機(jī)電傳動控制plc課程設(shè)計--示教機(jī)械手

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言...............................................................2</p><p>　　1. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求.............................................3</p><p

2、>　　1.1 課程設(shè)計的任務(wù).................................................3</p><p>　　1.2 設(shè)計要求..............................................3</p><p>　　1.3課程設(shè)計動作要求.........................................

3、.....3</p><p>　　2. 總體設(shè)計........................................................4</p><p>　　2.1 PLC選型.......................................................4</p><p>　　2.2 PLC端子分配設(shè)計...

4、............................................5</p><p>　　2.3 控制原理圖..............................................6</p><p>　　3. PLC程序設(shè)計.....................................................8</p>

5、;<p>　　3.1 設(shè)計思想........................................................8</p><p>　　3.2 順序功能圖設(shè)計..................................................8</p><p>　　3.3 PLC梯形圖設(shè)計.....................

6、.............................10</p><p>　?。?）主程序.. .....................................................10</p><p>　?。?）公用子程序...................................................11</p><p&

7、gt;　?。?）手動子程序...................................................12</p><p>　?。?）自動子程序.................................................13</p><p>　?。?）回原點(diǎn)程序.........................................

8、..........17</p><p>　　4. 程序模擬調(diào)試說明................................................19</p><p>　　結(jié)束語............................................................23</p><p>　　參考文獻(xiàn).........

9、.................................................24</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐

10、。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分撿，本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用的德國西門子S7-200系列PLC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動作。 </p>&

11、lt;p>　　機(jī)電傳動以及控制系統(tǒng)總是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的。單就機(jī)電而言，它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了成組拖動，單電動機(jī)拖動和多電動機(jī)拖動三個階段。所謂成組拖動，就是一臺電動機(jī)拖動一根天軸，再由天軸通過皮帶輪和皮帶分別拖動各生產(chǎn)機(jī)械，這種生產(chǎn)方式效率低，勞動條件差，一旦電動機(jī)放生故障，將造成成組機(jī)械的停車；所謂但電動機(jī)的拖動，就是用一臺電動機(jī)拖動一臺生產(chǎn)機(jī)械，它雖然較成組拖動前進(jìn)了一步，但當(dāng)一臺生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動部件較多時，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)

12、復(fù)雜；多電動機(jī)拖動，即是一臺生產(chǎn)機(jī)械的每一個運(yùn)功部件分別由一臺電動機(jī)拖動，這種拖動的方式不僅大大的簡化了生產(chǎn)機(jī)械的傳動機(jī)構(gòu)，而且控制靈活，為生產(chǎn)機(jī)械的自動化提供了有利的條件。</p><p>　　1.課程設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　1.1課程設(shè)計的任務(wù)</p><p>　?。?）完成《課程設(shè)計指導(dǎo)書》所要求的控制循環(huán)。</p><p&g

13、t;<b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　1）畫出端子分配圖和順序功能圖</p><p>　　2）設(shè)計并調(diào)試PLC控制梯形圖</p><p><b>　　3）設(shè)計說明書</b></p><p>　　1.2課程設(shè)計的動作要求</p><p>　　示教機(jī)械手控制

14、系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　1．單循環(huán)為：</b></p><p>　　1）從原點(diǎn)開始下降；2）吸工件，延時1秒；3）上升；4）右轉(zhuǎn)；5）下降；6）放下工件，延時1秒；7）上升；8）左轉(zhuǎn)，回原點(diǎn)。</p><p>　　2．要求有四種工作方式：手動、單步、單周期、連續(xù)。</p><p>　　3．連續(xù)時，循環(huán)5次結(jié)

15、束，聲光間斷報警5秒。</p><p><b>　　2.總體設(shè)計</b></p><p>　　2.1 PLC的選型 </p><p>　　在選擇PLC時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的

16、PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)</p><p>　　1、PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。</p><p>　　2、 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位

17、、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng);模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。 <

18、/p><p>　　3、存儲器容量的估算;存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。</p><

19、;p>　　4、控制功能的選擇;該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。</p><p>　　綜上所述，選擇CPU型號為216的PLC。</p><p>　　2.2 PLC端子分配圖</p><p>　　示教機(jī)械手的端子分配圖如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 示教機(jī)械手端子分配圖&

20、lt;/p><p><b>　　2.3 控制原理圖</b></p><p>　　外部接線圖如圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 外部接線圖</p><p>　　操作面板示意圖如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3操作面板示意圖</p><p><b>

21、;　　3.PLC程序設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1 設(shè)計思想</b></p><p>　　該機(jī)械手能完成手動，單步，單周期，連續(xù)工作，在主程序中，SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理不同工作方式之間的相互轉(zhuǎn)換。在自動回原點(diǎn)方式下，I2.1為ON，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序。在其他三種

