气动机械手控制系统设计

目录之中。

机电工程学院

课程设计说明书设计题目: 气动机械手控制系统设计

学生姓名：

学号： 20094805

专业班级：机制F09

指导教师：

2012 年12 月12 日

内容摘要

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从工业机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。在我国，近几年也有较快的发展，并取得了一定的效果，受到机械工业和铁路工业等部门的重视。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温、抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。PLC可以按照所需要求完成机械手的设计，使机械手的设计简单化，大大节省了时间。本文应用西门子S7—200系列PLC来实现气动机械手的搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的控制功能。利用可编程技术结合相应的硬件装置，控制气动机械手完成各种动作。该系统具有结构简单、可靠稳定、容易控制等优点。

关键词：气动机械手；S7—200系列PLC；CPU226；

目录

第1章引言 (1)

第2章系统总体方案设计 (2)

2.1程序设计的基本思路 (2)

2.2气动机械手的控制要求 (2)

2.3系统的硬件结构与操作功能 (2)

2.3.1硬件结构 (2)

2.3.2气动机械手的操作功能 (3)

第3章 PLC控制系统设计 (4)

3.1可编程控制器的CPU选择 (4)

3.2气动机械手的I/O地址分配表 (4)

3.3PLC的输入输出设备接线图 (5)

3.4气动机械手控制流程图 (6)

3.5程序设计梯形图 (7)

3.6语句表 (15)

3.7PLC程序调试 (23)

结论 (30)

设计总结 (31)

谢辞 (32)

参考文献 (33)

第1章引言

由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用。

第2章系统总体方案设计

2.1 程序设计的基本思路

在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求，然后根据程序的控制要求画出程序工作状态流程图，最后根据程序工作状态流程图及程序的控制要求画出梯形图。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后。而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁﹑紧凑，这样有利于程序的运行。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化。此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性，这样在修改程序时能节省很多时间。下面介绍一种基于PLC的气动机械手的控制方法。机械手的控制属顺序控制，采用步进指令，首先应画出机械手工作状态流程图，然后根据流程图所提供的思路进行程序设计。

2.2 气动机械手的控制要求

1、气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动。

2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1，右行、左行的电磁阀线圈为YV

3、YV4。

3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现。线圈通电时夹紧工作，断电时松开工作。

4、机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时1.7s实现。

5、机械手下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现。

2.3 系统的硬件结构与操作功能

2.3.1 硬件结构

机械手用来将工件从A点搬运到B点（如图2-1），输出Q0.1为1时工件被夹紧，为0时被松开。工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板下部的9个按钮式手动按钮分别对用于紧急停车、启动、停止、下降、上升、右行、左行、夹紧、松开。为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断负载电源，设置了交流接触器KM。PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开

负载电源。

机械手示意图如图2-1所示。

图2-1 机械手示意图

2.3.2 气动机械手的操作功能

系统设有手动、单周期、连续、单步和回原点五种工作方式（如图2-2）。

在手动工作方式下，用I0.5—I1.2对应的6个按钮分别独立控制机械手的升、降、左右行和夹紧松开。

在单周期的工作方式下，按下启动按钮I2.6后，从初始步M0.0开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。

在单步工作方式下，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试。

图2-2 操作面板