氣動機械手PLC控制系統(tǒng)設計

成績： 成績：2011~2012學年第1學期機電控制綜合設計課程設計設計題目名稱：氣動機械手控制系統(tǒng)設計院系名稱：機電工程專業(yè)班級：學生姓名：學號：指導教師：材料目錄序號名稱數(shù)量備注1課程設計任務書12課程設計說明書13圖紙04562011年12 目錄之中。 機電工程學院課程設計說明書設計題目:氣動機械手控制系統(tǒng)設計學生姓名：學號：專業(yè)班級：指導教師：2011年12內(nèi)容摘要本課題主要目的是通過S7-200PLC的設計，實現(xiàn)機械手的物料搬運，其中包括手開工作方式，回原位工作方式，單步工作方式，單周期工作方式，連續(xù)工作方式，以及一些關于平安保護類要求。具體來說包括實現(xiàn)機械手的各種動作控制，像上升、下降、左行、右行、夾緊以及放松的控制，另外該過程中還包括分析系統(tǒng)硬件要求，選擇適宜工作方式，選擇適宜的CUP以及合理分配I/O地址和完成PLC外部接線圖，最后完成氣動機械手的程序設計梯形圖，并進行調(diào)試，完成語句表。關鍵詞:機械手；S7-200PLC；可編程技術目錄TOC\o"1-2"\h\z\t"標題3,3,副標題,2,三級標題,3"第1章引言1第2章系統(tǒng)總體方案設計22.1氣動機械手的控制要求22.2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)32.3系統(tǒng)的控制面板操作與工作方式32.3.1操作面板操作32.3.2氣動機械手的工作方式3第3章PLC控制系統(tǒng)設計53.1可編程控制器的CPU選擇53.2氣動機械手的I/O地址分配表53.3PLC外部接線圖63.4氣動機械手控制流程圖73.5程序設計梯形圖8結論9設計總結10謝辭11附錄12參考文獻19引言由于氣壓傳動系統(tǒng)使用平安、可靠，可以在高溫、震動、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，它具有結構簡單、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)復雜的動作等優(yōu)點。所以氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(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確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應用。本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用西門子系列S7-200PLC，對機械手的上升、下降、左行、右行、夾緊以及放松進行控制。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。系統(tǒng)總體方案設計2.1氣動機械手的控制要求氣動機械手動作示意圖如圖2-1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2-1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BG1、BG2、BG3、BG4來實現(xiàn)。2.2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)圖2-2氣動機械手的氣壓傳動系統(tǒng)圖2.3系統(tǒng)的控制面板操作與工作方式2.3.1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。工作方式選擇開關的5個位置分別對應于5種工作方式，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。2.3.2氣動機械手的工作方式系統(tǒng)設有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點五種工作方式〔如圖2-3〕。1、手開工作方式時，用I1.3—I1.5以及I2.0—I2.2對應的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，那么機械手自動返回原位；3、單步工作方式時，從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統(tǒng)轉換到下一步，完成該步的任務后，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2-3氣動機械手的控制面板PLC控制系統(tǒng)設計3.1可編程控制器的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/6DOxDC24V)價格為人民幣1,826.00元和一個擴展模塊EM221(16DIxDC24V)價格為人民幣1,022.00元，共需人民幣2848.00元；2、CPU224(14DI/10DOxDC24V)價格為人民幣2,699.00元和一個擴展模塊EM221(8DIxDC24V)價格為人民幣698.00元，共需人民幣3397.00元；3、CPU226(24DI/16DOxDC24V)價格為人民幣4,857.00元。