plc机械手操作控制装置课程设计.docx

PLC课程设计专 业：电气工程及其自动化班 级：姓 名：学 号：设计题目：plc机械手操作控制装置课程设计设计报告格式20分设计内容60分10分10分总计 得分封 面3页面 布局5目 录 格 式3图 表 质 量4间距、 行距、字体6工 艺 过 程 分 析8系 统 控 制 要 求8I/O 分 配5设 备 选 型5电气原理图系 统 程 序 设 计10动 手 实 践 能 力10总 印 象 评 分 10主 电 路8控 制 电 路8外 围 接 线 图8前言 3一设计目的及主要内容 41.1 设计目的 41.2 .主要内容 4二气动机械手的操作要求及功能 42.1 .操作要求 42.2 操作功能 5三PLC及机械手的选择和论证 63.1 PLC 63.1.1 PLC 简介 63.1.2 PLC的结构及基本配置 63.1.3 PLC 的选择及论证. 73.2 机械手 73.2.1 机械手简介 73.2.2 机械手的选择 8四 硬件电路设计及描述 84.1 操作方式 84.2 输入与输出分配表及I/O 分配接线 95 软件电路设计及描述 105.1 机械手的操作系统程序 105.2 回原位程序 105.3 手动单步操作程序 115.4 自动操作程序 125.5 机械臂传送系统梯形图 125.6 指令语句表 136 心得体会 15参考文献 16、儿前言大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用PLC的技术得到愈来愈广泛的应用。可编程序控制器(Programmable Logic Controller ),简称PLC是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计 算机的功能，所以又简称PCPROGRAMMACONTROLLER!是为了不和PERSONAL COMPUTER淆，仍习惯称为PLC目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很 好的发展，并且现今已出现 SOFTPLC更是PLC领域无限的发展前景。本文主要 通过气动机械臂的PLC控制来介绍PLC的具体应用，让我们更熟悉 PLC为今后 学习打下基础。机械手采用plc 控制， 具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc 的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。一 设计目的及主要内容1.1 设计目的1、培养 plc 设计能力；2、扩展知识结构；3、培养综合运用能力；4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和 PLC的认识， 以及它们在生活中广泛应用。1.2 主要内容1 .正确选用机械手和PLCfe 2.绘制I/O分配3.设计梯形图4.指令语句 5. 模拟调试二 气动机械手的操作要求及功能2 .1 操作要求气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从 A处移 送到B 处。控制要求为：1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为 YV2 YV1;右行、左行的电磁阀线圈为YV3、 YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀 YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S 实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、 SQ2、 SQ3、SQ4来实现；2.2 操作功能机械手的操作面板如图2 所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。三PLC及机械手的选择和论证3.1 PLC3.1.1 PLC 简介可编程控制器（简称PLC） ：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算 , 顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。PLCM有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程 简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。3.1.2 PLC 的结构及基本配置一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC有一块CPU®、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU性能分 成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式 PLC有CPU真块、I/O模 块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC都属于总线式开放型结构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU PLC中的CPU PLC的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC至少有一 个CPU与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联 系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定 了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。 电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU奠块合二为一的，有些是分开的， 其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路 提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC戈110VAC直流电源，加的为直流电压，常用的为 24V。PLC的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类1. 编程设备2. 监控设备3. 存储设备. 4. 输入输出设备.3.1.3 PLC 选择及论证考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工 作，同时考虑到工作流程和造价。所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR©PLC（16点输入、16点输出）。三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度， 高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：FX2N性能规格运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O 控制方法批次处理方法（当执行END旨令时）I/O指令可以刷新运转处理时间 基本指令：0.08 ns应用指令： 1.52 至几百微秒， 指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFM型程序程式容量8000步内置。3.2 机械手3.2.1 机械手简介mechanical hand也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手简述: 机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。3. 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、 位置、 速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。3.2.2 机械手选择由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。四 硬件电路设计及描述4.1 操作方式设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。手动操作方式 手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。回原点：按下回原点按钮，使设备自动回归到原点位置。自动操作方式 单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。-单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行;再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。4.2 输入和输出点分配表及I/O分配接线表1机械臂传送系统输入和输出点分配表名称代号输入名称代号输入名称代号输出启动SB1X0左限位SQ1X8单周期SB13X16停止SB2X1右限位SQ3X9回原点启动SB14X17SB3X2上限位SQ2X10电磁阀卜降YV1Y0下降SB4X3下限位SQ4X11电磁阀上升YV2Y1左移SB5X4手动SB9X12电磁阀左行YV3Y2右移SB6X5自动SB10X13电磁阀右行YV4Y3放松SB7X6回原点SB11X14电磁阀夹紧YV5Y4夹紧SB8X7单步SB12X15jTI/O分配及接线图I五软件电路设计及描述5.1 机械手的操作系统程序操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图 3 所示。其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，Y5驱动指示灯亮。再把旋 钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如 果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点， 当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6 常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。5.2 回原位程序回原位程序如图4所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19 作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1。5.3 手动单步操作程序如图5所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。5.4 自动操作程序T二|自动方式初始状春|状态转移开始-原点位置条1牛乎q 下降K1 +下限位S21 SET Y1 夹紧X2 上限位5右移9工王不移限已一A JL I|皇|下降1十下限位I 525 一一 RST Y1 放松的-一左移限位图6自动操作状态转移图自动操作状态转移见图6所示。 当机械臂处于原位时，按启动X0接通， 状态转移到S20,驱动下降Y0,当到 达下限位使行程开关X1接通，状态转 移到S21,而S20自动复位。S21驱动 Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到 最大夹紧力。当T0接通，状态转移到 S22,驱动Y2上升，当上升到达最高 位，X2接通，状态转移到S2& S23驱 动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移 到S24下降。下降到最低位，X1接通， 电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉， 延时1秒。延时时间到，T1接通，状 态转移到S26上升。上升到最高位， X2接通，状态转移到 S27左移。左移 到最左位，使X4接通，返回初始状态， 再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可 以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。 因此步进顺控的编程，比起用基本 指令编程较为容易，可读性较强。5.5 机械臂传送系统梯形图如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第 66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分 程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行， 都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态 S2。5.6 指令语句表心得体会可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了 2 周的课程设计使我对 plc 设计过程有进一步了解，对 plc 产品的有关的控制知识有了深刻的认识。因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识， 培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。主编：周惠文电子工业出版社北京， 2007.8主编： 涂明武 北京航空航天出版社北京， 2008.8PLC操作实训（三菱）主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9PLC应用技术主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4