課程設計說明書---plc機械手臂

1、<p>　　《電氣控制與PLC》課程設計評閱書</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　PLC結構、工作原理及系統(tǒng)設計</p><p><b>　　PLC的結構</b></p><p&

2、gt;<b>　　PLC的工作原理</b></p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的構成、設計原則及步驟</p><p><b>　　案機械手臂的設計方</b></p><p>　　機械手臂的控制內容及要求</p><p><b>　　設備要求</b></p><

3、;p><b>　　機械手臂的總體設計</b></p><p><b>　　外部接線圖</b></p><p><b>　　軟件設計部分</b></p><p><b>　　總結</b></p><p><b>　　參考文獻</b>

4、;</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　可編程控制器是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），即PLC，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。</p><p>　　它以微處理器為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏

5、輯控制，還可以定時、計數(shù)和算術運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。20世紀60年代以前，汽車流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制。在60年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，而汽車的每一次更新的周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動控制系統(tǒng)更新就越來越頻繁，原來的繼電器控制就需要經常地重新設計和安裝，從而延緩了汽車的更新間。所以人們就想能有一種通用性和靈活性較強的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制系統(tǒng)。

6、</p><p>　　PLC在制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應用。1971年，日本引進了這項技術，并開始生產自己的PLC。1973年，歐洲一些國家也研制出了自己的PLC。1974年，我國也開始仿照美國的PLC技術研制自己的PLC，終于在1977年研制出第一臺具有實用價值的PLC。</p><p>　　毫無疑問，PLC將在今后的工業(yè)生產中起到非常重要的作用。在20世紀80年代，美國的工業(yè)

7、市場調查報告和1989年美國的一份分散控制系統(tǒng)（DCS）的調研報告中，都能看出PLC在工業(yè)控制中的重要作用。</p><p>　　一、PLC的結構、工作原理及系統(tǒng)設計</p><p><b>　　1、PLC的結構</b></p><p>　　PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。根據結構形式的不同，PLC的基

8、本結構分為整體式和模塊式結構兩類。</p><p>　　整體式（又稱箱體式）結構的PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內。這種結構的特點是結構簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性較低。其基本結構框圖如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 整體式結構</p>

9、<p>　　模塊式（又稱組合式）結構的PLC是將中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應的模塊，應用時將這些模塊根據控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線相互聯(lián)系。模塊式的PLC安裝完成后，需進行登記，以便PLC對安裝在總線上的各模塊進行地址確認，其特點是系統(tǒng)構成的靈活性較高，可以構成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時價格也較高?；窘Y構框圖如圖1-2所示。 </

10、p><p>　　2、 PLC的工作原理</p><p>　　PLC與繼電器構成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說PLC以“

11、串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據輸入和邏輯控制結構就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。 </p><p>　　3、 PLC控制系統(tǒng)的構成、設計原則及步驟</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。</p><p>　

12、　對于整個PLC控制系統(tǒng)來說，其硬件部分不僅包括選擇符合控制要求的PLC機型、存儲器容量、電源模塊、輸入/輸出模塊、通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊等，還應當包括選擇合適的可編程控制器外圍裝置、設備與接口，如輸入設備（控制按鈕、開關、傳感器等）、執(zhí)行裝置（接觸器、繼電器等）和由執(zhí)行裝置控制的現(xiàn)場設備（水泵、鼓風機、閥門等）。</p><p>　　軟件部分主要包括對PLC進行I/O點地址、內部繼電器、定

13、時器、計數(shù)器等的分配，PLC控制程序的設計（梯形圖、語句表、流程圖等），還有一些技術文件等。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)是為工藝流程服務的，所以它首先要能很好地實現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC控制系統(tǒng)的設計應遵循以下原則。</p><p>　?。?）根據工藝流程進行設計，力求控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。</p><p>　?。?）在滿足控制要求的前提下，

14、盡量減少PLC系統(tǒng)硬件費用。</p><p>　?。?）考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設計時應考慮PLC的可擴展性。</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)使用和維護方便、安全可靠。 </p><p>　　一般PLC控制系統(tǒng)的設計步驟如圖1-7所示，具體操作如下。</p><p><b>　?。?）控制要求分析

