基于西門子s7-200plc對機械手搬物控制的電氣設(shè)計

1、Xxoo 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目基于西門子s7-200plc對機械手搬物控制的電氣設(shè)計專業(yè)名稱機電設(shè)備維修與管理學(xué)生姓名指導(dǎo)教師畢業(yè)時間2014年7月摘要機械手能在許多勞動過程中模仿人的各種動作.機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。本次PLC實驗設(shè)計是通過機械手實物教學(xué)模型來模擬使用S7-200來實現(xiàn)對機械手的控制。本次實驗設(shè)計涵蓋了PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)，機械手實物教學(xué)模型的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、汽缸、氣夾等機械部件組成。在電氣方面有步進電機、步進電機驅(qū)動器、傳感器、限位開關(guān)、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成同時采用西門子S7-200可編

2、程控制器。編程方面采用順序控制來編程，先畫出流程圖，然后一步一步編程，子程序需要個PLC控制步進電機程序。最后加一個手動控制機械手的程序， 并做出面控制面板來。通信并把程序下載到PLC上，實現(xiàn)用控制面板手動控制機械手。關(guān)鍵字：可編程控制器PLC，機械手，步進電機驅(qū)動器、步進電機，傳感器目 錄第一章 引言4第二章 plc及其應(yīng)用62.1 PLC的概念62.2 PLC的組成62.3 PLC工作原理及其特點82.4 PLC的應(yīng)用8第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計93.1氣動機械手的控制要求93.2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)103.3系統(tǒng)的控制面板操作與工作方式103.4 本章小結(jié)11第四章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

3、124.1可編程控制器的CPU選擇124.2氣動機械手的I/O地址分配表124.3 PLC外部接線圖134.4 氣動機械手控制流程圖144.5 程序設(shè)計梯形圖154.6 本章小結(jié)15第五章 系統(tǒng)調(diào)試165.1 使用設(shè)備165.2 調(diào)試過程16第六章 設(shè)計總結(jié)17致謝詞19參考文獻20附 錄21梯形圖21第一章 引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本

4、身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)，金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而生產(chǎn)的。自上世紀(jì)六十年代，機械手被實現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（全自動生化分析儀），從而實現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗中急需短時間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機械手因采用樣品品單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計，造成試劑價格昂貴，限制了產(chǎn)品市

5、場的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進步，機械手的設(shè)計已經(jīng)實破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國 OI 公司的產(chǎn)品，可針對單一項目，次序加 4 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ，檢測器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強大支持。有專家估計未來10 年，全自動流動分析儀的市場份額中，將有 50 被全自動化學(xué)分析機械手取代。 通過了解上述兩類產(chǎn)品的技術(shù)特點我們不難看出，機械手具有微升級試劑消耗，不受模板束縛，分析中不同檢測項目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長掃描優(yōu)化檢測條件，用戶可自行設(shè)計新的檢測項目，體積小，甚至可做現(xiàn)場快速分析等特點。 由此也不難看出，以前流動分析中不適合的用戶群，如樣品檢

6、測單一種類少而樣品量多的情況，為機械手的應(yīng)用提供了可能性。對衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機械手的設(shè)計特點而使取代昂貴的試劑，降低分析成本成為可能。機械手不能完全取代流動分析產(chǎn)品一個重要的理由是：一些特殊樣品處理技術(shù)不能在線實現(xiàn)，如萃取、高溫蒸餾，需要離線進行，相信隨著技術(shù)的進步，這些方面的技術(shù)也會提高。正如一句廣告語所講的“沒有最好，只有更好” 。且現(xiàn)代化的注塑機常常配置有機械手，以提高生產(chǎn)效率。注塑機械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機械手是為注塑生產(chǎn)自動化專門配備的機械，它可以在減輕繁重的體力勞動、改

7、善勞動條件和安全生產(chǎn)；提高注塑成型機的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及氣動技術(shù)自身的一些優(yōu)點，氣動機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。近20年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高

8、；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近30多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20世紀(jì)70年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為9:1，而30多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達到6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀(jì)80年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達20%以上，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、PLC技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動

9、、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作”。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度

10、自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標(biāo)位置。對加速度限制十分嚴格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的SIN氣缸。氣動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝；用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。此外，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣

11、動自動調(diào)節(jié)病床，Robodoc機器人，da Vinci外科手術(shù)機器人等。第二章 plc及其應(yīng)用2.1 PLC的概念可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)

12、合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。2.2 PLC的組成PLC的構(gòu)成： PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器

13、接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：圖2-1 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)PLC的各組成元素的構(gòu)成及功能：1、CPU的構(gòu)成及功能-CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令

14、規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。2、I/O模塊- PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O種類有開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等。3、內(nèi)存-內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。不同機型的PLC期內(nèi)存大小也不盡相同，除主機單元的已有的內(nèi)存區(qū)外，大部分機型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴展。4、電源模塊-PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路

15、提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 5、底板或機架-大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。6、PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備-i) 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編寫程序、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。某些PLC也配有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。ii)

16、 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面也非常普及。iii)輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。7、PLC的通信聯(lián)網(wǎng)-依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實

