基于PLC控制的碎纸机刀片加工系统设计

东莞理工学院城市学院本 科 毕 业 设 计毕业论文题目： 基于PLC控制的碎纸 机刀片加工系统设计 学 生 姓 名： 陈树明 学 号： 200940501205 系 别： 机电工程系 专 业 班 级： 09机械设计制造 及其自动化（2）班 指导教师姓名及职称： 张锦荣 讲师 起 止 时 间: 2013 年 3 月2013 年 6 月摘 要目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力建材。机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，因此PLC在控制领域取得广泛应用。在现代工业控制中，PLC和组态都是非常重要的技术，掌握这项技术，对我们从事机电的人来说是非常必要的。这次我毕业设计的题目是：“基于PLC控制的碎纸机刀片加工系统设计”。这次的毕业设计的主要木的是培养一种对PLC的认知方法。掌握自动化加工系统的工作原理、工作过程及其控制操作方式、PLC控制的设计、编程方法、系统调试。这次的毕业设计是用组态王软件模拟机械手，用机械手代替人手操作，去完成碎纸机刀片的加工过程。并且机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键词: 组态王 可编程控制器PLC 机械手 自动化AbstractAt present, PLC has been widely applied in electric power, petroleum, chemical industry, building materials, iron and steel. Machinery manufacturing, automotive, textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries, so PLC in control applications.In modern industrial control, PLC and configuration is very important technology, master the technology, it is very necessary for us to engage in electromechanical people.The graduation design topic is: the design of paper shredder blade processing system based on PLC control. The graduation design of the main wood this is to develop a cognitive approach to PLC. Master automation processing system working principle, working process and control mode of operation, the PLC control design, programming, debugging system. The graduation design is the simulation manipulator by Kingview software, manipulator instead of manual operation, the process to complete the paper shredder blade.And the mechanical hand can replace human do dangerous, boring work, to reduce human labor intensity, and improve labor productivity. Manipulator is a kind of grasping and moving the workpiece function of automation devices in the automation of the production process, it is a new device developed in the mechanization, automation of production process. The manipulator has been applied more and more widely, in the machinery industry, it can be used for parts assembly, handling, loading and unloading of workpiece, especially in the automation of CNC machine tools, machine tool portfolio of more general use. This paper applied the Mitsubishi Co production of programmable controller FX series PLC, realizes the manipulator transportation control system, the system makes full use of the programmable controller (PLC) control function. So that the system is reliable and stable, the time functional scope widely used.Keywords: Kingview programmable controller PLC manipulator automation目录1、前言11.1 选题背景11.2 设计目的及主要内容12、PLC及机械手的介绍及选择22.1 可编程控制器PLC22.2 机械手103、设计主体部分123.1 控制要求123.2 顺序控制流程图133.3 I/O分配143.4 梯形图143.5 指令表173.6 PLC连线图193.7 模拟调试204、设计过程214.1 数据变量的建立214.2 系统程序的编制224.3 动画连接234.4 机械手的运行275、设计小结30参考文献31致 谢32基于PLC控制的碎纸机刀片加工系统设计陈树明1、前言1.1 选题背景随着我国经济的迅速发展，采用PLC的工作原理来控制材料完成生产的技术基本已经成熟，其中得到愈来愈广泛的就是采用PLC控制搬运机械手来实现生产所需的装置，本次课题是采用PLC的机械手应用于碎纸机刀片的加工系统。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于PLC对机械手搬运材料的控制设计这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的实习。