電控與plc課程設(shè)計(jì)--基于plc 的機(jī)械手控制

1、<p>　　電控與PLC課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　報(bào)告書</b></p><p>　　院(部)別 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　班 級(jí) </p><

2、p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　時(shí)

3、 間 2013.12.16-2013.12.27 </p><p>　　基于PLC 的機(jī)械手控制（天煌）</p><p><b>　　1.1總體設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　分別有總的啟、停按鈕，開(kāi)始時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SB 后，機(jī)械手處于原始位置，Y3 亮，過(guò)1 秒鐘，變?yōu)榉潘蔂顟B(tài)，則

4、Y1 亮，Y7 亮，準(zhǔn)備1 秒鐘后，機(jī)械手開(kāi)始順序動(dòng)作，</p><p>　　1、機(jī)械手下降：延時(shí)1 秒后，Y1 滅，按SQ1，表示到下限位的檢測(cè)信號(hào)，則Y2亮。</p><p>　　2、機(jī)械手夾緊：延時(shí)2 秒后， Y3 亮，表示夾緊。</p><p>　　3、機(jī)械手上升：延時(shí)1 秒后，Y2 滅，按SQ2，表示到上限位的檢測(cè)信號(hào)，則Y4亮，</p>&

5、lt;p>　　4、機(jī)械手右行：延時(shí)1 秒后，Y4 滅，按SQ3，表示到右限位的檢測(cè)信號(hào)，則Y5亮，</p><p>　　5、機(jī)械手下降：延時(shí)1 秒后，Y5 滅，按SQ1，到下限位后，則Y6 亮，</p><p>　　6、機(jī)械手放松：延時(shí)1 秒后，Y3 滅，Y7 亮，</p><p>　　7、機(jī)械手上升：Y6 滅，按SQ2，到上限位后，則Y8 亮，延時(shí)1 秒，Y

6、8 滅，</p><p>　　8、機(jī)械手左移：按SQ4，到左限位后，則Y1 亮，回到原始位置。然后跳到步驟1，循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　“停止”按鈕應(yīng)設(shè)有兩個(gè)，一個(gè)實(shí)現(xiàn)立即完全停止，完全停電，而另一個(gè)停止按鈕按下時(shí)，先完成整個(gè)工作過(guò)程，然后完全停電。</p><p>　　用數(shù)碼管顯示機(jī)械手下降的時(shí)間。</p><p>　　當(dāng)按下非立馬停

7、止的“停止”按鍵的同時(shí)，啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)械手完成整個(gè)工作過(guò)程，三相異步電動(dòng)機(jī)停止。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)也應(yīng)能獨(dú)立控制啟停。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?、帕私釶LC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件程序設(shè)計(jì)加深對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)。</p><p>　?、屏私釶LC控制

8、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及軟件程序。</p><p>　?、菍W(xué)習(xí)PLC的硬件連接與機(jī)械手的接線。</p><p>　　⑷熟悉PLC編程的工作原理、規(guī)則、技巧和方法。</p><p>　　1.3機(jī)械手原理及設(shè)計(jì)思想</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。</p>

9、;<p>　　圖1-1機(jī)械手組成方框圖</p><p>　　對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾-放和搬運(yùn)物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件的結(jié)構(gòu)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)

10、時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求;盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)制造過(guò)程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制.</p><p>　　機(jī)械手能模仿人臂的某些動(dòng)作功能,可以按固定程序抓取、搬物件等,可以代替人實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化,因此廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、冶金等行業(yè)。氣動(dòng)機(jī)械手與其他控制方式的機(jī)械手相比,具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高、無(wú)污染及抗干擾性

11、強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p><b>　　控制流程圖</b></p><p>　　原位→下降→夾緊→上升→右移</p><p>　　↑ ↓</p><p>　　左移←上移←———放松←下降</p><p><b>　　1.4 使用設(shè)備</

12、b></p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：</p><p><b>　　1.5 I/O分配</b></p><p><b>　　1.6設(shè)計(jì)程序</b></p><p><b>　　1.7 實(shí)驗(yàn)照片</b>

13、</p><p>　　基于PLC 的多通道溫濕度監(jiān)控裝置（天煌）</p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　用穩(wěn)壓器給定2 路輸入信號(hào)為0-5V 標(biāo)準(zhǔn)直流電壓信號(hào)分別表示為溫度、濕度對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。分別經(jīng)過(guò)EM235 轉(zhuǎn)換之后，用2 位LED 交替顯示相應(yīng)電壓值的個(gè)位和第一個(gè)小數(shù)位（靜態(tài)顯示方式），要實(shí)現(xiàn)可自動(dòng)

14、每隔2 秒交替，也可手動(dòng)按鍵交替顯示。</p><p>　　把其中的一路模擬量輸入，通過(guò)EM235 的模擬量輸出端直接輸出，可用萬(wàn)用表測(cè)量，要保證顯示精度，要有啟動(dòng)和停止按鈕。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　?、磐ㄟ^(guò)使用EM235模塊加深對(duì)PLC控制的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　

