機(jī)電控制綜合設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、成績(jī)： 20112012學(xué)年第1學(xué)期 機(jī)電控制綜合設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目名稱： 氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 機(jī)電工程 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 材 料 目 錄序號(hào)名 稱數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書12課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書13圖紙04562011 年 12月 9日目錄之中。機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目: 氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2011年 12 月 9 日內(nèi)容摘要本課題主要目的是通過(guò)s7-200plc的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的物料搬運(yùn)，其中包括手動(dòng)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(guān)于安

2、全保護(hù)類要求。具體來(lái)說(shuō)包括實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)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(guò)程中還包括分析系統(tǒng)硬件要求，選擇合適工作方式，選擇合適的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(dòng)機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)梯形圖，并進(jìn)行調(diào)試，完成語(yǔ)句表。關(guān)鍵詞:機(jī)械手 ；s7-200plc；可編程技術(shù)目 錄第1章引言1第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)22.1氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求22.2氣動(dòng)機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)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(dòng)機(jī)械手的工作方式3第3章plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1可編程控制器的cpu選擇53.2氣動(dòng)機(jī)械手的i/

3、o地址分配表53.3 plc外部接線圖63.4 氣動(dòng)機(jī)械手控制流程圖73.5 程序設(shè)計(jì)梯形圖8結(jié)論9設(shè)計(jì)總結(jié)10謝辭11附錄12參考文獻(xiàn)19第1章 引言由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、易實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)、易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以氣動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)械手。車身在每個(gè)工序

4、的移動(dòng)；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(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的氣動(dòng)機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊力控的準(zhǔn)確性及完成整個(gè)工序過(guò)程的高度自動(dòng)化，堪稱是最有代表性的氣動(dòng)機(jī)械手應(yīng)用。 本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用西門子系列s7-200plc，對(duì)機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、夾緊以及放松進(jìn)行控制。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求氣動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作示意圖如圖2-1所示，氣動(dòng)機(jī)械手的功能是將工件從a點(diǎn)搬運(yùn)到b點(diǎn)，控制要求為：圖2-1 氣動(dòng)機(jī)械手示意圖1、氣動(dòng)機(jī)械手

5、的升降和左右移動(dòng)分別由不同的雙線圈電磁閥實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來(lái)的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；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(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥mb5來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈通電夾緊，斷電松開(kāi)；4、機(jī)械手的夾鉗的松開(kāi)，夾緊通過(guò)延時(shí)1.7s實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手下降、上升、右行、左行的限位由行程開(kāi)關(guān)bg1、bg2、bg3、bg4來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2氣動(dòng)機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)圖2-2氣動(dòng)機(jī)械手的氣壓傳動(dòng)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(jī)械手用來(lái)將工件從a點(diǎn)搬運(yùn)到b點(diǎn)，輸出q0.1為1時(shí)工件被夾緊，為0時(shí)被

6、松開(kāi)。工作方式選擇開(kāi)關(guān)的5個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的6個(gè)按鈕式手動(dòng)按鈕。為了保證在緊急情況下（包括plc發(fā)生故障時(shí)）能可靠地切斷負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器qa。plc開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使qa線圈得電并自鎖，qa的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急停車”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。2.3.2 氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、連續(xù)、單步和回原點(diǎn)五種工作方式（如圖2-3）。1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用i1.3i1.5以及i2.0i2.2對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的下降、上升、右行、左行、夾緊、放松；2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則

7、機(jī)械手自動(dòng)返回原位；3、單步工作方式時(shí)，從初始步開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在該步，再按一下啟動(dòng)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(shí)，按下啟動(dòng)按鈕i0.0后，從初始步m10.3開(kāi)始，機(jī)械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個(gè)周期的工作后，返回并停留在初始步；5、連續(xù)工作方式時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕i0.0后，機(jī)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(dòng)機(jī)械手的控制面板8第3章 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)輸入5個(gè)輸出，可以選擇西門子s7-200系列的pl