经过在东莞精锐五金有限公司的生产实习，我对于PLC对搬运机械手的控制设计有了一个全新的认识，丰富了许多PLC方面的知识，而对于PLC方面的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下，同时在现场查阅了很多相关资料，明确了PLC的一般工作原理、制造、工艺过程。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。1.2 设计目的及主要内容 设计目的培养机械设计能力；扩展知识结构；培养综合运用能力；是课堂教学的有益补充。通过本次设计，进一步加强自己对机械手对于加工系统的应用和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。 主要内容正确选用机械手和PLC类；绘制I/O分配；设计梯形图；指令表；模拟调试2、PLC及机械手的介绍及选择2.1 可编程控制器PLC PLC 慨况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。是近几年迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。它的产生和发展与继电器有很大的关系。继电器是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，如果工艺要求发生变化，就得重新设计电路、连线安装，严重地影响生产。显然，将计算机功能的完备、灵活、通用与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种新型的工业控制装置成为电气控制系统的发展方向。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，它的几种常见的控制类型为逻辑控制、生产监控、模拟量控制、闭环调节控制。大型控制网络。正是由于它的这些控制功能使其被广泛应用于冶金、化工、机械、印刷、电子、电力、建筑建材、交通等几乎所有的工业控制领域，在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 PLC的结构及基本配置和继电器控制系统类似，PLC控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU的构成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU功能：1. 用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；2. 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；3. 诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；4. 在PC进入运行状态后：执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等） 系统存储器 系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数 *不能由用户直接存取用户存储器 用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。 功能存储器（数据区）存放用户数据PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类1. 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2. 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。3. 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。4. 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC的通信联网：PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。 PLC的选型考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：FX2N性能规格运转控制方法 通过储存的程序周期运转I/O控制方法 批次处理方法（当执行END指令时） I/O指令可以刷新运转处理时间 基本指令：0.08s应用指令：1.52至几百微秒 ，指令编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量 8000步内置 。 PLC的工作过程.1初始操作（上电处理）PLC未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作（见图）。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查I/O单元的连接是否正确（I/O总线）。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在to以内，则自身完好（否则，系统关闭），解题结束，将监控定时器to复位，才开始正式运行。PLC的工作方式（顺序）周期循环扫描扫描按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的过程称“CPU对程序的扫描”工作特点集中输入，集中输出（小型PLC）.2 PLC运行过程 1. 四大类操作 （1）公共操作故障诊断及处理（自检），一般故障，只报警，不停机 （2）I/O操作联系现场的数据输入及控制信号的输出 （3）执行用户程序顺序循环扫描 （4）服务外设2. I/O处理过程（教材P4） 输入采样 三个阶段 执行用户程序 输出刷新工作过程框图，如图2.1所示。图2.1 I/O工作过程框图I/O处理过程，如图2.2所示：图2.2 I/O处理过程图（1）数据输入/输出I/O状态刷新 采样输入信号 送出处理结果输入映像存储器及其刷新对应于输入端子状态的数据区PLC中的CPU是不能直接从与外部接线端子打交道的。在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓冲器等待采样。没有CPU的采样“允许” ，外界的输入信号是不能进入内存的。当CPU采样时，输入信号便进入输入映像存储器刷新。接着进入程序的执行阶段，直至信号的输出。在此期间，输入映像存储器将现场与CPU隔离，无论输入信号如何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样新的信号，即：输入映像存储器每周期刷新一次。（2） 输出映像存储器及其刷新CPU数据处理的中间结果和最终结果的存放区域。同理，CPU不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子上驱动外部负载。