氣動機械手課程設計--plc在機械手控制系統(tǒng)中的應用

1、<p>　　《電氣專業(yè)核心課綜合課程設計》</p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目： PLC在機械手控制系統(tǒng)中的應用</p><p>　　院 （系）： 機電與自動化學院 </p><p>　　專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化1003 &

2、lt;/p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013年6月17日至2013年7月2日</p><p>　　《電氣專

3、業(yè)核心課綜合課程設計》課程設計任務書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設計題目及要求…………………………………………………………1</p><p>　　1.1題目……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2控制要求………………………

4、………………………………………………1</p><p>　　1.3系統(tǒng)總體方案設計……………………………………………………………1</p><p>　　2 設備和元器件選型…………………………………………………………2</p><p>　　2.1電動機、電磁閥………………………………………………………………2</p><p>　　2.2交

5、流接觸器、熱繼電器、控制變壓器 ……………………………………4</p><p>　　2.3接近開關、限位開關、光電開關等…………………………………………7</p><p>　　3 PLC工作原理…………………………………………………………………9</p><p>　　3.1 PLC工作原理及掃描工作方式………………………………………………9</p>

6、<p>　　3.2 FX2N-48MR型PLC……………………………………………………………9</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設計…………………………………………………………………10 </p><p>　　4.1控制系統(tǒng)設計…………………………………………………………………10</p><p>　　4.2 PLC(I/O)分配……………………………

7、……………………………………10</p><p>　　4.3程序設計………………………………………………………………………10</p><p>　　5 運行調(diào)試………………………………………………………………………13</p><p>　　5.1調(diào)試過程………………………………………………………………………13</p><p>　　5.2調(diào)

8、試中出現(xiàn)的問題及解決方法………………………………………………13</p><p>　　5.3結果分析………………………………………………………………………14</p><p>　　總結……………………………………………………………………………14</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………14</p><p

9、><b>　　8. 附錄</b></p><p><b>　　課程設計報告正文</b></p><p>　　一.課程設計題目及要求</p><p><b>　?。?）題目</b></p><p>　　PLC在機械手控制系統(tǒng)中的應用</p><p>

10、<b>　　（2）控制要求</b></p><p>　　設計一個由可編程控制器（PLC）、異步電動機、電磁閥等組成的機械手 控制系統(tǒng)，完成PLC接線圖和控制梯形圖、電動機控制電路的設計，利用實驗室設備完成PLC控制梯形圖并進行運行調(diào)試。</p><p>　　機械手控制系統(tǒng)動作要求：</p><p>　　按下工作啟動按鈕，空氣壓縮機M1工作，

11、60秒后一號傳送帶電動機M2工作，一號傳送帶帶動工件運行，當光電開關SL3檢測到工件時，一號傳送帶電動機停止運轉(zhuǎn)，機械手下降電磁閥YA1工作，機械手下降，到達限位接近開關SP2，機械手停止下降, 夾緊電磁閥YA3工作，夾緊工件，2秒鐘后機械手上升電磁閥YA2工作，機械手上升，到達限位接近開關SP1，機械手旋轉(zhuǎn)電動機M3左轉(zhuǎn)，將工件運到二號傳送帶上方，機械手左轉(zhuǎn)壓到左轉(zhuǎn)限位開關SL1，機械手旋轉(zhuǎn)電動機M3停止運轉(zhuǎn)，同時機械手下降，到達限位

12、接近開關SP2，機械手停止下降并松開釋放工件，2秒鐘后機械手上升，到達限位接近開關SP1，二號傳送帶電動機M4工作，二號傳送帶帶動工件運行，同時機械手旋轉(zhuǎn)電動機M3右轉(zhuǎn)，機械手右轉(zhuǎn)壓到右轉(zhuǎn)限位開關SL2，二號傳送帶電動機M4停止運轉(zhuǎn)，一號傳送帶電動機M2又開始工作，機械手開始循環(huán)工作……</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案設計</b></p><p>　　1、機

