PLC搬运机械手课程设计

第1章概述

1.1搬运机械手概述

图1.1是搬运机械手工作示意图。该机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使动作准确，安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降等行程的检测，并给出动作到位的检测信号。另外还安装了光电开关SP。负责检测传送带A上的物品是否到位。此外，还设置了起动按钮SB1和停止按钮SB2，分别用以启动和停止机械手的动作。

图1.1 搬运机械手工作示意图

传送带A、B由电动机M1、M2拖动，M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，机械手的上、下、左、右、抓、放等动作由液压系统驱动，并分别由6个电磁阀YV1—YV6来控制。

1.2搬运机械手运动过程

根据对机械手的工艺过程及控制要求分析，机械手的动作过程如图1.2所示：

图1.2机械手动作过程

1.3设计要求

传送带B处于连续运行状态，不用PC控制。

机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图1.3所示。

启动时，机械手按照步序图的工步顺序动作；停止时，机械手停止在现行工步上。重新启动时机械手从停止前一瞬间的动作继续进行；PLC断电时的要求与停止时的要求一致。

要求搬运机械手控制系统具有手动、单周期和连续循环三种工作方式。1.4设计任务

1.设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。

2.选择电气元件，编制电气元件明细表。

3.设计操作面板电器元件布置图。

4.上机调试程序。

5.编写设计说明书。

启动按钮SB1停止按钮SB2手爪抓限位开关SQ1手臂左限位开关SQ2手臂右限位开关SQ3手臂上限位开关SQ4手臂下限位开关SQ5

光电开关SP 传送带A运行KM1

手臂左旋YV3手臂右旋YV4手臂上升YV1手臂下降YV2手爪抓紧YV5手爪松开YV6步序

2

3

4

5

6

7

8

9

1s

1

1个搬运周期

图1.3搬运机械手动作步序图

第2章控制方案论证

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有单周（连续）控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。搬运机械手的设计有许多了设计方案，有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。

2.1继电器控制方案

继电器是根据某种输入信号的变化，接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力装置的自动电器。此控制系统可利用四个传统继电器作为限位开关，并加上辅助电路以实现机械手的功能。但是由于传统继电器触点接触不良容易出现故障，并且接线复杂抗干扰能力差，难以实现模块化和智能化，性价比较低。所以这种控制方式已经逐渐被淘汰，显然此控制系统不能选用此方案。

2.2单片机控制方案

单片机具有集成度高、功能强、可靠性高、体积小等特点，单片机最早是以嵌入式微控制器的面貌出现的，是嵌入式系统中，是应用最多的核心器件，但由单片机设计的系统都有一个共性就是抗干扰性差,因为机械手一般都用在干扰源比较多、情况比较复杂的工业现场,所以由单片机设计的系统很难保证长期稳定的工作。所以不宜选用此方案。

2.3PLC控制方案

此控制系统利用PLC可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC 的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配

线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。

PLC的高可靠性、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号、编程简单易学、安装简单，维修方便。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。所以选用PLC实现对机械手的控制为最佳方案，本次设计就选用此方案进行设计。

第3章控制系统硬件设计3.1电动机控制线路设计

3.1.1电动机控制线路电器元件选择

3.1.2电动控制线路原理图.

根据传送带A ，B 的运行要求设计其主电路图如3-1 a ）：

QS

QF

L1

L2L3N

FR2

FR1

M1M23~

3~

TA

PV PA

KM1KM2

图3-1 a ）主电路

传送带A 是由PLC 控制系统控制，控制电路如图3-2，根据传送带B 的运行要求设计其控制电路如图3-1 b):

图3-1b) 控制电路

3.2PLC 控制系统设计

3.2.1PLC 控制系统选元件

在机械手设计中选择可编程控制器CPU224CN 是数字量I/O 口14输入10输出和数字量扩展模块EM2231CN ，8输入DC24V/4，数字量I/O 口8输入。

3.2.2PLC 控制系统I/O 接线图

上行YV4左旋右旋

1M

0.0松开

0.2抓紧0.3传送带A运行

0.4YV6

0.5YV52M ·

1.0·0.60.7

2.7

1.3EM221CN 8×24V 1.4

2.6DC输入扩展模块 2.53L 1.5 2.41.11.22M

0.1YV32.3

1L M 2.20.0L+

2.10.20.32.00.12L 1M

0.4·0.5总线接口

0.6·

0.7总线电缆

1.01.1N L1AC

手动KM1运行SA 手动松开

SB5

SB6SB7SB8SB9

手动下行手动上行CPU 224 CN 手动左旋/AC/DC/Relay

手动右旋

模 块

KM1手动抓紧

下行YV1YV2SB10

手动松开

SB4SQ5上限位SQ4右限位SQ3下限位SB1左限位SB2光电开关

手抓限位总线接口DC24V SQ1急停SB3预停启动连续SQ2单周手动SP L1

N ·

SQ

·

FU

PE

AC220V

图3-2 PLC 交流主机模块+直流扩展模块的外部接线图