顯像管搬運機械手課程設計

1、目錄前言.11 課題的基本要求.42 總體設計.52.1 PLC選型.52.2 I/O點端子接線圖.62.3 操作面板示意圖.93 PLC程序設計.103.1 設計思想.103.2 顯像管搬運機械手順序功能圖.113.3 PLC梯形圖.14主程序梯形圖.14通用程序梯形圖.14自動程序梯形圖 .15 3.3.4 手動程序梯形圖20 3.3.5 復位程序梯形圖.224 程序調(diào)試說明. .244.1 自動模擬調(diào)試.244.2 復位模擬調(diào)試.26結束語.27參考文獻.28前言1、PLC的概念可編程控制器（Programmable Controller）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術，自動化技術

2、，網(wǎng)絡通訊技術于一體的通用工業(yè)控制裝置。英文縮寫為PC或PLC。它具有體積小、功能強、程序設計簡單、靈活通用、維護方便等一系列優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更得到用戶的好評。因而在機械、能源、化工、交通、電力等領域得到了越來越廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC,機器人和CAD/CAM）之一。2、PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強 PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 (2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，

3、已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。(3)PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。(4)PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器 可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (5)

4、易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (6)系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造 PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外

5、部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (7)體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。3 PLC應用領域(1) 用于順序控制 順序控制是根據(jù)有關輸入開關量的當前與歷史的狀況，產(chǎn)生所要求的開關量輸出，以使系統(tǒng)能按一定順序工作。這是系統(tǒng)工作最基本的控制。(2) 用于過程控

6、制 過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過程控制的目的就是，根據(jù)有關模擬量的當前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開關量、或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求工作。是連續(xù)生產(chǎn)過程最常用的控制，過程控制的類型很多。(3) 用于運動控制 運動控制主要指，對工作對象的位置、速度及加速度所作的控制?？梢允菃巫鴺耍纯刂茖ο笞髦本€運動；也可是多坐標的，控制對象的平面、立體，以至于角度變換等運動PLC也已具備處理脈沖量的能力。(4)用于信息控制信息控制也稱數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。隨著技術的發(fā)展，PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作

7、控制，還可用作系統(tǒng)的信息控制。(5) 用于遠程控制遠程控制是指，對系統(tǒng)的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。4 PLC應用于機械手控制近年來，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。為此，各高校的電氣自動化、電氣工程、供用電技術、機電一體化等相關專業(yè)相繼開設了有關可編程控制器原理及應用的課程。 高等工科院校的培養(yǎng)目標的首要任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的各類技術人才，這種人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)必須有一定的實踐教學環(huán)節(jié)。學生通過實踐教學環(huán)節(jié)的訓練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨立工作能力和創(chuàng)新能力。 實訓是各種實踐性環(huán)節(jié)的綜合訓練，是工程

8、實用技能的訓練。可編程控制器應用技術是先進的自動化控制技術，是亟待掌握的實用技術，對于這樣一門應用性廣、實踐性強的專業(yè)課，必須通過各種形式的實訓環(huán)節(jié)，構筑實踐環(huán)境，強化工程意識，提高應用能力。 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。工業(yè)機械手就這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。電氣方面有電機、開關電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、氣動技術等，是機電一體化的典型代表儀器之一。機械手是由PLC輸出三路來分別驅動左右移動、上下升降和

9、手部的夾緊放松。工業(yè)機械手模型可在空間按固定動作抓放單個物體，可代替人工在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)。機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它可在空間抓、放、搬運物體等，動作靈活多樣，廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)。應用PLC控制機械手能實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，不僅可以提高產(chǎn)品的質量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。本文以西門子S7-200 CPU226的PLC為基礎，介紹PLC在機械手搬運控制中的應用，并給出了詳細的PLC程序設計過程。該程序已在工業(yè)機械手中獲得了廣泛應用，具有穩(wěn)定、

