课程设计说明书

课题名称：机械手臂搬运加工流程控制设计

学    院：机电工程系

专业班级：机电一体化技术093班

学    号：20090212085

学    生：荣佑平

指导老师：陈燕

青岛理工大学琴岛学院教务处

2011年 03  月 12  日

《现代电气控制及PLC应用技术课程设计》评阅书

（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。                                   

（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它以用来组装零部件。

(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

(5）宇宙及海洋的开发，军事工程及生物医学方面的研究和试验。

（6）机械手电器控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有单周期连续、自动循环和手动控制等操作方式。

（7）工作方式的选择可以很方便的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。

（8）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。

（9）机械手需将工件从工作台A移至工作台B上，其动作过程为下降、上升、右移、再下降、再上升。左移。这些均由电磁阀控制液压系统来驱动完成。

（10）此外，机械手在夹送工件工件右行到位后，如果工作台B上的工件尚没有运走，机械手则停止运动，待工作台B上的工件被运走后，机械手才能下降。

目    录

青岛理工大学琴岛学院    1

课程设计说明书    1

摘    要    I

1    序言    1

2零件的分析    2

2.1机械手的设计要求    2

2.2机械手的运动原理    2

3机械手的程序设计    2

3.1机械手的操作方式    2

3.2机械手PLC的输入/输出开关分配表    3

3.3机械手PLC控制面板图    4

3.4机械手PLC移动示意图    5

3.5机械手PLC控制接线图    6

3.6机械手PLC自动控制状态流程图    7

3.7机械手PLC控制总梯形图    8

3.8机械手PLC的语句表    18

3.9机械手PLC程序设计说明    21

3.9—1机械手PLC程序设计手动程序与自动程序的切换    22

3.9—2机械手PLC程序设计手动程序    22

3.9—3机械手PLC程序设计自动程序    22

3.9—4机械手PLC程序设计返回原点程序    24

4总结    24

5参考文献    24

1序言

现代电气控制及PLC应用技术课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。

通过课程设计达到以下目的：1、学生在老师的指导之下，综合运用现代电气控制及PLC应用技术课程及前期所学课程的相关知识和技能，相对地设计和调试一个小型PLC应用系统或继电器控制系统，为即将从事的专业工作奠定基础。2、初步培养编写和整理“设计说明书”的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，提高学生对文献资料的检索和信息的处理能力。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

2零件的分析

2.1机械手的设计要求

机械手电器控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有单周期连续、自动循环和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便的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。

机械手需将工件从工作台A移至工作台B上，其动作过程为下降、上升、右移、再下降、再上升。左移。这些均由电磁阀控制液压系统来驱动完成。此外，机械手在夹送工件工件右行到位后，如果工作台B上的工件尚没有运走，机械手则停止运动，待工作台B上的工件被运走后，机械手才能下降。

2.2机械手的运动原理

机械手将一个工件由A处传送到B处。其中上升、下降、左移和右移的执行分别用双线圈二位电磁阀推动汽缸的完成。当按下电磁阀通电，就一直保持现有的机械动作。例如：一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈在断电，仍保持现有的下降状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外加紧，放松由单线圈二位电磁阀推动汽缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电执行放松动作。设备装有上下左右限位开关。