15、⑵熟悉PLC編程的工作原理、規(guī)則、技巧和方法。</p><p>　?、峭ㄟ^(guò)各器件的聯(lián)系對(duì)可編程控制的熟悉以及模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)思想</b></p><p>　　溫濕度監(jiān)控裝置主要是對(duì)空氣中溫濕度的測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行譯碼顯示，譯碼顯示只顯示檢測(cè)結(jié)果的個(gè)位和小數(shù)點(diǎn)后一位，溫濕度的結(jié)果每隔2秒交替顯示在

16、兩位譯碼器上，也可以手動(dòng)按鍵交替顯示，同時(shí)要有總的停止和啟動(dòng)。</p><p><b>　　2.4 使用設(shè)備</b></p><p><b>　　2.5 I/O分配</b></p><p><b>　　2.6 設(shè)計(jì)程序</b></p><p><b>　　2.7 實(shí)驗(yàn)

17、照片</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)更加深刻。PLC應(yīng)用技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。PLC應(yīng)用技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了許多強(qiáng)大的新型PLC，各種特殊模塊和通信連網(wǎng)器件，使可編程控制器成為及微機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的一

18、種強(qiáng)有力的工具。</p><p>　　這次的實(shí)驗(yàn)給與了我們不同的學(xué)習(xí)方法和體驗(yàn)，讓我深切的認(rèn)識(shí)到實(shí)踐的重要性。在這次課程設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題。比如對(duì)于操作指令運(yùn)用不夠熟練，導(dǎo)致編程時(shí)耗費(fèi)大量時(shí)間，但同時(shí)也加深了我對(duì)了基本操作指令的熟練掌握，收獲頗大。</p><p>　　調(diào)試的時(shí)候經(jīng)常遇到意想不到的問(wèn)題，感覺(jué)程序沒(méi)有問(wèn)題，但是實(shí)際運(yùn)用中卻發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題。這時(shí)候就需要很耐心的一遍一遍的修改程序

19、，調(diào)試程序，過(guò)程雖然繁瑣，但是每當(dāng)我解決問(wèn)題時(shí)，都會(huì)信心大增。在基于PLC的機(jī)械手控制設(shè)計(jì)中。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)接線簡(jiǎn)單，然而邏輯較為復(fù)雜，通過(guò)反復(fù)修改，才得以成功。這要感謝我的隊(duì)友們，是他們讓我鼓起了信心。</p><p>　　在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的

20、探索的艱難和成功的喜悅，使我終身受益。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在我尊敬的導(dǎo)師悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向韓耀振老師師表示誠(chéng)摯的感謝，并致以崇高的敬意!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

21、<p>　　1. 《現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》 王永華 北京航天航空大學(xué)出版社（第二版）</p><p>　　2. 《可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用》，廖常初,重慶：重慶大學(xué)出版社，2001。</p><p>　　3. 《PLC應(yīng)用技術(shù)》 徐國(guó)林  機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　　4. 《S7-200 PLC基

22、礎(chǔ)教程》 ，廖常初，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；</p><p>　　5. 《機(jī)床電氣及可編程控制器實(shí)驗(yàn)》，郁漢琪,北京：高等教育出版社，2001； </p><p>　　6. 《PLC原理及應(yīng)用》 李長(zhǎng)久  機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　

23、EM235使用說(shuō)明</b></p><p>　　本文以EM235為例講解S7-200模擬量編程，主要包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1、模擬量擴(kuò)展模塊接線圖及模塊設(shè)置</p><p>　　2、模擬量擴(kuò)展模塊的尋址</p><p>　　3、模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換</p><p><b>　

24、　4、編程實(shí)例</b></p><p>　　模擬量擴(kuò)展模塊接線圖及模塊設(shè)置</p><p>　　EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。下面以EM235為例講解模擬量擴(kuò)展模塊接線圖，如圖1。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　圖1演示了模擬量

25、擴(kuò)展模塊的接線方法，對(duì)于電壓信號(hào)，按正、負(fù)極直接接入X＋和X－；對(duì)于電流信號(hào)，將RX和X＋短接后接入電流輸入信號(hào)的“＋”端；未連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。</p><p>　　對(duì)于某一模塊，只能將輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。（后面將詳細(xì)介紹）</p><p>　　EM235的常用技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　下表說(shuō)明如何用DI

26、P開(kāi)關(guān)設(shè)置EM235擴(kuò)展模塊，開(kāi)關(guān)1到6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。</p><p>　　由上表可知，DIP開(kāi)關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)SW6為ON時(shí)，模擬量輸入為單極性輸入，SW6為OFF時(shí)，模擬量輸入為雙極性輸入。</p><p>　　SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇，而SW1，SW2，SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。</p><p&

27、gt;　　根據(jù)上表6個(gè)DIP開(kāi)關(guān)的功能進(jìn)行排列組合，所有的輸入設(shè)置如下表：</p><p>　　6個(gè)DIP開(kāi)關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。也就是說(shuō)開(kāi)關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個(gè)模塊，開(kāi)關(guān)設(shè)置也只有在重新上電后才能生效。</p><p><b>　　輸入校準(zhǔn)</b></p><p>　　模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其實(shí)出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn)，如果OFF