10、可靠的性能。1 課題的基本控制要求題目：顯像管搬運機械手控制設計搬運機械手包括：擺動缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤升降缸、鉗口合龍缸、吸盤、回轉電機。每個汽缸的雙向動作都有限位檢測開關。控制流程如下圖所示。其中“擺動到清洗機”動作執(zhí)行，除了圖中的前提條件外，還有“清洗機到位”的附加條件。1) 按停止按鈕，完成當前循環(huán)后再停。2）按復位按鈕，立即返回原位停止。 3）要求可以實現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)控制?？刂埔笕鐖D1.1所示。顯像管搬運機械手工作循環(huán)流程圖2 總體設計2.1 PLC選型顯像管搬運機械手控制需要36個輸入，17個輸出，但CPU的集成輸出形式和模塊的電源規(guī)格有關。直流電源輸入的CPU模塊輸出

11、為直流晶體管，采用交流電源輸入的CPU模塊的輸出為繼電器觸點，內(nèi)部帶有光耦器件。根據(jù)本課題需要選擇S7-200型PLC，PLC的CPU 選擇(CPU226繼電器輸出,24輸入，16輸出）由于集成輸入輸出不夠，需擴展模塊，由此選擇擴展模塊（EM223 16入 24VDC/16出，繼電器）。如下表所示S7-200 CPU模塊的型號與訂貨號序號訂貨號注釋CPU16ES7211-0AA23-OXB0CPU221 DC/DC/DC,6輸入/4輸出26ES7211-0BA23-OXB0CPU221繼電器輸出,6輸入/4輸出36ES7212-1AB23-OXB8CPU222 DC/DC/DC,8輸入/6輸出

12、46ES7212-1BB23-OXB8CPU222繼電器輸出,8輸入/6輸出56ES7214-1AD23-OXB8CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出66ES7214-1BD23-OXB8CPU224繼電器輸出,14輸入/10輸出76ES7214-2AD23-OXB8CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO86ES7214-2BD23-OXB8CPU224XP 繼電器輸出,14DI/10DO,2AI/1AO96ES7216-2AD23-OXB8CPU226 DC/DC/DC,24輸入/16輸出106ES7216-2BD23-OXB8CPU226繼電器

13、輸出,24輸入/16輸出擴展模塊116ES7 221-1BH22-OXA8EM221 16入 24VDC,開關量126ES7 221-1BF22-OXA8EM221 8入 24VDC,開關量136ES7 221-1EF22-OXA0EM221 8入 120/230VAC,開關量146ES7 222-1BF22-OXA8EM222 8出 24VDC,開關量156ES7 222-1EF22-OXA0EM222 8出 120/230VAC,0.5A開關量166ES7 222-1HF22-OXA8EM222 8出 繼電器176ES7 222-1BD22-OXA0EM222 4出 24VDC 固態(tài)-MO

14、SFET186ES7 222-1HD22-OXA0EM222 8出 繼電器 干觸點196ES7 223-1BF22-OXA8EM223 4入/4出 24VDC ,開關量206ES7 223-1HF22-OXA8EM223 4入 24VDC /4出,繼電器216ES7 223-1BH22-OXA8EM223 8入/8出 24VDC ,開關量226ES7 223-1PH22-OXA8EM223 8入 24VDC /8出,繼電器236ES7 223-1BL22-OXA8EM223 16入/16出 24VDC ,開關量246ES7 223-1PL22-OXA8EM223 16入 24VDC /16出,

15、繼電器 2.2 I/O點端子接線圖搬運機械手包括：擺動缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤升降缸、鉗口合龍缸、吸盤、回轉電機，每個汽缸的雙向動作都有限位檢測開關。清洗機還有 “清洗機到位”的附加條件，選擇自動控制輸入、輸出的同時按任務要求還有手動控制，所以I/O分配的時候還得選擇手動控制輸入，具體輸入詳見I/O端子接線圖。2.3 操作面板示意圖工作方式選擇開關3個位置分別對應3種工作方式，操作面板上的旋鈕是控制手動、單周期、連續(xù)，而左下部的15個按鈕是手動按鈕。出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源，具體控制如圖2.3。3 PLC程序設計3.1設計思想 機械手的控制要求和運行過程比較復雜，在這基礎上

