基于PLC氣動機械手控制系統設計word格式.doc

高職機電一體化技術專業(yè)可編程序控制器應用技術課程設計說 明 書題 目 基于plc氣動機械手控制系統設計 班 級 10機電一體化技術 設計人員 蘇杭 設計地點 b4-303 時 間 2012-5-14 2012-6-15 指導教師 張勇 目 錄第1章 引言11.1氣動機械手的控制要求11.2氣動機械手的工作方式11.3系統流程圖2第2章 plc控制系統的設計32.1氣動機械手的硬件系統設計32.1.1氣動機械手的硬件系統32.1.2電器元件的選擇32.2氣動機械手的軟件結構設計42.2.1 plc的i/o地址分配42.2.2 plc的外部接線圖52.3程序設計及梯形圖62.3.1 程序設計說明62.3.2 程序梯形圖7總結16附錄17參考文獻22摘 要 機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。機械手主要由手部、運動機構和控制系統三大部分組成。它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點。氣動機械手控制系統的設計要求是在控制系統的指令下，能將工件迅速、靈活、準確、可靠地抓起并運送到指定位置。在工業(yè)生產中， 利用氣動機械手將工件從一條生產線搬運到另一條生產線是一種高效的工作方式。因此采用plc可編程控制器作為工件抓取機械手的控制系統，根據機械手的控制要求和所能實現的操作功能，設置動作流程，分配輸入輸出接點，按所需來選plc的型號，接著進行梯形圖的編輯，最后進行程序的編輯與調試，從而使機械手能夠完成符合設計要求的動作。關鍵詞： 機械手 可編程控制器 plc 控制設計第1章 引言1.1氣動機械手的控制要求 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，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態(tài)，必須驅動反向德線圈才能反向運動。 2、上升、下降的電磁閥線圈分別為yv1、yv2；右行、左行的電磁閥線圈為yv3、yv4； 3、機械手的夾鉗由單線圈電磁閥yv5來實現，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；5、機械手的限位由行程開關sq1、sq2、sq3、sq4來實現；1.2氣動機械手的工作方式 系統設有手動、單周期、連續(xù)、單步和回原點五種工作方式（如圖1-1）。 在手動工作方式下，用i0.5i1.2對應的6個按鈕分別獨立控制機械手的升、降、左右行和夾緊松開。 在單周期的工作方式下，按下啟動按鈕i2.6后，從初始步m0.0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。在單步工作方式下，從初始步開始，按一下啟動按鈕，系統轉換到下一步，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的調試。 單步單周期 回原位連續(xù)手動 夾緊sb7右行sb5 下降sb3啟動sb1負載電源松開sb8左行sb6 上升sb4 停止sb2緊急停車sb9圖1-1 氣動機械手的控制面板1.3系統流程圖如圖1-2所示：接通電源是系統啟動開始掃描，掃描手動式判斷手動按鈕的是執(zhí)行手動操作，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。單周期連續(xù)是否在原點檢測等待檢測等待連續(xù)操作是否停止系統啟動回原點手動單步手動操作回原點操作單步操作是否在原點單周期操作是否在原點檢測等待 yynynyyynnyyynnyyyynny 圖1-2 氣動機械手控制流程圖第2章 系統總體方案設計2.1氣動機械手的硬件系統設計2.1.1氣動機械手的硬件運行方式 機械手用來將工件從a點搬運到b點（如圖2-1），輸出q0.1為1時工件被夾緊，為0時背松開。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可靠地切斷負載電源，設置了交流接觸器km。開始運行時按下“負載電源”按鈕，使km線圈得電并自鎖，km的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源。左行sq3sq4 右行下降夾緊上升sq2松開sq1 圖2-1 氣動機械手示意圖2.1.2可編程控制器的cpu選擇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代汽車制造工廠的生產線，尤其是主要工藝的焊接生產線。基于plc 控制的氣動機械手系統。與同類系統相比，節(jié)省了大量的電氣元件，大大降低了開發(fā)成本。適用性更強。因此，本設計應采用plc進行控制：由控制要求可知，系統共需要輸入端口18個，輸出端口5個。西門子s7-200系列plc硬件配置靈活，既可以用一個單獨的s7-200 cpu構成一個簡單的數字量控制系統，也可通過擴展電纜進行數字量i/o模塊、模擬量i/o模塊或智能接口模塊的擴展，構成較復雜的中等規(guī)?？刂葡到y。西門子s7-200 cup226/ac/dc/rly有輸入端口24個，輸出端口16個，符合要求;為使控制系統的結構更簡單，可靠性更高，故本次設計采用西門子s7-200cup226/ac/dc/rly完成plc硬件結構配置。