3机械手的程序设计

3.1机械手的操作方式

操作时，机械手分为手动操作方式、回原点操作方式、单步（点动）操作方式、单周期操作方式和自动循环操作方式。

3.2机械手PLC的输入/输出开关分配表

输入信号                        输出信号

3.4机械手PLC移动示意图

3.5机械手PLC控制接线图

3.6机械手PLC自动控制状态流程图

3.7机械手PLC控制总梯形图

3.8机械手PLC的语句表

LD   I0.2                                =    Q0.2                                               

A    I0.0                                LD   I0.4

AN   Q0.1                              AN    Q0.2

=    M0.5                               =     Q0.0

LD   SM0.1                             LD    I0.6 

O    I0.0                               A     I0.0

O    I1.1                               AN    Q0.3

LPS                                     =      Q0.4

A    M0.5                              LD    I0.7

S    M0.0 ,1                             A     I0.0

LPP                                    AN    Q0.4

AN   M0.5                              =     Q0.3

R     M0.0 ,1                           LD    I1.6

LD    I1.0                              A     I1..4

R     M0.7 ,1                           O     M0.7

R     M3.0 ,8                           AN    I1.7

LD    I2.1                              =     M0.7

S      Q0.1 ,1                           LD    I1.6

LD    I2.2                              ON    I1.2

R      Q0.1 ,1                           =     M0.6

LD     I0.5                             LD    M3.7

AN     Q0.0                            A      I0.4

AN      M0.7                         LD      M3.1

A        M0.6                         A       T37

O        M0.0                         A       M0.6

AN       M3.0                         O       M3.2

=         M0.0                         AN     M3.3

LD       M3.7                         =        M3.2

A        I0.2                          LD      M3.2

A        M0.0                         A       I0.0

LD       M0.0                         A       M0.6

A        I1.6                          O       M3.3

AN      I1.1                           AN     M3.4

OLD                                   =       M3.3

A        M0.6                         LD      M3.3

O        M3.0                         A       I0.3

AN       M3.1                         A       M0.6

=         M3.0                         O       M3.4

LD        M3.0                        AN      M3.5

A         I0.1                          AN      I0.2

A         M0.6                         =        M3.4

O         M3.1                         LD      M3.4

AN        M3.2                        A        I0.1

=          M3.1                        A        M0.6

O          M3.5                      LD       M3.1

AN         M3.6                      S        Q0.1 ,1

=           M3.5                     TON     T37 ,+10

LD         M3.5                      LD      M3.5

A           T38                      R        Q0.1 ,1

A           M0.6                     TON     T38 ,+10

O           M3.6                     LD      M1.0

AN         M3.7                      O       M3.2

=           M3.6                      O       M3.6

LD          M3.6                     AN     I0.0

A           I0.0                       =       Q0.2

A           M0.6                     LD      M3.3

O           M3.7                     AN      I0.3

AN          M3.0                     =       Q0.3

AN          M0.0                     LD      M3.7

=            M3.7                     O       M1.1

LD           M0.5                    AN      I0.2

=            Q0.5                     =       Q0.4

LD           M3.0                    LD      I1.1

O            M3.4                    A       I1.5

AN           M0.5                   O       M1.0

=            Q0.0                    AN      M1.1

=             M1.0

R             Q0.0 ,1

R             Q0.1 ,1

LD            M1.0

A              I0.0

O             M1.1

AN            I0.2

=              M1.1

R              Q0.3 ,1

3.9机械手PLC程序设计说明

控制系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方式。

机械手在最上面和最左边且松开时称为系统处于原点状态（或称初始状态）。左限位开关I0.2、上限位开关I0.0的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点的串联电路接通时，“原点条件”存储器位M0.5接通变为ON，并接通Q0.5，原点指示灯亮。

如果选择的是单周期工作方式，按下启动按钮I1.6后，从初始步M0.0开始，机械手按状态流程图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。

如果选择连续工作方式，在初始状态下启动按钮I1.6后，机械手从初始步开始，一个周期一个周期的反复连续工作。当按下停止按钮I1.7后，系统并不马上停止工作，而是完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。

如果选择的是单步工作方式，从初始步开始，按下启动按钮，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。

在选择单周期、连续和单步工作方式之前，系统应处于原点状态。如果不满足这一条件，则可选择回原点工作方式，然后按原点启动按钮I1.5，使系统自动地返回原点状态。在原点状态，状态流程图中的初始步M0.0为ON，为进入单周期、连续和单步工作方式做好准备。

3.9—1机械手PLC程序设计手动程序与自动程序的切换

在梯形图中，第1逻辑行至第3逻辑行为手动程序与自动程序的切换程序。

接通可编程控制器的电源时，若机械手处于原电状态，M0.5接通，SM0.1接通扫描周期，M0.0被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式做好了准备。此时，系统进入自动工作方式。

若在梯形图中，如果第一逻辑行中的M0.0未被置位，也就是说，机械手未处于原点状态，此时系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作，系统为手动工作方式。

3.9—2机械手PLC程序设计手动程序

在梯形图中，第4逻辑行至第9逻辑行为手动控制程序。

将转换开关SA1扳至单步（点动）方式。I1.2在第11逻辑行中的常闭触点断开，系统执行手动程序，当按下加紧工作点动按钮SB8时，I2.1的常开触点闭合，Q0.1被复位，机械手处于加紧状态；当按下放松工作点动按钮SB9时，I2.2的常开触点闭合，Q0.1被复位，机械手处于放松状态；当按下上升点动按钮SB2时，I0.5的常开触点闭合，Q0.2接通，机械手处于上升状态；当按下下降点动按钮SB1时，I0.4的常开触点闭合，Q0.0接通，机械手处于下降状态；当按下左移点动按钮SB3时，I0.6的常开触点闭合，Q0.4接通，机械手处于左移状态；当按下右移点动按钮SB4时，I0.5的常开触点闭合，Q0.3接通，机械手处于右移状态。

3.9—3机械手PLC程序设计自动程序

在梯形图中，第10逻辑行至第20逻辑行为不包括自动返回原点的自动控制程序。当把选择开关扳至自动位置时，I1.4的常开触点闭合，此时系统进入不包括自动返回原点的自动控制程序。