15、</b></p><p>　　在設計PLC控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進行細致的分析，詳細了解控制對象和控制要求，這樣才</p><p>　　能真正明白自己所要完成的任務，并更好地完成任務，設計出令人滿意的控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）確定輸入/輸出設備</p><p>　　根據控制要求選擇合適的輸入設備（控制按鈕、開關、

16、傳感器等）和輸出設備（接觸器、繼電器等），根據所選用的輸入/輸出設備的類型和數(shù)量確定PLC的I/0點數(shù)。</p><p>　　（3）選擇合適PLC</p><p>　　確定PLC的I/0點數(shù)后，就根據I/0點數(shù)、控制要求等來進行PLC的選擇。選擇包括機型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。</p><p>　　（4）I/0點數(shù)分配</p>

17、<p>　　點數(shù)分配就是規(guī)定PLC的I/0端子和輸入/輸出設備。</p><p>　?。?）PLC程序設計</p><p>　　首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號和輸出要控制的設備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進行程序編制。</p><p><b>　?。?）模擬調試</b></p>

18、;<p>　　程序編制好后，可以用按鈕和開關模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進行模擬調試，使控制程序基本滿足控制要求。</p><p><b>　?。?）現(xiàn)場聯(lián)機調試</b></p><p>　　現(xiàn)場聯(lián)機調試就是將PLC與現(xiàn)場設備進行調試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實際問題，然后經過修正后使其滿足控制要求。</p><p>

19、;<b>　?。?）整理技術文件</b></p><p>　　這一步主要包括整理與設計有關的文檔，包括設計說明書、I/O接線原理圖、程序清單和使用說明書等。</p><p>　　二、機械手臂的設計方案</p><p>　　1、機械手臂的控制內容及要求</p><p>　　（1）機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖</p>

20、<p>　　機械手電控系統(tǒng)，除了有許多工步特點外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便的在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回回原點時，系統(tǒng)自動回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。（2）下圖是機械手控制程序的步驟和方法。</p><p><b>　　2、設備要求</b&g

21、t;</p><p>　　當設備啟動后，旋鈕開關轉向回原點，設備處于待命狀態(tài)。</p><p>　　旋鈕開關打向手動，整個設備需要點東狀態(tài)。</p><p>　　旋鈕開關打向自動，設備會自動運行程序。</p><p>　　三、機械手臂的總體設計</p><p><b>　　外部接線圖</b><

22、;/p><p><b>　　2、軟件設計部分</b></p><p>　　各個器件和PLC軟元件及簡單說明下圖。</p><p>　　地址 對應的外部設備</p><p>　　I0.0 啟動按鈕開關&l

23、t;/p><p>　　I0.1 停止按鈕開關</p><p>　　I0.2 急停</p><p>　　I0.3 手動</p><p>　　I0.4

24、 自動</p><p>　　I0.5 回原點</p><p>　　I1.1 上升限位開關</p><p>　　I1.2 下降限位開關&l

25、t;/p><p>　　I1.3 左移限位開關</p><p>　　I1.4 右移限位開關</p><p>　　I1.5 放松限位開關</p><p>　　I1.0

26、 夾緊限位開關</p><p>　　Q0.1 上升</p><p>　　Q0.2 下降</p><p>　　Q0.3 左

27、移</p><p>　　Q0.4 右移</p><p>　　Q0.5 放松</p><p>　　Q0.0 夾緊</p><p>　　LD SM0.1&l

28、t;/p><p>　　= M0.0</p><p>　　LD M0.0</p><p>　　O M4.1</p><p>　　AN I0.1</p><p>　　= M4.1</p><p>　　LD I0.0</p><p&

29、gt;　　A M4.1</p><p>　　O M0.1</p><p>　　AN I0.1</p><p>　　= M0.1</p><p>　　LD M0.1</p><p>　　AN I0.2</p><p><b>　　LP

30、S</b></p><p>　　A I0.4</p><p>　　= M0.2</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I0.3</p><p>　　AN M2.1</p><p>　　AN

31、 M2.2</p><p>　　= M2.0</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　A I0.5</p><p>　　= M3.0</p><p>　　LD M0.2</p><p>　　A I2.

