PLC课程设计机械手电气控制系统设计.doc

《PLC技术与工程应用》

课程设计任务书

课题名称： 机械手电气控制系统设计
专业班级： 电气自动化技术102班

河南机电高等专科学校 自动控制系
2012-06-01
1、概述
机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。机械手机构控制涉及了PLC、传感器、电机驱动等技术。
机械手实验设备如图1所示。该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。

图1. 机械手实验设备
1.1 输出驱动单元
该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。
1.2 输入检测单元
每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到位。该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号。
2、输入输出接口电路介绍
机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。设计输入输出接口电路 (如图2所示) 的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板。

图2. 输入输出接口电路板
2.1 输入接口电路板
输入接口电路板原理图如图3所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24V DC ；逻辑0：0V DC)。板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。

图3. 输入接口电路板电气原理图
本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。各信号线对应的行程开关如表1所示。
表1. 输入信号线与行程开关对应关系表
输入信号线序号
(自左到右)
对应行程开关
备 注
1
左转到位
I0.3
2
右转到位
I0.4
3
退回到位
I0.5
4
伸出到位
I0.6
5
上移到位
I0.7
6
下移到位
I1.0
7
手指张开到位
I1.1
8
手指夹紧到位
I1.2
2.2 输出接口
输出接口(如图4所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。
左图为驱动电路板电气原理图，继电器A吸合、B释放，对应的电机正转；继电器A释放、B吸合，对应的电机反转；继电器A、B同时释放，电机停止运行；不允许二者都吸合。右图为输出接口电路板电气原理图，当PLC输出的某路控制信号有效时，对应的输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。

图4. 输出接口电路电气原理图
(左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板)
本设备有8个输出控制信号，对应输出接口电路板的8根输出信号线。各输出信号线对应的电动机动作关系如表2所示。
表2. 输出信号线与电动机动作对应关系表
输出信号线序号
(自左到右)
对应电动机
备 注
1
摆动电机左转
Q0.0
2
摆动电机右转
Q0.1
3
水平电机伸出
Q0.2
4
水平电机退回
Q0.3
5
垂直电机上移
Q0.4
6
垂直电机下移
Q0.5
7
手指电机张开
Q0.6
8
手指电机夹紧
Q0.7

3、电气原理图

4、 控制流程图

5、 组态控制
5.1 创建系统画面

5.2 I/O口设备组态，建立组态与PLC的设备连接

5.3 通过使用开发系统中工具箱的工具画出机械手控制系统的监控画面

5.4 定义立体车库的动画连接

6、 输入输出I/O表
输入状态
输入点
启动
I0.0
停止
I0.1
复位
I0.2
左转到位
I0.3
右转到位
I0.4
退回到位
I0.5
伸出到位
I0.6
上移到位
I0.7
下移到位
I1.0
手指张开到位
I1.1
手指夹紧到位
I1.2

输出状态
输出点
摆动电机左转
Q0.0
摆动电机右转
Q0.1
水平电机伸出
Q0.2
水平电机退回
Q0.3
垂直电机上移
Q0.4
垂直电机下移
Q0.5
手指电机张开
Q0.6
手指电机夹紧
Q0.7
输入I/O点

输出I/O点

参 考 文 献
[1]王永华. 现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2007
[2]西门子(中国)有限公司.S7-200可编程控制器产品目录.2004
[3]张凤珊,祖龙起.电气控制及可编程序控制器.中国轻工业出版社,2006
[4]张兴国.可编程序控制器技术及应用.中国电力出版社,2006

附录：程序
主程序

子程序 复位