2.2氣動機械手的軟件結構設計2.2.1 氣動機械手的i/o地址分配由上硬件系統的選擇可知控制系統由一個cpu226分配地址如表2-1 表2-1 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 信號下降停止下限位開關sq1i0.1上升停止上限為開關sq2i0.2右行停止右限位開關sq3i0.3左行停止左限位開關sq4i0.4下降下降按鈕sb3i0.5上升上升按鈕sb4i0.6右行右行按鈕sb5i0.7左行左行按鈕sb6i1.0夾緊夾緊按鈕sb7i1.1松開松開按鈕sb8i1.2手動操作手動開關i2.0回原點操作回原點開關i2.1單步操作單步開關i2.2單周期操作單周期開關i2.3連續(xù)操作連續(xù)開關i2.4急停急停按鈕sb9i2.5啟動啟動按鈕sb1i2.6停止停止按鈕sb2i2.7輸出 信號夾松夾松電磁閥yv5q0.0下降下降電磁閥yv1q0.1上升上升電磁閥yv2q0.2右行右行電磁閥yv3q0.3左行左行電磁閥yv4q0.42.2.2 plc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就結合系統的控制要求來設定。氣動機械手控制外部接線圖如圖2-2所示。圖2-2 cpu226外部接線圖 2.4 程序設計及梯形圖2.4.1程序設計說明sm0.0的常開觸點一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在手動工作方式下，i2.0為on，執(zhí)行手動子程序。在自動回原點方式下，i2.1為on，執(zhí)行回原點子程序，在其他3種工作方式下執(zhí)行自動子程序。由于s7-200plc的順控指令不支持直接輸出的雙線圈操作，所以要用中間繼電器邏輯過度一下，如本次設計的機械手下降，上行，夾緊、松開、左行、右行等都需要用中間繼電器過渡。公用程序見下圖用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務，以及處理不同工作方式之間的轉換。左限位開關i0.4、上限位開關i0.2的常開觸點和表示機械手松開的m4.5的常閉觸點的串聯電路接通時，原點條件m0.5變?yōu)閛n。當機械手處于原點位置狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統處于手動或者自動回原點狀態(tài)，初始步對應的m0.0將被置位，進入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準備。如果此時m0.5為off狀態(tài)，m0.0將被撫慰，初始步為不活動步，按下啟動按鈕也不能進入步m2.0，系統將不能在單步，單周期，和連續(xù)工作方式下工作。當系統處于手動工作方式時，必須將初始步以外的各部隊贏得存儲器位（m2.0-m2.7）復位，否則系統從自動工作方式切換到手動工作方式，然后返回自動工作方式時。為了保證安全運行，在手動程序中設置了一些必要的連鎖。設置上升與下降之間,左行與右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個輸出同時為on.有限位開關限制機械手移動的范圍。用限位開關i0.1-i0.4限制機械手移動的范圍。用上限位開關i0.2的常開觸點與控制左，右行的m3.6和左行的m4.4的繼電器串聯，機械手升到最高位置才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞。單周期、連續(xù)和單步這三種工作方式主要是“連續(xù)”標志m0.7和“轉換允許”標志m0.6來區(qū)分的。1）單步與非單步的區(qū)別m0.6的常開觸點接在每一個控制代表步的存儲器位的啟動電路中，他們斷開時禁止步的活動狀態(tài)的轉換，如果系統處于單步工作方式，i2.2為1狀態(tài)，常開觸點斷開，“轉換允許”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換。當某一步的工作結束后，轉換條件滿足，如果沒有按啟動按鈕i2.6，則m0.6處于0狀態(tài)，起保停電路的啟動電路處于斷開狀態(tài)，不會轉換到下一步。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的常開觸點接通，系統才會轉換到下一步。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)。初始步為活動步時按下啟動按鈕i2.6，m2.0變?yōu)?狀態(tài)，機械手下降。于4此同時，控制連續(xù)工作的m0.7的線圈通電并自保持。當機械手在步,m2.7返回最左邊時，i0.4為1狀態(tài)，因為連續(xù)標志位m0.7為1狀態(tài)，轉換條件m0.7-i0.4滿足，系統將返回步m2.0，反復連續(xù)的工作下去。按下停止按鈕i2.7后，m0.7變?yōu)?狀態(tài)，但是機械手不會立即停止工作，在完成當前工作周期的全部操作后，機械手返回最左邊，左限位開關i0.4為1狀態(tài)，轉換條件滿足系統才能從m2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式，m0.7一直處于0狀態(tài)。當機械手在最后一步,m2.7返回最左邊時，左限位開關i0.4為1狀態(tài)，轉換條件滿足，系統返回并停留在初始步，按一次啟動按鈕，系統只工作一個周期。2.4.2 程序梯形圖 總 結在本次課程設計中，不僅使我對機電傳動控制這門課進行了更加深入的了解。在繪制i/o接線圖和編寫課程設計說明書的過程中也讓我對auto cad和office辦公軟件的使用更加熟練。 通過此次氣動機械手的plc的設計使我對于電路的控制有了更加具體的了解，對于現代工廠自動化生產有了更深層次的認識。