13、械手上升限位接近開關（SP1） 2、機械手下降限位接近開關（SP2）</p><p>　　3、機械手左轉(zhuǎn)限位開關（SL1） 4、機械手右轉(zhuǎn)限位開關（SL2）</p><p>　　5、工件檢測光電開關（SL3） 6、空氣壓縮機電動機（M1）</p><p>　　7、一號傳送帶電動機（M2） 8、機械手旋轉(zhuǎn)電動機（M3）</

14、p><p>　　9、二號傳送帶電動機（M4） 10、機械手下降電磁閥（YA1）</p><p>　　11、機械手上升電磁閥（YA2） 13、機械手夾緊電磁閥（YA3）</p><p>　　二. 設備和元器件選型</p><p>　　Y系列三相交流電動機</p><p><b>　　一 簡介

15、</b></p><p>　　Y系列電動機是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動機，具有高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點。其額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，3kW及以下為“Y”接法，4kW以上為“△”接法。</p><p>　　Y系列電機用于一般無特殊要求的機械設備，如風機、水泵、機床、攪拌機等，其效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。

16、</p><p>　　按用戶需要，還可供應其他功率、電壓、頻率、濕熱帶型（TH）、防護等級等電動機。</p><p>　　如表所示為Y型電機參數(shù)列表。</p><p>　　設計中各電機選擇的型號如下，參數(shù)見表格。</p><p>　　空氣壓縮機電動機M1：Y90L-4 ；一號傳送帶電動機M2：Y100L1-4</p><p

17、>　　機械手旋轉(zhuǎn)電動機M3：Y90S-6 ；二號傳送帶電動機M4：Y100L1-4</p><p>　　氣動電磁閥 </p><p><b>　　一 簡介</b></p><p>　　電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的

18、機械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會用到電磁閥。</p><p>　　選擇型號為Q22XD-2L，電壓DC（直流）24V，線圈功率15VA的氣動閥，氣動閥其他參數(shù)如下表。</p><p>　　Q22XD-2L鋁體電磁閥是小型電磁閥為小流量換向元件，常用作大流量換向閥的先導控制及氣動回路的控制閥，也可以單獨控制耗氣量小的執(zhí)行元件</p><p>　　工作介質(zhì)： 潔凈的

19、壓縮空氣 工作壓力（mpa）： 0-0.8 mpa 有效截面積s值(mm2) ：≥2 最高切換頻率（hz）： ≥15 工作壽命（萬次）： 200 工作電壓（v）： AC：380，220，110，36； DC：220，110，24</p><p><b>　　交流接觸器</b></p><p><b>　　一 簡介&l

20、t;/b></p><p>　　交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執(zhí)行控制指令，主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用，交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導電性和耐高溫燒蝕性。</p><p><b>　　二 型號劃分</b><

21、/p><p>　　在電工學上，接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換器，主要控制對象是電動機，此外也用于其他電力負載，如電熱器，電焊機，照明設備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用，接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統(tǒng)中的重要元件之一，通用接觸器可大致分以下兩類：</p><p>　　1 交流接觸器，主要由電磁

22、機構、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成，常用的是CJ10、CJ12、CJ12B等系列和引進的CJX，3TB，B等系列。</p><p>　　2 直流接觸器，一般用于控制直流電器設備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動作原理和結構基本上與交流接觸器是相同的。</p><p>　　CJ20系列主要參數(shù)及技術性能</p><p>　　線圈額定控制電源電壓Us為：</p>

23、;<p>　　交流:50Hz，110V、127V、220V、380V；直流：110V、220V</p><p>　　機械壽命：CJ20-10、16、25、40、63、100、160為1000萬次，</p><p>　　CJ20-250、400、630為600萬次</p><p>　　接觸器輔助電路的觸頭種類、數(shù)量及基本參數(shù)</p><