17、現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用。對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先,網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議和機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。2.3 PLC工作原理及其特點 PLC的工作原理：PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式

18、進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC的特點：1抗干擾能力強、可靠性高。2.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。3.編程方便，易于使用。4.功能強大，成本低。5.設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短。6.維護方便。2.4 PLC的應(yīng)用 初期的PLC主要在以開關(guān)量居多的電氣順序控制系

19、統(tǒng)中使用，但在20世紀(jì)90年代后，PLC也被廣泛地在流程工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用，一直到現(xiàn)在的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PLC更是其中的主角，起應(yīng)用面越來越廣.目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車、糧食加工、化學(xué)/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。PLC的主要應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵聨追N： 中小型電氣控制系統(tǒng)。制造業(yè)自動化。運動控制。 流程工業(yè)自動化。第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1氣動機械手的控制要求氣動機械手動作示意圖如圖3-1所示，氣動機械手的功能是將工件從A點搬運到B點，控制要求為：圖3-1 氣動機械手示意圖1、氣動機械手的升降和左右移動分別由不同的雙線圈電磁閥實現(xiàn)，電磁

20、閥線圈失電時能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運動；2、上升、下降的電磁閥線圈分別為MB2、MB1；右行、左行的電磁閥線圈為MB3、MB4； 3、機械手的夾鉗由單線圈電磁閥MB5來實現(xiàn)，線圈通電夾緊，斷電松開；4、機械手的夾鉗的松開，夾緊通過延時1.7s實現(xiàn)；5、機械手下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)BG1、BG2、BG3、BG4來實現(xiàn)。3.2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)圖3-2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)圖3.3系統(tǒng)的控制面板操作與工作方式3.3.1操作面板操作機械手用來將工件從A點搬運到B點，輸出Q0.1為1時工件被夾緊，為0時被松開。工作方式選擇開關(guān)的5個位置分別對應(yīng)于5種工作方

21、式，操作面板左下部的6個按鈕式手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷負載電源，設(shè)置了交流接觸器QA。PLC開始運行時按下“負載電源”按鈕，使QA線圈得電并自鎖，QA的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。3.3.2 氣動機械手的工作方式系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點五種工作方式（如圖3-3）。1、手動工作方式時，用I1.3I1.5以及I2.0I2.2對應(yīng)的6個按鈕分別獨立控制機械手的下降、上升、右行、左行、夾緊、放松；2、回原位工作方式時，按下“回原位”按鈕，則機械手自動返回原位；3、單步工作方式時，從初始步開始

22、，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試；4、單周期的工作方式時，按下啟動按鈕I0.0后，從初始步M10.3開始，機械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步；5、連續(xù)工作方式時，按下啟動按鈕I0.0后，機械手按順序功能圖的規(guī)定連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕。圖3-3氣動機械手的控制面板3.4 本章小結(jié)本章主要講述了氣動機械手的控制要求，氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)，并通過手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點五種工作方式實現(xiàn)機械手的運行。 第四章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計4.1可編程控制器

23、的CPU選擇根據(jù)控制要求，分析后知所需17個輸入5個輸出，可以選擇西門子S7-200系列的PLC：1、CPU222(8DI/6DO x DC24V ) 價格為人民幣1,826.00元和一個擴展模塊EM221(16DI x DC24V) 價格為人民幣1,022.00元，共需人民幣2848.00元；2、CPU224(14DI/10DO x DC24V ) 價格為人民幣2,699.00元和一個擴展模塊EM221(8DI x DC24V) 價格為人民幣698.00元，共需人民幣3397.00元；3、CPU226(24DI/16DO x DC24V ) 價格為人民幣4,857.00元。在價格方面考慮理應(yīng)

24、選擇CPU222(8DI/6DO x DC24V )和一個擴展模塊EM221(16DI x DC24V)的PLC ，但是本次課程設(shè)計的目的是掌握PLC的控制思想，為簡化繪圖最終選擇CPU226(24DI/16DO x DC24V )的PLC。4.2氣動機械手的I/O地址分配表氣動機械手的I/O地址分配表如表4-1所示：表4-1 氣動機械手的I/0地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動啟動按鈕SF1I0.0下降停止下限位開關(guān)BG1I0.1上升停止上限位開關(guān)BG2I0.2右行停止右限位開關(guān)BG3I0.3左行停止左限位開關(guān)BG4I0.4回原位操作回原位開關(guān)-I0.5停止停止按

25、鈕SF2I0.6手動操作手動開關(guān)-I0.7單步操作單步開關(guān)-I1.0單周期操作單周期開關(guān)-I1.1輸入信號連續(xù)操作連續(xù)開關(guān)-I1.2下降下降按鈕SF3I1.3上升上升按鈕SF4I1.4右行右行按鈕SF5I1.5左行左行按鈕SF6I2.0夾緊夾緊按鈕SF7I2.1松開松開按鈕SF8I2.2輸出信號下降下降電磁閥MB1Q0.0夾緊、松開夾松電磁閥MB5Q0.1上升上升電磁閥MB2Q0.2右行右行電磁閥MB3Q0.3左行左行電磁閥MB4Q0.44.3 PLC外部接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負載電源的類型等的設(shè)計是結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定的。氣動機械手控制外部接線圖如圖4-2所示。圖4-2

