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地plc控制系統設計
系別：機械工程學院
專業：機械設計製造及其自動化
班級： 機自081班
時間：2023年12月1日
指導教師：馮治國
1.設計地目地
1通過課程設計培養學生綜合運用所學地基礎理論、基礎知識及基本技能進行分析和解決實際問題地能力.
2使學生受到plc系統開發地綜合訓練,達到能夠進行plc系統設計和實施地目地.
3使學生掌握簡易機械手地電器工作原理.
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． 程式框圖和程式設計
6． 心得體會
.3．設計任務和要求
1. 提交報告乙份（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＞3000
3. 報告相似程度＞80%,按不及格處理
4. 交作業時間：12.3
4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《可程式設計控制器原理及應用》 北京人民郵電出版社 2009.4
一、 機械手地控制及說明
一、課題內容
1.如圖所示為一簡易物料搬運機械手地工藝流程圖.該機械手是乙個水平/垂直位移地機械裝置,其操作是將工件從左工作台搬運到右工作台,由光耦合器vlc來檢測工作台上有沒有工件.
機械手通常位於原點,它地動作全部由氣缸驅動,而氣缸則由相應地電磁閥控制.其中,上公升/下降和左移/右移分別由雙線圈二位電磁閥控制,放鬆/夾緊由乙個單線圈二位電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制.
機械手工作迴圈過程示意圖如圖2所示.從圖中可見,機械手工作迴圈過程主要有8個動作,即為：
圖1 機械手結構示意圖
二機械手地控制系統要求分析
機械手動作示意圖如圖1所示.其全部動作由汽缸驅動,而汽缸又由相應地電磁閥和繼電器控制.其中,上公升／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.只有上公升繼電器線圈通電時,機械手才上公升；上公升繼電器線圈斷電時,機械手上公升停止.同樣,左移／右移分別由左移繼電器和右移繼電器控制.
機械手地放鬆／夾緊由乙個單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制.該線圈通電,機械手夾緊；該線圈斷電,機械手放鬆.
機械手地動作過程如圖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,夾緊後,上公升繼電器線圈開始通電,機械手上公升；上公升到頂時,碰到上限位開關,上公升繼電器線圈斷電,上公升停止；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,右工作台上無工作,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,機械手放鬆,放鬆後,上公升繼電器線圈通電,機械手上公升,上公升到極限時碰到極限位開關,上公升繼電器斷電,上公升停止；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乙個迴圈.
三 plc地共有選型及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系列中地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：
四初始化程式設計
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,機械手上公升；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,使機械手夾緊或放鬆,而圖中地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．為了使i st指令在每個掃瞄週期內均執行,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地按鈕,共八種控制訊號：
a手動方式 b回原點方式 c單步方式 d單週期方式 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指令後,plc自動把狀態元件s中s0—s2分配給了3大類模式地初始化狀態用,且規定s0用於手動,s1用於回原點,s2用於自動/單步/單週期.s10—s19用於回原點程式模組中地狀態.因此,指令格式中地s20是使用者可以分配給自動/單週期/單步地最小狀態號.
下圖為置初始狀態ist指令自動動作地特殊輔助繼電器m8040—m8047地動作內容.
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總是接通地.在原點、單週期運動時按動停止按鈕後一直到再按啟動按鈕地時間內,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向另一狀態轉移地轉移條件輔助繼電器.手動加原點m8041不動作,單步、單週期時,僅在按動啟動按鈕時動作,自動時按啟動按鈕後保持為m8041=on,按停止按鈕後m8041=off.
啟動脈衝輔助繼電器m8042是在啟動按鈕按下時瞬間接通.特殊輔助繼電器m8044是原點條件,m8043是回原點結束,這兩個元件應由使用者程式控制.
1 手動方式程式
手動方式梯形圖程式如圖所示,s0手動方式地初始狀態,手動方式地夾緊、放鬆及上公升、下降是由相應地按鈕來控制地.
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）,按下上公升開關（x4）上公升動作開始,當動作碰到上限位開關（x0）上公升結束；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,按放鬆按鈕（x22）機械手方松（y4復位0）.
2 回原點方式程式
在我們地自動/單步/單週期執行之前我們通常要讓機械手回到原點,才能讓他完成自動執行地動作.
回原點方式也屬於自動程式地一種,在機械手地自動操作中,由於操作地動作複雜不容易直接設計出梯形圖,可以先畫出自動操作地流程圖,用以表示動作地順序和轉換地條件,然後根據所採用地控制方法設計梯形圖比較簡單,所以後面地自動程式都採用流程圖來完成.
將操作板上地工作方式打到回原點位置（x11,s1置1）,此時s1獲得訊號.當按下回原點啟動開關（x11）,s10得到訊號,同時下降執行停止,機械手鬆開,上公升運動開始,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,直到碰到左限位開關（x2）接通s12,此時輸出m8043回歸完成,訊號自動返回給s12,動作結束.其原理如圖所示：
3 自動方式控制
在自動程式中包括單週期、單步執行方式.將控制面上地工作方式撥到自動工作方式（x14）,然後按啟動按鈕（x24）,此時m8041導通置1（附：在使用自動單步執行、單週期執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,並停留2秒鐘,然後導通s27,機械手放鬆並開始上公升,直到碰到上限位開關,上公升停止.
s28導通,機械手左移,碰到左限位開關,訊號返回給s2,達到迴圈動作,直到按下停止開關(x17),所有動作停止.下圖為自動方式地梯形圖與狀態圖
自動方式梯形圖如下圖所示
4 單步執行、單週期執行
將控制面板上地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乙個步驟.將開關撥到單週期工作方式上,按動一次啟動按鈕機械手自動完成乙個週期地動作,其工作原理與自動方式一樣.
5 程式地語句表
手動方式、回原點方式、自動、單步、單週期方式語句表分別為：
（1） 初始狀態語句表
(2) 手動狀態語句表
(3)自動方式語句表
(4) 回原點方式語句表
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氣動機械手PLC控制系統設計
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