22、工作方式下執(zhí)行“自動”子程序。程序的總體思想是啟保停的編程方法。機(jī)械手的上升，下降，左行，右行，放松與夾緊，可用5個線圈來控制，機(jī)械手的上，下，左，右限位可用傳感器或限位開關(guān)來控制。</p><p>　　自動：當(dāng)機(jī)械手處于起始位置時，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)開關(guān)閉合。 將控制旋鈕調(diào)到連續(xù)，按下啟動按鈕，關(guān)閉上限位左限位，自動程序開始運(yùn)行，機(jī)械手下降，關(guān)閉啟動按鈕。然后按下下限位開關(guān)，機(jī)械手開始吸工件并延時1S，延時

23、完后按夾緊到位，機(jī)械手上升。按上限位，機(jī)械手右行。按右限位機(jī)械手下降。按下限位，機(jī)械手放工件并延時1S。延時完后上升，按上限位和左限位，則左行。完成后計數(shù)器加一，并重復(fù)上述操作則。 </p><p>　　手動：在手動方式下，I2.0為ON，執(zhí)行“手動程序”子程序。每按一次啟動，執(zhí)行一步。</p><p>　　3.2 順序功能圖設(shè)計</p><p>　　回原點(diǎn)

24、順序功能圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 回原點(diǎn)順序功能圖</p><p>　　自動程序順序功能圖：</p><p>　　圖3.2自動程序順序功能圖</p><p>　　3.3 PLC梯形圖設(shè)計</p><p>　?。?）主程序：圖3.3是主程序 SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在

25、手動方式下，I2.0為ON，執(zhí)行“手動程序”子程序。I2.1為ON，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序。在其他三種工作方式下執(zhí)行“自動”子程序。</p><p>　　圖3.31 主程序結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）圖3.32為公用程序，用于處理各種方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以處理不同工作方式間的切換。機(jī)械手在原點(diǎn)的條件為，左限位開關(guān)I0.4.上限位開關(guān)I0.2 的常開觸點(diǎn)閉合，表示機(jī)械手松開的Q0.4的常閉

26、觸點(diǎn)閉合，此時“原點(diǎn)條件”M0.5 為ON 在開始執(zhí)行用戶程序（SM0.1為ON），或者系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或自動回原點(diǎn)狀態(tài)(I2.0或I2.1為ON)時,初始步對應(yīng)的M0.0將被置位，為進(jìn)人單步，單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時M0.5 為OF 狀態(tài)，M0.0 將被復(fù)位，初始步為不活動步，無法進(jìn)入單步，單周期或連續(xù)的工作方式工作。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將圖3.2中除初始步以外的各

27、步對應(yīng)的存儲器位(M2.0-M2.7)復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。在非連續(xù)方式下，I2.4的常閉觸點(diǎn)斷開，則啟動后表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7 復(fù)位。</p><p>　　圖3.32 公用程序</p><p>　　(3) 手動程序: 圖3.33為手動程序,為了保證系統(tǒng)的安全，在手動程序中設(shè)置

28、了一些必要的連鎖: 1.設(shè)置上升和下降之間、左行和右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個輸出同時為ON。2.用限位開關(guān)I0.1-I0.4 限制機(jī)械手移動的范圍。3.用上限位開關(guān)I0.2 的常開觸點(diǎn)與控制左行和右行的Q0.3 和Q0.2的線圈串聯(lián)，使機(jī)械手只有升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時與別的物體碰撞。</p><p><b>　　圖3.33手動程序</b></p

29、><p>　　(4) 自動程序:圖3.34為自動程序梯形圖單周期、連續(xù)和單步這三種工作方式主要是用“連續(xù)”標(biāo)志M0.7 和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6 來區(qū)分的。</p><p>　　1.單步與非單步的區(qū)分。</p><p>　　M0.6 的常開觸點(diǎn)接在每一個控制代表步的存儲器位的啟動電路中，它們斷開時禁止步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如果系統(tǒng)處于單步工作方式,I2.2 為1狀態(tài)，它

30、的常閉觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”存儲器位M0.6 在一般情況下為0 狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件滿足，如果沒有按啟動按鈕I2.6,M0.6 處于0狀態(tài),啟保停電路的啟動電路處于斷開狀態(tài),不會轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下啟動按鈕I2.6,M0.6 在I2.6 的上升沿ON一個掃描周期,M0.6 的常開觸點(diǎn)接通，系統(tǒng)才會轉(zhuǎn)換到下一步。系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期(非單步)工作方式時，,I2.2 的常閉觸點(diǎn)接通，使M0.