16、我的設計思想是將一個復雜的控制過程分解為若干個工作狀態(tài)，弄清楚各工作的工作細節(jié)（狀態(tài)功能、轉移條件和轉移方向）再根據(jù)總的控制順序要求，將這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來，就構成了這個程序設計的主要路線。選擇控制方案的時候，可用子程序和自動順序控制，我選擇了子程序控制，設計思想是用單獨的自動子程序控制單周期和連續(xù)。在子程序中加入手動程序跟復位子程序。 在這個課題中，有多種不同的工況，對本課題要求的機械手控制要求我按以下幾.4種工況設置：（1）手動工作1）調(diào)試工作（手動要求）：利用按鈕對機械手每一動作單獨進行控制。例如，按“下降”按鈕，機械手下降；按“上升”按鈕，機械手上升。2）回原位：因為機械手在自動工況下

17、必須從原點開始安工序工作。如果機械手因某種原因不在原點位置，可用手動使機械手置于原點位置（機械手在下面和左邊，且鉗口處于打開狀態(tài)，擺動缸處于前位置）（2）自動工作1）單周期工作：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工序自動完成一個周期的動作，返回原點后停止。2）連續(xù)工作按下啟動按鈕，機械手從原點開始安工序自動反復連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕或者復位按鈕，機械手自動停機；所以在設計中，設計了一個“啟保停回路”來判斷有沒有按停止按鈕以及控制連續(xù)步。3.2 顯像管搬運機械手順序功能圖機械手的控制要求和運行過程比較復雜，將控制過程分解為若干個工作狀態(tài)，各工作有自己的的工作細節(jié)，也有總的控制順序要求，將

18、這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來，就構成了這個程序設計的主要路線，也就是順序功能圖，它可以明確的表達機械手執(zhí)行動作的過程，具體如圖3.1。3.3 PLC梯形圖主程序梯形圖通用程序梯形圖自動程序梯形圖自動程序設計當I2.3接通，M4.1連續(xù)步接通。通過起保停電路使得程序連續(xù)進行。若M4.1未接通，則程序進行單周期。3.3.4手動程序梯形圖執(zhí)行手動程序，通過各個手動觸點進行程序的進行。3.3.5復位程序梯形圖 當觸點置復位觸點時，程序通過初始限位從而使得復位達到效果。4 程序模擬調(diào)試說明4.1自動程序調(diào)試說明當程序進入自動子程序機械手在初始位置時，程序開始執(zhí)行，通過限位開關從而控制程序的進行，燕尾縮回顯像管輸

19、出并行燕尾伸出，轉盤回轉并行吸盤上升，擺動復位，回轉復位4.2復位模擬調(diào)試當復位開關打開，程序停止并且通過初始限位回到初始位置。復位圖在調(diào)試時應對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求。在模擬調(diào)試過程中如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設定值過小，我們來不及反應，我們可以適當增加時間，模擬調(diào)試結束后再寫入它們的實際設定值。另外，對開關的開和結束語查閱了很多本資料，里面都有講機械手在實際生活中的應用，能按固定程序抓取、搬運物件。我做的題目是顯像管搬運機械手控制系統(tǒng)。通過上課老師的講解和自己各方面的查資料。我們基本學會了PLC設計的步聚和基本方法。PLC是應用在工業(yè)環(huán)境中的東西，是模擬量和數(shù)字量的轉換，在我們完成這個課題的同時，學習寫程序是我們的任務之一，但是完成程序后還得仔細檢查錯誤，一步一步的進行調(diào)試，直至完成課題的控制要求，我把這次課程設計當作一個世紀實踐，在完成了課題的要求時，我對PLC的工作原理和使用方法有了深刻的理解，在對理論的運用中，提高了我們的學習能力，在實際模擬中，也提高了我的動手能力。 在程序的編寫過