219ORB5OR X1320L D M80026L D X1421ORB7ORB22L D M80428L D X2423ORB9OR X1524ANI M804210ANI X1025ORB11SET M804226OUT M804012L D X1027L D M800013L D X1128OUT M804714AND X17四 設計小節 本次設計完成了簡單的機械手的工作原理及PLC電氣部分的設計。在這段時間的設計中，參考了大量的參考資料，同時我們也作了大量的社會調查，結合實際完成了這套設計。 通過