31、6 為1狀態(tài)，串聯(lián)在各啟保停電路的啟動電路中的M0.6 的常開觸點(diǎn)接通，允許步與步之間的正常轉(zhuǎn)換。</p><p>　　2.單周期與連續(xù)的區(qū)分：在連續(xù)工作方式下,I2.4 為1狀態(tài)。在初始步為活動步時按下啟動按鈕I2.6,M2.0 變?yōu)?狀態(tài),機(jī)械手下降。與此同時，控制連續(xù)工作的MO.7 的線圈“通電”并自鎖。當(dāng)機(jī)械手在步M2.7 返回最左邊時,I0.4 為1狀態(tài)，因為“連續(xù)”標(biāo)志位M0.7 為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿

32、足，系統(tǒng)將返回步M2.0,反復(fù)連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕I2.7 后,M0.7 變?yōu)? 狀態(tài),但是機(jī)械手不會立即停止工作,在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后,機(jī)械手返回最左邊，左限位開關(guān)I0.4 為1狀態(tài),轉(zhuǎn)換條件滿足,系統(tǒng)才從步M2.7 返回并停留在初始步。</p><p>　　在單周期工作方式下,M0.7一直處于0狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在最后一步M2.7 返回最左邊時，左限位開關(guān)I0.4為1的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)返

33、回并停留在初始步。</p><p>　　圖3.34 自動程序梯形圖</p><p>　　（5）自動回原點(diǎn)程序圖：在回原點(diǎn)工作方式下,I2.1為ON。按下啟動I2.6,M1.0 變?yōu)镺N,機(jī)械手上升。升到上限位開關(guān)時,I0.2 為ON,機(jī)械手左行，到左限位開關(guān)時,I0.4 變?yōu)镺N,將步M1.1復(fù)位，同時將Q0.4復(fù)位,機(jī)械手松開。這時原點(diǎn)條件滿足，M0.5 為ON,在公用程序中,初始步M0

34、.0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好了準(zhǔn)備，因此可以認(rèn)為步M0.0是步M1.1的后續(xù)步。</p><p>　　圖3.35 自動回原點(diǎn)程序</p><p>　　4程序調(diào)試模擬調(diào)試說明</p><p>　　在連續(xù)條件下完成一個工作周期：</p><p>　　按下上限位I0.2和左限位I0.4，開啟原點(diǎn)條件。</p>&l

35、t;p>　　按下連續(xù)開關(guān)I2.4之后按下啟動I2.6。開始執(zhí)行Q0.1，機(jī)械手下降。</p><p>　　關(guān)閉I0.2和I0.4，按下下限位I0.1，置位Q0.4機(jī)械手夾緊，計時器T37開始計時1S。</p><p>　　計時器T37計時結(jié)束后，執(zhí)行Q0.0，機(jī)械手上升。</p><p>　　關(guān)閉下限位I0.1，按下上限位I0.2后開始執(zhí)行Q0.3右行。<

36、;/p><p>　　按下右限位I0.3開始執(zhí)行Q0.1下降。</p><p>　　關(guān)閉上限位I0.2，開啟下限位I0.1，復(fù)位Q0.4，機(jī)械手松開。記計時器T38開始計時1S。</p><p>　　計時器T38計時結(jié)束后，執(zhí)行Q0.0機(jī)械手上升。</p><p>　　關(guān)閉下限位I0.1開啟上限位I0.2，開始執(zhí)行Q0.2，機(jī)械手左行。</p

37、><p>　　到達(dá)左限位后完成一次循環(huán)，計數(shù)器加一</p><p>　　圖4.1 機(jī)械手下降</p><p>　　圖4.2機(jī)械手夾緊置位</p><p><b>　　圖4.3機(jī)械手上升</b></p><p><b>　　圖4.4機(jī)械手右行</b></p><

38、p><b>　　圖4.5機(jī)械手下降</b></p><p>　　圖4.6機(jī)械手夾緊復(fù)位</p><p><b>　　圖4.7機(jī)械手上升</b></p><p><b>　　圖4.8機(jī)械手左行</b></p><p>　　圖4.9左行到左限位，計數(shù)器加一開始下一循環(huán)<

39、/p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　結(jié)束語 就此課程設(shè)計就要告一段落，縱觀整個設(shè)計過程，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認(rèn)識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過論分析與實踐的反復(fù)進(jìn)行和論證，許多問題都有了較好的解決方案。 通過此次設(shè)計，讓我了解了plc梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我更加了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。也為期末考試的PLC部分

40、做了充分的復(fù)習(xí)。</p><p>　　“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。”。 通過這次綜合實踐，我更加看清了自己的不足之

41、處。為了搞好這次課程設(shè)計，通過查閱資料以及在老師和同學(xué)的幫助下，最終基本達(dá)到了設(shè)計目的。通過實踐，鞏固了理論知識的學(xué)習(xí)，提高了實際應(yīng)用所學(xué)知識的能力，還積累了許多寶貴的經(jīng)驗。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】陳白寧 段智敏 《機(jī)電傳動控制》 東北大學(xué)出版社 2008</p><p>　　【2】廖常初