24、;p><b>　　接觸器型號參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)所選電機的型號，選擇接觸器型號CJ20-10,發(fā)熱電流10A,額定工作電壓127V；其他參數(shù)見表格；</p><p>　　熱繼電器 </p><p><b>　　一 簡介</b></p><p&

25、gt;　　熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。</p><p><b>　　二．型號及其參數(shù)</b></p><p>　　熱過載繼電器（熱繼電器）適用于交流50HZ，工作電壓至660V及一下的電路中，作為三相交流電動機的過載保

26、護和斷相保護，并可與相應的交流接觸器組成起動器。</p><p>　　根據(jù)所選的接觸器，選擇熱繼電器型號為JR20-10.參數(shù)見表格。</p><p><b>　　控制變壓器</b></p><p><b>　　控制變壓器技術參數(shù)</b></p><p>　　選擇變壓器型號BK-150VA 380V

27、/127V、28V</p><p><b>　　限位開關</b></p><p><b>　　一 簡介</b></p><p>　　限位開關又稱行程開關，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上，當動物接近靜物時，開關的連桿驅(qū)動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開

28、的接點閉合，由開關接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C械裝置。</p><p><b>　　二 型號參數(shù)</b></p><p><b>　　接近開關</b></p><p><b>　　光電開關</b></p><p><b>　　一 型號參數(shù)</b>&

29、lt;/p><p>　　三 PLC工作原理</p><p>　　（1） PLC工作原理及掃描工作方式</p><p>　　PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式</p><p>　　1.每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。</p><p>　　2.輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)

30、行階段時，輸入端有新狀 </p><p>　　態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。</p><p>　　3.一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。</p><p>　　4.元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。</p><p>　　5.掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）

31、指令本身占有的</p><p>　　時間 (3)指令條數(shù)。</p><p>　　6.由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即</p><p>　　輸入/輸出響應延遲。</p><p>　　FX2N-48MR型PLC</p><p><b>　　一 簡介</b></p&g

32、t;<p>　　①靈活的配置 除了具有滿足特殊需求的大量特殊模塊外,6個基本單元中的每個單元可擴展至256I/O </p><p>　?、诟咚龠\算 基本指令:0.08us/指令,應用指令:1.52至幾百us/指令 </p><p>　?、弁怀龅募拇嫫魅萘?FX2N系列包括8K步內(nèi)置RAM寄存器,用一個寄存器盒可擴展到16RAM或EEPROM </p&

33、gt;<p>　?、茇S富的元件資源 </p><p><b>　　二 型號</b></p><p><b>　　四. 控制系統(tǒng)設計</b></p><p>　?。?）控制系統(tǒng)設計（要求有系統(tǒng)方框圖，程序流程圖等）</p><p><b>　　系統(tǒng)方框圖</b>

34、</p><p>　　PLC（I/O）分配及硬件接線</p><p><b>　　硬件接線見附件</b></p><p>　　程序設計（簡述程序控制過程）</p><p><b>　　系統(tǒng)程序</b></p><p><b>　　自動程序流程圖</b>&

35、lt;/p><p><b>　　自動程序如下：</b></p><p>　　按下啟動開關X0，Y0(空氣壓縮機)一直有輸出，60s后，Y6(一號皮帶電機)輸出，當X6（光電開關）閉合時，Y6停止輸出同時Y2（下降電磁閥）開始輸出，當X2（下降接近開關）閉合時，Y2停止輸出同時Y5（夾緊電磁閥）開始輸出，兩秒之后Y1（上升電磁閥）輸出，當X1（上升接近開關）閉合時，Y1停止

36、輸出同時Y3（左轉(zhuǎn)）輸出，當X3（左限位）閉合時，Y3停止輸出同時Y2開始工作，當X2再次閉合時，Y2停止工作同時Y5也停止工作，兩秒鐘后，Y1開始工作，當X1閉合時，Y4工作同時Y7工作，當X4（右限位）閉合時，Y4 ，Y7停止工作同時Y6又開始工作（循環(huán)）。其中按下X6（停止），機械手停止動作。</p><p><b>　　手動程序如下：</b></p><p>