32、1</p><p>　　O M0.3</p><p>　　AN M0.4</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　= M0.3</p><p>　　LD M0.3</p><

33、;p>　　A I2.2</p><p>　　O M0.4</p><p>　　AN M0.5</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　A I0.4</p><p>　　= M0.4</p><p>　　LD M

34、0.4</p><p>　　A I2.0</p><p>　　O M0.5</p><p>　　AN M0.6</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　= M0.5</p>&

35、lt;p>　　LD M0.5</p><p>　　A I2.1</p><p>　　O M0.6</p><p>　　AN M0.7</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　=

36、 M0.6</p><p>　　LD M0.6</p><p>　　A I2.4</p><p>　　O M0.7</p><p>　　AN M1.0</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p>

37、<p>　　= M0.7</p><p>　　LD M0.7</p><p>　　A I2.2</p><p>　　O M1.0</p><p>　　AN M1.1</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN

38、 I0.2</p><p>　　= M1.0</p><p>　　LD M1.0</p><p>　　LD I0.1</p><p>　　CTU C20, 9</p><p>　　LD M1.0</p><p>　　A I2.5</p&

39、gt;<p>　　O M1.1</p><p>　　AN M1.2</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　= M1.1</p><p>　　LD M1.1</p><p>　　

40、A I2.1</p><p>　　O M1.2</p><p>　　AN M0.3</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　= M1.2</p><p>　　LD M1.2</

41、p><p>　　A I2.3</p><p>　　O M0.3</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN I0.2</p><p>　　AN M0.4</p><p>　　AN I0.1</p><p>

42、　　= M0.3</p><p>　　LD M2.0</p><p>　　A I0.0</p><p>　　O M2.1</p><p>　　AN M2.2</p><p>　　= M2.1</p><p>　　LD M2.1<

43、;/p><p>　　A I2.1</p><p>　　O M2.2</p><p>　　AN M2.0</p><p>　　AN I2.3</p><p>　　= M2.2</p><p>　　LD M2.2</p><p&g

44、t;　　O M2.0</p><p>　　A I2.3</p><p>　　= M2.0</p><p>　　LD M3.0</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A I1.1</p><p>　　A

45、N I2.1</p><p>　　= M3.1</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I1.2</p><p>　　AN I2.2</p><p>　　= M3.2</p><p><b>

46、;　　LRD</b></p><p>　　A I1.3</p><p>　　AN I2.3</p><p>　　= M3.3</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I1.4</p><p>　　

47、AN I2.4</p><p>　　= M3.4</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I1.5</p><p>　　AN I2.5</p><p>　　= M3.5</p><p><b&g

48、t;　　LPP</b></p><p>　　A I1.0</p><p>　　AN I2.6</p><p>　　= M3.6</p><p>　　LD M0.5</p><p>　　O M1.1</p><p>　　O M2.

49、1</p><p>　　O M3.1</p><p>　　= Q0.1</p><p>　　LD M0.3</p><p>　　O M0.7</p><p>　　O M3.2</p><p>　　= Q0.2</p><

50、;p>　　LD M1.2</p><p>　　O M2.2</p><p>　　O M3.3</p><p>　　= Q0.3</p><p>　　LD M0.6</p><p>　　O M3.4</p><p>　　= Q

51、0.4</p><p>　　LD M1.0</p><p>　　O M3.5</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　LD M0.4</p><p>　　O M3.6</p><p>　　= Q0.6</p>&

52、lt;p><b>　　四、總結</b></p><p>　　本次PLC課程設計，我們用PLC控制機械手模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工

53、件（或工具）的部件。運動機構，使手臂完成各種移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作。</p><p>　　在設計過程中，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結合開發(fā)、設計產品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和互聯(lián)網成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知

54、不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p><p>　　程憲平主編.機電傳動與控制.武漢：華中科技大學出版社，2003.</p><p>　　鄧星鐘.機電傳動控制. 武漢：華中科技大學出

55、版社.</p><p>　　王永華編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術.北京：北京航空航天出版社，2008</p><p>　　殷洪義主編.可編程控制器選擇設計與維護.北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　程子華，PLC原理與實例分析.北京:國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　高欽和，可編程控制器應用技術及其設計實例.北京