在這次的課程設計中,我更加深刻地了解到我的不足之處,以后要加倍努力盡可能牢固地掌握plc的相關知識，并將所學知識更好的用于自己今后的工作當中。附錄（語句表）23organization_block 主程序:ob1title=程序注釋：主程序beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋：調用公用子程序ld sm0.0call sbr1network 2 / 調用手動子程序ld i2.0call sbr2network 3 / 調用自動回原位子程序ld i2.1call sbr3network 4 / 調用單步，單周期和連續(xù)子程序ld i2.4o i2.3o i2.2call sbr4network 5 / 機械手下降ld m2.0o m2.4an i0.2ld m2.4o m4.0oldan i2.5= q0.1network 6 / 機械手松開ld m2.1on m3.1= q0.0ton t37, 17network 7 / 機械手夾緊ld m2.5o m3.2o m4.2on m4.5r q0.0, 1ton t38, 17network 8 / 機械手上升ld m2.2o m2.6an i0.2ld m3.3on m4.3oldan i2.5= q0.2network 9 / 機械手右行l(wèi)d m2.3an i0.3o m3.5o m4.1an i2.5= q0.3network 10 / 機械手左行l(wèi)d m2.7an i0.4o m3.6o m4.4an i2.5= q0.4end_organization_blocksubroutine_block sbr_0:sbr0title=子程序注釋beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_1:sbr1title=子程序注釋公用子程序beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋：判斷機械手是否在原點ld i0.4a i0.2an m4.5= m0.5network 2 / 機械手回原點ld sm0.1o i2.0o i2.1lpsa m0.5s m0.0, 1lppan m0.5r m0.0, 1network 3 / 系統進入手動，回原點工作方式ld i2.0r m2.0, 1network 4 / 系統進入單步，單周期和連續(xù)工作方式ldn i2.4r m0.7, 1end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_2:sbr2title=子程序注釋：手動子程序beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋機械手夾緊ld i1.1s m3.1, 1network 2 / 上限位開關常閉ld i0.2r m3.2, 1network 3 / 機械手上升直至上限位開關打開ld i0.6an i0.2an m3.4= m3.3network 4 / 機械手下降直至下限為開關打開ld i0.5an i0.2an m3.3= m3.4network 5 / 機械手左行直至左限位開關打開ld i1.0an i0.4a i0.2an m3.5= m3.6network 6 / 機械手右行直至右限位開關打開ld i0.7an i0.3a i0.2an m3.6= m3.5end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_3:sbr3title=子程序注釋：自動回原點子程序beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋：工作方式調到回原點狀態(tài)，按下啟動按鈕，m1.0變?yōu)閛n,機械手上升到上限位ld i2.1a i2.6s m1.0, 1r m4.0, 1network 2 / 機械手上升到上限位開關時上限位開關打開，左行，到左限位開關時ld m1.0a i0.2s m1.1, 1r m1.0, 1r m4.1, 1network 3 / 左限位開關打開，將步m4.2復位，ld m1.1a i0.4s m1.1, 1r m4.2, 1network 4 / 回到初始位置，上限位開關常閉變常開ld m1.0an i0.2= m4.5network 5 / 回到初始位置，左限位開關常閉變常開ld m1.1an i0.4= m4.4end_subroutine_blocksubroutine_block sbr_4:sbr4title=子程序注釋：單步，單周期，連續(xù)工作方式子程序beginnetwork 1 / 網絡標題/ 網絡注釋：機械手處于連續(xù)工作狀態(tài)ld i2.6o m0.7a i2.4an i2.7= m0.7network 2 / 允許機械手工作狀態(tài)發(fā)生步與步直接轉換ld i2.6on i2.2eu= m0.6network 3 / 機械手下降ld m2.7a i0.4a m0.7ld m0.0a i2.6a m0.5olda m0.6o i2.0an m2.1= m2.0network 4 / 機械手松開ld m2.0a i0.1a m0.6o m2.1an m2.2= m2.1network 5 / 延時1.7秒后，機械手夾緊ld m2.1a t37a m0.6o m2.2an m2.3= m2.2network 6 / 機械手右行l(wèi)d m2.2a i0.2a m0.6o m2.2an m2.4= m2.3network 7 / 機械手下降ld m2.3a i0.3a m0.