28、SET和GAIN電位器已被重新調(diào)整，需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其步驟如下：</p><p>　　A、切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。</p><p>　　B、接通CPU和模塊電源，使模塊穩(wěn)定15分鐘。</p><p>　　C、用一個(gè)變送器，一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。</p><p>　　D、讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的

29、測(cè)量值。</p><p>　　E、調(diào)節(jié)OFFSET（偏置）電位計(jì)，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。</p><p>　　F、將一個(gè)滿刻度值信號(hào)接到輸入端子中的一個(gè)，讀出送到CPU的值。</p><p>　　G、調(diào)節(jié)GAIN（增益）電位計(jì)，直到讀數(shù)為32000或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。</p><p>　　H、必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過(guò)程。&

30、lt;/p><p>　　EM235輸入數(shù)據(jù)字格式</p><p>　　下圖給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸入字中的位置</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　可見(jiàn)，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC）的12位讀數(shù)是左對(duì)齊的。最高有效位是符號(hào)位，0表示正值。在單極性格式中，3個(gè)連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)

31、換器（ADC）每變化1個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以8個(gè)單位變化。在雙極性格式中，4個(gè)連續(xù)的0使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化1個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以16為單位變化。</p><p>　　EM235輸出數(shù)據(jù)字格式</p><p>　　圖3給出了12位數(shù)據(jù)值在CPU的模擬量輸出字中的位置：</p><p><b>　　圖3</b></p><p

32、>　　數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（DAC）的12位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對(duì)齊的，最高有效位是符號(hào)位，0表示正值。</p><p>　　模擬量擴(kuò)展模塊的尋址</p><p>　　每個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序進(jìn)行排序，其中，模擬量根據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個(gè)字長(zhǎng)，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開(kāi)始。例如：AIW0，AIW2，AIW4……、AQW0，AQW2……。每個(gè)

33、模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個(gè)通道，即使第一個(gè)模塊只有一個(gè)輸出AQW0,第二個(gè)模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從AQW4開(kāi)始尋址，以此類推。</p><p>　　圖4演示了CPU224后面依次排列一個(gè)4輸入/4輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)8輸入數(shù)字量模塊，一個(gè)4模擬輸入/1模擬輸出模塊，一個(gè)8輸出數(shù)字量模塊，一個(gè)4模擬輸入/1模擬輸出模塊的尋址情況，其中，灰色通道不能使用。</p><p>　　模擬量值和A/D轉(zhuǎn)

34、換值的轉(zhuǎn)換</p><p>　　假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A0—Am（如：4—20mA），A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)值為D0—Dm（如：6400—32000），設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A(chǔ)＝f（D）可以表示為數(shù)學(xué)方程：</p><p>　　A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。</p><p>　　根

35、據(jù)該方程式，可以方便地根據(jù)D值計(jì)算出A值。將該方程式逆變換，得出函數(shù)關(guān)系D＝f（A）可以表示為數(shù)學(xué)方程：</p><p>　　D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。</p><p>　　具體舉一個(gè)實(shí)例，以S7-200和4—20mA為例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，我們得到的數(shù)值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

36、</p><p>　　A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4</p><p>　　假設(shè)該模擬量與AIW0對(duì)應(yīng)，則當(dāng)AIW0的值為12800時(shí)，相應(yīng)的模擬電信號(hào)是6400×16／25600＋4＝8mA。</p><p>　　又如，某溫度傳感器，－10—60℃與4—20mA相對(duì)應(yīng)，以T表示溫度值，AIW0為PLC模擬量采樣值

37、，則根據(jù)上式直接代入得出：</p><p>　　T=70×（AIW0－6400）／25600－10</p><p>　　可以用T 直接顯示溫度值。</p><p>　　模擬量值和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換理解起來(lái)比較困難，該段多讀幾遍，結(jié)合所舉例子，就會(huì)理解。為了讓您方便地理解，我們?cè)倥e一個(gè)例子：</p><p>　　某壓力變送器，當(dāng)壓力達(dá)

38、到滿量程5MPa時(shí)，壓力變送器的輸出電流是20mA，AIW0的數(shù)值是32000?？梢?jiàn)，每毫安對(duì)應(yīng)的A/D值為32000/20，測(cè)得當(dāng)壓力為0.1MPa時(shí)，壓力變送器的電流應(yīng)為4mA，A/D值為（32000/20）×4＝6400。由此得出，AIW0的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際壓力值（單位為KPa）的計(jì)算公式為：</p><p>　　VW0的值＝(AIW0的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋

39、100（單位：KPa）</p><p><b>　　編程實(shí)例</b></p><p>　　您可以組建一個(gè)小的實(shí)例系統(tǒng)演示模擬量編程。本實(shí)例的的CPU是CPU222，僅帶一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊EM235，該模塊的第一個(gè)通道連接一塊帶4—20mA變送輸出的溫度顯示儀表，該儀表的量程設(shè)置為0—100度，即0度時(shí)輸出4mA，100度時(shí)輸出20mA。溫度顯示儀表的鉑電阻輸入端接入一