37、<b>　　五 運行調(diào)試</b></p><p><b>　　1 調(diào)試過程</b></p><p>　　（1）將已編好的程序輸入到計算機的FXGPWIN程序中</p><p>　?。?）根據(jù)PLC的I/O分配，連接好PLC外部線路</p><p>　?。?）將FXGPWIN中已編好的程序?qū)懭氲絇LC

38、中</p><p><b>　?。?）開始調(diào)試</b></p><p>　　2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>　?。?）接好線路后，按下氣動按鈕，設備都無反應。后來通過監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，停止X5的常閉沒有導通，后來問老師得知PLC內(nèi)的停止時常開，改成常開后就可以了。</p><p>　?。?）機械手動作中包含了

39、多次相同動作，PLC無法區(qū)別是那次。解決方法，加入計數(shù)器，計兩次數(shù)，這樣就可以區(qū)別兩次下降，以實現(xiàn)兩次之后的不同運行動作。</p><p>　?。?）出現(xiàn)了很多次不需要運行的動作卻運行了。解決方法，用輔助繼電器去鎖住不應該運行的動作。</p><p><b>　　3 結果分析</b></p><p>　　通過多次的調(diào)試，程序由一開始的很多錯誤，

40、到可以按要求實現(xiàn)運行。但是這樣的設計要求很明顯還是有很大的缺陷，比如當電動機沒有正常運行時，PLC沒有相應的反應去控制電動機讓其重新正常工作，或停止工作以避免發(fā)生事故。如果要投入到實際工程中，還是要改進。</p><p><b>　　六 總結</b></p><p>　　該機械手已經(jīng)在生產(chǎn)實際中運用。用機械手搬運物體，顯得效率的提高。在本次程序的設計中還有許多地方顯得

41、不足，如卸荷閥在程序中的具體應用沒有體現(xiàn)出來。在電機和安全方面設計的還不夠。自己主要設計機械手動作的邏輯順序。</p><p><b>　　程序不夠完善。</b></p><p>　　在本次設計中，我學會了運用CAD繪制電氣接線圖。對電氣的操作規(guī)范有了深刻的認識。在程序設計中要總體設計程序思路。然后分塊設計。在程序設計中我加強理解PLC基本指令的使用方法。對基本指令的

42、具體運用有了深刻的概念。</p><p>　　在程序的調(diào)試階段，體會到調(diào)試程序的重要性。在自己設計的程序一般來說都有許多邏輯錯誤如果不經(jīng)過調(diào)試一般很難發(fā)現(xiàn)，如：輸出的覆蓋，上一句話線圈接通，而下一條指令卻又把它關斷，在如該復位的再下一個模式里沒有復位?？傊?，會有許多問題。</p><p>　　經(jīng)過這兩周的實習，我對PLC的認識進一步加強。在設計接線圖時，理解了硬件部分。在硬件中輸入運用PL

43、C的內(nèi)部24V電源。在輸出中運用外接24V電源驅(qū)動。這些問題如果不實際操作很難深刻認識。程序設計中，復習了各種指令的運用。加強；了自己的動手能力。我們應該多參加這樣的訓練。</p><p><b>　　七 參考文獻</b></p><p>　　[1]鐘肇新等.可編程控制器原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2003</p><p>　　

44、[2]廖常初.可編程控制器的編程方法與工業(yè)應用[M].重慶：重慶大學出版社，2001</p><p>　　[3]張進秋.可編程控制器原理及應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]欽和.可編程控制器應用技術與設計實例[M].北京：人民郵電出版社，2004</p><p>　　[5]鄭洪生.氣壓傳動及控制[M].北京:機械工業(yè)出版社，1

45、987</p><p>　　[6]吳振順.氣壓傳動與控制[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995</p><p>　　[7]徐永生.氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社，1999</p><p><b>　　附錄1電氣原理圖</b></p><p>　　附錄二 PLC硬件接線圖</p><p&g