26、CPU226的I/O接線圖4.4 氣動機械手控制流程圖在進行程序設(shè)計時，首先應(yīng)明確對象的具體控制要求。由于CPU對程序的串行掃描工作方式，會造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時間，最長可達兩個掃描周期，程序越長，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡潔緊湊。另一方面，同一控制對象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時序會發(fā)生變化，此時，要求程序修改方便、簡單，即要求程序有較好的柔性。PLC工作原理：接通電源時系統(tǒng)啟動開始掃描，掃描手動開關(guān)，是執(zhí)行手動操作，手動操作不需要按工序順序動作；掃描回原點開關(guān)，是執(zhí)行回原點操作；掃描單步開關(guān)，是執(zhí)行單步

27、操作；掃描單周期開關(guān)，是檢測是否在原點，是執(zhí)行單周期操作；掃描連續(xù)操作，是檢測是否在原點，是執(zhí)行連續(xù)操作。除了連續(xù)操作以外，其他操作執(zhí)行完以后自動重新掃描。圖4-3氣動機械手控制流程圖4.5 程序設(shè)計梯形圖程序設(shè)計的梯形圖如附錄中的附圖1所示，語句表如附錄中的附表1所示。4.6 本章小結(jié)本章主要講述了可編程控制器的CPU選擇根據(jù)控制要求選擇了西門子S7-200系列的PLC，通過氣動機械手的I/O地址分配表，PLC外部接線圖，氣動機械手控制流程圖來實現(xiàn)了對機械手的控制。第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 使用設(shè)備在調(diào)試中使用的是中國.啟動新科教電子儀器公司所生產(chǎn)的XK-TPLC C型可編程PLC控制儀。主機

28、用的CPU226，還用了EM223和EM235兩個擴展模塊。5.2 調(diào)試過程首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點擊運行并對其指出的錯誤進行修改，修改完最終運行無誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計的要求接好線，確定無誤后按下啟動按鈕。啟動后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計中八個動作依次有序進行操作的要求，務(wù)必對其進行修正。在這種情況下我采取了以下方案：方案一：在沒有確定設(shè)備是否曾在問題的情況下，首先我們對設(shè)備進行了檢測，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來完成整個過程以確定初次的接

29、線過程是否有誤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運行的結(jié)果和先前一樣出現(xiàn)燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。 方案二：通過對程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語法上的錯誤。會不會是運行的速度太快而出現(xiàn)一個周期接一個周期的快速運行呢？在帶著這個問題的情況下把程序的每個動作網(wǎng)絡(luò)多家了一個stop指令加以驗證，然后將程序?qū)懭隨TEP-7-Micro/WIN編程軟件中運行，運行結(jié)果顯示沒有錯誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會按照設(shè)計動作的要求依次亮起而且程序也能按照設(shè)計的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利用方案二就完成了整個實驗的調(diào)試。第六章 設(shè)計總結(jié)通過這次機械手設(shè)計讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動化控制

30、中離不開PLC的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時減少勞動力和生產(chǎn)成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進步我相信多功能復(fù)雜的機械手將會在不久的將來出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計出更符合現(xiàn)代社會所需求的產(chǎn)品。以下是我對其在未來發(fā)展方向及展望：1、重復(fù)精度化 ：精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確

31、，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。2、 模塊化：有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機械手運動自如。由于模塊化氣動機械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)

32、計的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機械手的一個重要特點。模塊化氣動機械手使同一機械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴大了機械手的應(yīng)用范圍，是氣動機械手的一個重要的發(fā)展方向。3、無給油化：為了適應(yīng)食品、醫(yī)藥、生物工程、電子、紡織、精密儀器等行業(yè)的無污染要求，不加潤滑脂的不供油潤滑元件已經(jīng)問世。隨著材料技術(shù)的進步，新型材料（如燒結(jié)金屬石墨材料）的出現(xiàn)，構(gòu)造特殊、用自潤滑材料制造的無潤滑元件，不僅節(jié)省潤滑油、不污染環(huán)境，而且系統(tǒng)簡單、摩擦性能穩(wěn)定、成本低、壽命長。4、機電氣一體化：由“可編程序控制器-傳感器-氣動元件”組成的典型的控制系統(tǒng)仍然是自動化技術(shù)的重要方面；發(fā)展與電子技術(shù)相結(jié)合的自適應(yīng)控制氣動元件，使氣動技術(shù)從“開關(guān)控制”進入到高精度的“反饋控制”；省配線的復(fù)合集成系統(tǒng)，不僅減少配線、配管和元件，而且拆裝簡單，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。而今，電磁閥的線圈功率越來越小，而PLC的輸出功率在增大，由PLC直接控制線圈變得越來越可能。氣動機械手、氣動控制越來越離不開PLC，而閥島技術(shù)的發(fā)展，又使PLC在氣動機械手、氣動控制中變得更