1、 电气控制与可编程控制器课程设计 1 摘要摘要 随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快， 人们对生产效率也不断提 出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不 断完善，使机械手技术快速发展，其中气动机械手系统由于其介质来源简便以及 不污染环境、组件价格低廉、维修方便和系统安全可靠等特点，已渗透到工业领 域的各个部门，在工业发展中占有重要地位。本文讲述的气动机械手有气控机械 手、XY 轴丝杠组、转盘机构、旋转基座等机械部分组成。主要作用是完成机械 部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货 物运输更快捷、便利。 机械手技术涉及到力学、机械
2、学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技 术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。工业机械手是近几十年发 展起来的一种高科技自动化生产设备。本次设计采用德国西门子公司生产的 S7-300/400 系列可编程控制器对机械手进行运动控制， 根据机械手的运动规律： 左右、上下、夹松等进行软件编程。 本设计中 PLC 实现的功能有：开关量的逻辑控制、运动控制、现场数据采 集处理、位置控制等。此次机械手的 PLC 控制设计包括：机械手传送工件系统、 输入和输出点分配表、原理接线图、操作系统、机械手传送系统梯形图、指令语 句表。 首先， 机械手传送工件系统通过示意图阐述了其作用是将工件从点传递到
3、点。 机械手的升降和左右移行作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动液压 缸来完成，机械手的夹紧、松开的动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的液压 缸完成。机械手的工作臂都设有下、上限位和右、左限位的位置开关 SQ1、SQ2 和 SQ3、SQ4，夹持装置不带限位开关，它是通过一定的延时来表示其夹持动 作的完成。机械手在最上面、最左边的状态为机械手的原位。这里还说明了操作 面板上各旋钮、按钮的作用。 其次，输入和输出点分配表指出此次设计选用 S7-300PLC，系统共有 14 个输入设备和 5 个输出设备分别占用 PLC 的 14 个输入点和 5 个输出点。具体 分配请查看表 1。 机械手是一种能模
4、拟人的手臂的部分动作， 按预定的程序、 轨迹及其它要求， 实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置，机械手在工业生产中得到广泛的 电气控制与可编程控制器课程设计 2 应用。传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，线复杂，因此故障多， 维修困难，费时费工，不仅加大了成本，而且影响设备的工效。采用梯形控制直 观易懂，为电气人员所熟悉；采用 PLC 控制使接线简化，安装方便，而且保证 运行的可靠性，减少维修量，提高了工效。 关键字：关键字：PLC 机械手控制 S7-300/400 1 1 电气工艺分析电气工艺分析 1.1 1.1 工艺过程工艺过程 图 1 所示为一简单物料搬运机械手的工艺流程图。
5、该机械手是一个水平/垂 直位移的机械设备，其操作是将工件从 A 工作台搬运到 B 工作台，由光耦合器 VLC 来检测工作台上有没有工件。机械手通常位于原点，它的动作全部由汽缸 驱动，而汽缸则由相应的电磁阀控制。其中，上升/下降和左移/右移分别由双线 圈二位电磁阀，放松/夹紧由一个单线圈二位电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。 A AB B 工 件工 件 VLCI1.5VLCI1.5 左 移左 移 Q4.2 Q4.2右 移 Q4.3右 移 Q4.3 下下 降降 Q Q4 4. .0 0 上上 升升 Q Q4 4. .1 1 夹 紧 放 松 Q4.4夹 紧 放 松 Q4.4 图 1 搬运机械手工艺流程图
6、 工艺过程为：光耦合器 VLC 检测到 A 工作台有工件，机械手开始有原点下 降，下降到底时，碰到下限位开关后，停止下降并接通夹紧电磁阀夹紧工件。为 保证工件可靠夹紧，在该位置等待 2s。夹紧后，上升电磁阀通电开始上升，上 升到顶碰到上限位开关， 停止上升， 改向右移动， 碰到右限位开关后， 停止右移， 电气控制与可编程控制器课程设计 3 改为下降至碰到下限位开关， 下降电磁阀断电， 停止下降， 同时夹紧电磁阀断电， 机械手将工件松开，放在 B 工作台上，为确保可靠松开，在该位置停留 2s，然 后上升，碰到上限位开关后改为左移，到原点时碰到左限位开关，左移电磁阀断 电，停止左移。至此，机械手搬运一个工件的全过程结束。 1.2 1.2 控制要求控制要求 机械手整个搬运过程要求都能自动控制。 在启动过程中能切换到手动控制及 自动控制或半自动控制（又称单周期控制） ，以便对设备进行调整和检修。图 2 是机械手控制系统的逻辑流程图。 机械手搬运工件的一个周期可分为以下八个部