即：输出映像存储器随时刷新输出锁存器每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新）同样，两次刷新的间隔仅几十mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认为输出是及时的。（3） 输入/输出状态表状态RAM表I/O映像存储器的内容，在CPU中构成I/O状态表，其内容是CPU处理用户程序及数据的依据。注意：输入状态表采样时刷新 输出状态表随时刷新（中间值和最终结果） 输出端子的接通或开断输出锁存器决定2. 执行用户程序 执行 监视（1） 监控定时器WDT（WATCH DOG TIMER）即监控定时器t1正常：执行完用户程序所需的时间应不超过t1。执行程序前，复位t1，执行程序开始t1计时，完毕后立即复位t1，表示程序执行正常。 异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出t1值，WDT发出警告，程序重新开始执行，同时复位t1。若因偶然因素，则重新执行程序将正常，否则，系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。（2） 执行用户程序3. 执行外设命令每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外设命令，自动循环扫描。2.2 机械手 机械手简介mechanical hand 也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。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。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。.1 执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2.2.2.2 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。.3 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 机械手的选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带的机械手类型，有4个自由度（上升、下降、前进、后退）。此机械手易于操作，性能可靠。3、设计主体部分3.1 控制要求搬运机械手工作示意图如图3.1所示，其任务是将传送带A的物品搬到传送带B上。机械手的原位是在传送带A上方，开始工作时，先是传送带A将刀片运送到指定位置，到达位置时，上升限位开关LS4闭合，手臂下降；下降到位时，下降限位开关LS3闭合，传送带A停止，C缸驱动，输出继电器Y2运作，机械手的吸盘吸紧物品。当物品吸紧时，手臂上升；到上限位时，上升限位开关LS4闭合，手臂右移；右移到位时，右移限位开关LS1闭合，手臂下降；下降到下限位时，下降限位开关LS3闭合，吸盘放开刀片，物品被放到传送带B，传送带B运走刀片，一个循环结束，再重复。图3.1 界面工作示意图传送带电动机停止机械手左移机械手上升机械手放松机械手下降机械手右移机械手上升吸紧传送带运走刀片机械手下降T0 K20T2X5 K10RST Y1X4X5X4X3X3SET Y2S20S21S22S23S24S25S26S27S28M0S30S31T0Y3T2T1M8002M0X0SET Y1X1SEY Y0T1K10X2Y3X4SET Y1RST Y2RST Y1RST Y0X4X23.2 顺序控制流程图图3.2 机械手控制流程图3.3 I/O分配表3.1 I/O分配表序号文字符号元件名称输入、输出地址1启动停止开关SB1X02A缸右限位传感器LS1X13A缸左限位传感器LS2X24B缸下限位传感器LS3X35B缸上限位传感器LS4X46传送带刀片传感器LS5X57A缸驱动YV1Y08B缸驱动YV2Y19C缸驱动YV3Y210传送带缸驱动YV4Y33.4 梯形图图3.3 机械手PLC步进梯形图之一M8002给电路一个脉冲，M8002闭合，输出S20和S30，S20和S30线圈得电置位保持。当机械手在原始位置时（缸初始状态、缸初始状态）X002、X004闭合，输出M0，M0闭合，按下起度按钮SB1时，X000闭合，将S21线圈得电置位。接着Y001得电输出，机械手开始下移，到达B缸的下移限位时，X003闭合，S22线圈得电置位，Y002线圈得电输出，吸盘吸紧刀片，在这过程中，T0时间继电器得电输出，延时1S。图3.4 机械手PLC步进梯形图之二1S到达之后，T0时间继电器闭合，S23线圈得电置位，Y001线圈复位，机械手开始上移，当机械手到达B缸的上移限位时，X004闭合，S24线圈得电置位，Y000线圈得电输出，机械手开始右移，到达右移限位时，X001闭合，由于X005和Y003初始状态是处于闭合状态，S25线圈得电置位，机械手下移，到达下移限位时，X003闭合，S26线圈得电置位。图3.5 机械手PLC步进梯形图之三Y002线圈得电输出，吸盘放松刀片，在这过程中，T1时间继电器得电输出，延时1S。1S到达之后，T1时间继电器闭合，S27线圈得电置位，Y001线圈复位，机械手开始上移，当机械手到达缸的上移限位时，X004闭合，S28线圈得电置位，Y000线圈得电输出，机械手开始左移，到达左移限位时，X002闭合，S20线圈得电置位。图3.6 机械手PLC步进梯形图之四X002闭合，S20线圈得电置位，当传送带上的刀片运送到指定位置时，X005闭合，当机械手的缸已经复位时，X004闭合，S31线圈得电置位，传送带电动机转动以运走刀片，经2S后传送带电动机自然停止。刀片未完全运走（计时未到）时，则应等待传送带电动机停止后再将刀片移走。说明：SET（置位）线圈得电保持，RST（复位）线圈失电保护。3.5 指令表表3.2 指令表序号指令备注0LD M8002初始脉冲常开触点，用于运行PLC1SET S20将状态继电器S20置位，线圈接通保持3SET S305STL S20状态继电器S20接通后，用于实现顺序控制6LD X002左限位输入继电器，当机械手到达左限位时闭合7AND X004上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合8OUT M0中间继电器，用于辅助PLC运行9LD M010AND X000启动PLC或停止PLC11SET S21 13STL S2114SET Y001输出继电器，将Y001置位，用于机械手下移动作15LD X003下限位输入继电器，当机械手到达下限位时闭合16SET S2218STL S2219SET Y002输出继电器，将Y002置位，用于机械手吸盘吸紧刀片20OUT T0 K10时间继电器，延时1S23LD T024SET S2326STL S2327RST Y001输出继电器，将Y001复位，用于机械手上移动作28LD X004上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合29SET S2431STL S2432SET Y000输出继电器，将Y000置位，用于机械手右移动作33LD