在第10逻辑行中，按下启动按钮I1.6时，M0.7接通并自锁，且第11逻辑行中的M0.6也接通，使得M0.6在第12逻辑行至第20逻辑行中的常开触点闭合，允许转换为自动工作方式。若系统处于原点状态，接通电源则M0.0接通。

单周期工作方式，将转换开关SA1扳至单周期操作方式，I1.2在第11逻辑行中的常闭触点闭合，I1.1在第13逻辑行中的常闭触点闭合。按下启动按钮SB6，I1.6的常开触点闭合，第13逻辑行中的M3.0接通并自锁，使得在第22逻辑行中的Q0.0接通，系统进入下降状态。

当下降到位后，撞击行程开关ST2，I0.1的常开触点闭合，常闭触点断开，使得第14逻辑行中的M3.1的线圈接通，同时第13逻辑行中的M3.0的线圈断开。第23逻辑行中的Q0.1被置位，系统进入加紧状态，计时器T37开始计时。

经过1S的计时后，计时器T37动作，在第15逻辑行中的常开触点闭合，使得M3.2的线圈接通，同时第14逻辑行中的M3.1的线圈断开，第25逻辑行中的Q0.2的线圈接通，系统进入上升状态。

当上升到位后，撞击行程开关ST1，I0.0的常开触点闭合，常闭触点断开，使得第16逻辑行中的M33的线圈接通，同时第15逻辑行中的M3.2的线圈断开。第26逻辑行中的Q0.3的线圈接通，系统进入右行状态。

当右行到位后，撞击行程开关ST4，I0.3的常开触点闭合，常闭触点断开，使得第17逻辑行中的M3.4的线圈接通，同时第16逻辑行中的M3.3的线圈断开。第22逻辑行中的Q0.0的线圈接通，系统进入下降状态。

当下降到位后，撞击行程开关ST2，I0.1的常开触点闭合，常闭触点断开，使得第18逻辑行中的M3.5的线圈接通，同时第17逻辑行中M3.4的线圈断开。第24逻辑行中的Q0.1的线圈复位，系统进入松开状态，计时器T38开始计时。

经过1S的计时后，计时器T38动作，在第19逻辑行中的常开触点闭合，使得M3.6的线圈接通，同时第18逻辑行中的M3.5的线圈断开。第25逻辑行中的Q0.2的线圈接通系统进入上升状态。

当上升到位后，撞击行程开关ST1，I0.0的常开触点闭合，常闭触点断开，使得第20逻辑行中的M3.7的线圈接通，同时第19逻辑行中的M3.6的线圈断开。第27逻辑行中的Q0.4的线圈接通，系统进入左行状态。

当左行到位后，撞击行程开关ST3，I0.2的常开触点闭合，常闭触点断开，Q0.0的线圈断开。由于系统处于单周期方式工作状态，而第13逻辑行中的M0.7处于断开状态，因此，系统停止左行，并进入原点状态。

全自动工作方式：将转换开关SA1扳至全自动工作方式，按下启动按钮SB6，在第10逻辑行中，I1.4和I1.6的常开触点闭合，M0.7接通。若系统处于原点状态，则系统按下列过程循环进行：下降→加紧→上升→右行→下降→放松→上升→左行→下降。其自动的过程与单周期工作相同，只不过在左行到位时，撞击行程开关ST3，第13逻辑行中的I0.2的常开触点闭合，由于是全自动工作方式，M0.7的常开触点闭合，因此，系统又进入下降状态。整个系统周而复始的工作，直至按下停止按钮。

3.9—4机械手PLC程序设计返回原点程序

在初始状态下，若系统不在原点时，则需要将系统返回原点，在梯形图中，第28逻辑行和第29逻辑行为返回原点程序。

将转换开关SA1扳至回原点操作方式，第28逻辑行中的I1.1的常开触点闭合，按下回原点启动按钮SB5，M1.0接通，第25逻辑行中的Q0.2线圈接通，系统进入上升状态；上升到位后，撞击行程开关ST1，Q0.2线圈断开，第29逻辑行中的M1.1接通，使得第27逻辑行中的Q0.4接通，系统进入左行状态，左行到位后，撞击行程开关ST3，I0.2的常闭触点断开，Q0.4线圈断开，系统进入原点状态。

4总结

为期两周的现代电气控制及PLC应用技术课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《现代电气控制及PLC应用技术》课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，相对地设计和调试一个小型PLC应用系统或继电器控制系统，为即将从事的专业工作奠定基础。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是编写PLC程序，第二阶段是调试PLC应用系统。

通过此次设计，学会使用手册、查询相关资料等，提高学生对文献资料的检索和信息的处理能力。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

5参考文献