在價格方面考慮理應選擇CPU222(8DI/6DOxDC24V)和一個擴展模塊EM221(16DIxDC24V)的PLC，但是本次課程設計的目的是掌握PLC的控制思想，為簡化繪圖最終選擇CPU226(24DI/16DOxDC24V)的PLC。3.2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3-1所示：表3-1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BG1I0.1上升停止上限位開關BG2I0.2右行停止右限位開關BG3I0.3左行停止左限位開關BG4I0.4回原位操作回原位開關-I0.5停止停止按鈕SF2I0.6手動操作手動開關-I0.7單步操作單步開關-I1.0單周期操作單周期開關-I1.1輸入信號連續(xù)操作連續(xù)開關-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MB4Q0.43.3PLC外部接線圖PLC外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計是結合系統(tǒng)的控制要求來設定的。氣動機械手控制外部接線圖如圖3-1所示。圖3-1CPU226的I/O接線圖3.4氣動機械手控制流程圖在進行程序設計時，首先應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，那么控制精度就越低。因此，在實現(xiàn)控制要求的根底上，應使程序盡量簡潔﹑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，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，是執(zhí)行回原點操作；掃描單步開關，是執(zhí)行單步操作；掃描單周期開關，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3-2氣動機械手控制流程圖3.5程序設計梯形圖程序設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。結論通過這次課程設計，我學到了很多東西，不僅有知識，還有很多其它意外的收獲。首先，通過這次課程設計我對PLC有了更為深刻的認識。對它的工作原理以及各種硬件組成都有很多認識，例如，我現(xiàn)在已熟練掌握了循環(huán)語句的編寫，以及對語句調(diào)用也有了一定的掌握。另外我也深刻的體會到了去圖書館查找資料的重要性，因為剛開始我沒有去查找參考文獻，所以進展很慢，后來在老師的幫助下，我借了兩三本關于PLC實例編程及講解的圖書，所以很快把梯形圖給寫了出來。其次，在這次課程設計中我也體會到了團隊合作的重要性。薛老師在第一天就把我們分成了六個小組，在小組中我學到了很多東西，對我感觸最深得是大家從不同的角度去考慮問題，有的很具體，有的很有重點，不管怎樣，這對我都有很深得影響，我想以后我做事也會多角度的思考。最后，我還要感謝我的輔導老師——薛老師，在這次課程設計中他耐心的給我講述了怎樣防止PLC設計時常見的錯誤，并給我及時糾正，特別是對我的機械手的梯形圖，薛老師給我提供了很多珍貴的意見。設計總結兩周的課程設計很快過去了，在這短短的兩周內(nèi)我學到了很多東西，看見自己的程序能夠運行，內(nèi)心甚是沖動，下面讓我來總結一下我的設計過程。在第一天我首先看了一下課本，對各種指令及使用有了一定的了解，包括根本邏輯指令，定時器，計數(shù)器，順序控制指令和程序控制指令等，接下來我分析了書上簡單的程序設計包括對定時器，計數(shù)器的應用。接下來我去圖書館借了幾本有關PLC編程實例及分析，我用了大概三四天的時間完成了CPU的選型，并初步完成了手動控制，及回原位控制的PLC梯形圖設計。然后我又用了大概兩天把單步，連續(xù)及單周期的PLC梯形圖寫了出來，并把他們整合到了一塊。然后在星期一我們實驗課的時候，我在實驗室完成了程序的調(diào)試，并在老師的指導下進行了簡化。接下來開始撰寫設計說明書，其中在萬克明同學的幫助下，我花了三天才最終完成，因為以前辦公文檔學的不太好，所以有很多東西不能按要求設置。不過最終還是到達了老師的要求。謝辭在這里，我要感謝所有幫助我的人，是他們的及時幫助讓我順利完成了這次的課程設計。首先，我對母校表示感謝，非常感謝學校給我們這樣一個做PLC課程設計的時機，因為這次課程設計會讓將要畢業(yè)的我們在找工作時更有競爭力。其次，非常感謝老師對我們的指導，在這次課程設計中他耐心的給我們講述了我們同學常見的錯誤，并給我們及時糾正，特別是我的機械手的梯形圖，老師給我提供了很多珍貴的意見。雖然這只有短短兩周，但是我從老師那里學到了很多東西，在這兩周內(nèi)我學會了常用PLC語句的編程方法，以及PLC類型的選擇，還有最重要的是我學會了怎么來寫課程設計說明書等等。最后，我非常感謝所有幫助我的同學，特別是同學，他在我寫課程設計說明書的時候給予了很大的幫助，他耐心的給我講解辦公文檔的使用，最終我才順利的完成說明書的撰寫。附錄附圖1氣動機械手的PLC梯形圖附表1氣動機械手的PLC語句表參考文獻[1]田效伍.電氣控制與