X001右限位输入继电器，当机械手到达右限位时闭合34ANI X005传送带刀片传感器，用于检测刀片是否在指定位置35ANI Y003输出继电器，用于传送带的驱动36SET S2538STL S2539SET Y001输出继电器，将Y001置位，用于机械手下移动作40LD X003下限位输入继电器，当机械手到达下限位时闭合41SET S2643STL S2644RST Y002输出继电器，将Y002复位，用于机械手吸盘放松刀片45OUT T1 K10时间继电器，延时1S48LD T149SET S2751STL S2752RST Y001输出继电器，将Y001复位，用于机械手上移动作53LA X004上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合54SET S2856STL S2857RST Y000输出继电器，将Y000复位，用于机械手左移动作58LD X002左限位输入继电器，当机械手到达左限位时闭合59SET S2061STL S3062LD X005传送带刀片传感器，用于检测刀片是否在指定位置63AND X004上限位输入继电器，当机械手到达上限位时闭合64SET S3166STL S3167OUT Y003输出继电器，用于传送带的驱动68OUT T2 K20时间继电器，延时2S71LD T272SET S3074RET循环75END结束3.6 PLC连线图LS5LS4LS3LS2SB1LS1FX2N220VYV1YV4YV3YV2FU3FU4QFLNCOMX0X1X2COM0Y0Y1Y2Y3COM1X3X4X5PELN启动/停止按钮传送带刀片传感器传送带缸驱动C缸驱动B缸驱动A缸驱动A缸右限位传感器A缸左限位传感器B缸下限位传感器B缸上限位传感器输入部分输出部分图3.7 机械手PLC外接电路连线图3.7 模拟调试1. 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先传说带A运作，将刀片运送到指定位置；2. 接着B缸动作，手臂下降，至下降限位开关动作；3. C缸动作，吸盘吸紧刀片，至左转限位开关动作；4. B缸复位，手臂上升，至上升限位开关动作；5. A缸动作，机械手将工件搬运到传说带B上方；6. B缸动作，手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；7. C缸复位，刀片放松至传送带B上8. B缸复位，手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；9. 传说B运作，将刀片传送出去，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。10. 按下停止按钮SB1或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。（说明：SB1为一复合按钮，功能实现是一开一停）4、设计过程4.1 数据变量的建立数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量名称、类型。初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。数据对象有I/O开关型、I/O数值型、I/O字符型、内存开关型等8种类型。不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。 建立工程：图4.1 新建工程向导之二图4.2 新建工程向导之三 数据词典的定义：图4.3 数据词典的变量域4.2 系统程序的编制通过定义的数据词典，编制机械手运行的程序，系统的程序如图4.2.1、图4.2.2所示。图4.4 机械手的控制程序之一图4.5 机械手的控制程序之二4.3 动画连接由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设计相应的动画属性。动画效果上移、下移、右移、左移、吸紧、复位、启动、暂停。 机械手图4.6 机械手的动画连接图4.7 机械手的水平移动连接 物体图4.8 刀片的动画连接图4.9 刀片的水平移动连接 指示灯图4.10 指示灯的动画连接 按钮图4.11 按钮的动画连接图4.12 按钮的程序定义4.4 机械手的运行通过以上的数据词典的定义，程序的编制以及动画的连接，可以实现机械手的正常运行。如图所示图4.13 机械手运作的原理图图4.14 机械手的工作示意图之一图4.15 机械手的工作示意图之二图4.16 机械手的工作示意图之图4.17 机械手的工作示意图之5、设计小结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过两个多月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。这次毕业设计,对我来说非常有意义,在设计的过程中我学到很多的关于机械手和PLC方面的知识，我以后会加强对它们的学习和应用。我觉得PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。当然机械手在工业中的应用更是越来越成熟，它必然会发挥它的最大作用。我坚信我们国家的工业会是越来越棒，我为我是一个中国人而自豪。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益总之。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1郑堤，机电一体化设计基础，北京:机械工业出版社，2011。2赵波，液压与气动技术，北京:机械工业出版社，2012。3廖常初，FX系列PLC编程及应用，北京:机械工业出版社，2011。4王世刚，机械设计基础课程设计，北京:机械工业出版社，2012。5韩晓新，三菱FX系列PLC基础及应用，北京:机械工业出版社，2010。6王文义，可编程控制器(PLC)原来与应用，北京：科学出版社，2009。7范国伟，三菱可编程序控制器技术与应用，北京：人民邮电出版社，2010。8张运刚，三菱FX2NPLC技术与应用，北京：人民邮电出版社，2007。9薛迎成，工控机及组态控制技术原理与应用，北京：中国电力出版社，2007。10刘志峰，工控组态软件实例教程，北京：电子工业出版社，2008。11张文明，组态软件控制技术，北京：清华大学出版社，2006。12汪志峰，工控组态软件，北京：电子工业出版社，2007。致 谢经过了一个多月的时间，我终于完成了毕业设计。从开始接到设计题目到系统的实现，再到设计说明书的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着他的心血和汗水，在大学四年的学习和生活期间，也始终感受着老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业设计工作顺利完成，在此向东莞理工学院城市学院的全体老师表示由衷的谢意。感谢他们四年来的辛勤栽培。在设计完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！