信息与电气工程学院
课程设计说明书（2010/2011学年第一学期）
课程名称：可编程控制器应用
题目：机械手搬运单元控制
专业班级：电气0701班
学生姓名：周建林
学号：070060126
指导教师：岑毅南、霍振宇、陆巍等
设计周数：两周
设计成绩：
2011 年1月11日
目录
前言 (2)
1.课程设计目的 (2)
2.系统分析 (2)
3.系统设计 (3)
3.1.控制要求 (3)
3.2.硬件选择 (3)
3.3.输入输出点的地址分配 (5)
4.程序设计 (6)
4.1程序流程图 (6)
4.2内容变量分配表 (6)
4.3西门子S7-200运行程序梯形图 (8)
4.3.1西门子S7-200运行界面 (8)
4.3.2梯形图 (8)
5.课程设计结论和体会 (12)
5.1结论 (12)
5.2体会 (12)
6.参考文献 (13)
前言
本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。

机械手在当今工业中有着举足轻重的作用, 是工业生产的必然产物，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，是自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。

实践证明，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。

显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。

实践证明，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，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。

它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。

因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

1.课程设计目的
课程设计是学生完成本学期教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。

这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

其主要目的：
一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

二、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

三、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

四、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

2.系统分析
将机械手的原点（即原始状态）定位左位，高位，放松状态。

在原始状态下，按下“启动”和“自动”按钮进入启动状态，检测到下工作台有工件时，机械手下降到低位，夹紧工件，上升到高位，右转到右位，下降到低位，机械手放松，上升到高位左转回到原始位置。

当切换按钮转到“手动”位时，重复按下“单步”按钮，进行单步控制。

当按下“复位”键时，机械手回复到原始状态。

其动作逻辑关系图如下：
原位→下降→夹紧→上升→逆时针转180度
↑↓
顺时针180度←上升←放松←下降
1个启动/停止切换按钮，分别完成启动和停止控制。

1个自动/手动切换按钮，分别完成自动和手动控制。

1个复位开关，实现复位功能。

1个单步开关，实现单步控制。

3.系统设计
3.1.控制要求
当工件被送到机械手下方后，机械手将向下运动，然后锁紧夹爪；当工件被夹住后，机械手上升，到达上端后，手臂向右旋转180°。

当到达右侧后夹爪向下并释放工件，然后上升，最后机械手臂向左摆动、复位，并发出信号，将控制权交给下一单元。

技术要求：
(1) 机械夹爪上下运动
(2)机械夹爪锁紧后将有信号产生
(3)机械手臂左右摆动（180°）
(4)只有当机械手臂下降到低端时才能作开合动作
(5)完成动作后，发出信号给下一单元
3.2.硬件选择
从工艺要求中可以看出控制方式为两种，分别完成自动方式（I0.3=0）和手动方式（I0.3=1）的运动，启动/停止按钮I0.0完成启动（I0.0=1）和停止（I0.0=0）功能，复位信号I0.1完成系统的复位，单步按钮I0.2用于控制手动方式的单步控制。

机械手运动的限位开关共有4个，左限位开关I0.6和右限位开关I0.7，高限位开关I1.0、低限位开关I1.1。

机械手锁紧检测信号I1.2（锁紧时I1.2=1，松开时I1.2=0）。

共有9个输入信号。

输出信号有机械手右转驱动信号Q0.0，左转驱动信号Q0.1，下降驱动信号Q0.2，下降机械手夹紧驱动信号Q0.3（夹紧Q0.3=1，放松Q0.3=0）。

共有4个输出信号。

该系统需要输入9点，输出4点。

可选择S7-200系列的CPU224即可满足要求，CPU224作为本控制系统的控制器。

机械手搬运单元控制系统如下图：
3.3.输入输出点的地址分配
4.程序设计
4.1程序流程图
4.2内容变量分配表
右
位 起动
4.3西门子S7-200运行程序梯形图4.3.1西门子S7-200运行界面
4.3.2梯形图
主程序：
子程序：
5.课程设计结论和体会
5.1结论
气压摆动机械手能将工件从一个工位，传到下一个工位的工作，它从外部结构上把自动线中的各台自动机床联系成一个整体。

有一定的握力和工作速度，有准确的定位精度，将零件可靠地装上夹具，能准确可靠的完成预定工作。

5.2体会
通过这次课程设计让我对PLC的理论有了更加深入的了解，同时在具体的设计过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至差别很大。

通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际，避免称为只会纸上谈兵的赵括。

这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

很感谢学校和老师给我们安排了这次课程设计，让我真正感受到的是合作的重要，许多时候都是组员的讨论，老师的指导中的一句半句启发了我，就出现的让人欣喜的结果；理论知识同样很重要，有些问题都是由于基础知识掌握不好才出现的。

6.参考文献
[1] 天津大学编写组，工业机械手设计基础，天津科学技术出版社，1980
[2]王承义，机械手及其应用，机械工业出版社，1981
[3]朱龙根，机械系统设计，机械工业出版社，2004
[4]机械工程手册编辑委员会，机械工程手册，补充本（二）机械工业出版社，1981
[5]钟肇新、彭侃编译可编程控制器原理及应用第二版广州：华南理大学出版社，2003.5
[6]钟肇新，范建东主编. 可编程控制器原理及应用. 第三版. 广州：华南理大学出版社，2003.5
[7]求是科技编著 PLC应用开发技术与工程实践北京人民邮电出版社，2005.1
[8]郝海青. 串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据库硕博士论文， 2002。