8、c：1、cpu222(8di/6do x dc24v ) 價(jià)格為人民幣1,826.00元和一個(gè)擴(kuò)展模塊em221(16di x dc24v) 價(jià)格為人民幣1,022.00元，共需人民幣2848.00元；2、cpu224(14di/10do x dc24v ) 價(jià)格為人民幣2,699.00元和一個(gè)擴(kuò)展模塊em221(8di x dc24v) 價(jià)格為人民幣698.00元，共需人民幣3397.00元；3、cpu226(24di/16do x dc24v ) 價(jià)格為人民幣4,857.00元。在價(jià)格方面考慮理應(yīng)選擇cpu222(8di/6do x dc24v )和一個(gè)擴(kuò)展模塊em221(16di x d

9、c24v)的plc ，但是本次課程設(shè)計(jì)的目的是掌握plc的控制思想，為簡(jiǎn)化繪圖最終選擇cpu226(24di/16do x dc24v )的plc。3.2氣動(dòng)機(jī)械手的i/o地址分配表氣動(dòng)機(jī)械手的i/o地址分配表如表3-1所示：表3-1 氣動(dòng)機(jī)械手的i/0地址分配表控制信號(hào)信號(hào)名稱元件名稱元件符號(hào)地址編碼輸入信號(hào)啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕sf1i0.0下降停止下限位開(kāi)關(guān)bg1i0.1上升停止上限位開(kāi)關(guān)bg2i0.2右行停止右限位開(kāi)關(guān)bg3i0.3左行停止左限位開(kāi)關(guān)bg4i0.4回原位操作回原位開(kāi)關(guān)-i0.5停止停止按鈕sf2i0.6手動(dòng)操作手動(dòng)開(kāi)關(guān)-i0.7單步操作單步開(kāi)關(guān)-i1.0單周期操作單周期開(kāi)關(guān)-i1

10、.1輸入信號(hào)連續(xù)操作連續(xù)開(kāi)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(kāi)松開(kāi)按鈕sf8i2.2輸出信號(hào)下降下降電磁閥mb1q0.0夾緊、松開(kāi)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mb4q0.43.3 plc外部接線圖plc外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)是結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來(lái)設(shè)定的。氣動(dòng)機(jī)械手控制外部接線圖如圖3-1所示。圖3-1 cpu226的i/o接線圖3.4 氣動(dòng)機(jī)械手控制流程圖在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)明確對(duì)象的具體控

11、制要求。由于cpu對(duì)程序的串行掃描工作方式，會(huì)造成輸入輸出的滯后，而由掃描方式引起的滯后時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)掃描周期，程序越長(zhǎng)，這種滯后越明顯，則控制精度就越低。因此，在實(shí)現(xiàn)控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)使程序盡量簡(jiǎn)潔緊湊。另一方面，同一控制對(duì)象，根據(jù)生產(chǎn)的工藝流程不同，控制要求或控制時(shí)序會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，要求程序修改方便、簡(jiǎn)單，即要求程序有較好的柔性。plc工作原理：接通電源時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)始掃描，掃描手動(dòng)開(kāi)關(guān)，是執(zhí)行手動(dòng)操作，手動(dòng)操作不需要按工序順序動(dòng)作；掃描回原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，是執(zhí)行回原點(diǎn)操作；掃描單步開(kāi)關(guān)，是執(zhí)行單步操作；掃描單周期開(kāi)關(guān)，是檢測(cè)是否在原點(diǎn)，是執(zhí)行單周期操作；掃描連續(xù)操作，是檢測(cè)是否在原點(diǎn)，是執(zhí)

12、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(dòng)重新掃描。圖3-2氣動(dòng)機(jī)械手控制流程圖3.5 程序設(shè)計(jì)梯形圖程序設(shè)計(jì)的梯形圖如附錄中的附圖1所示，語(yǔ)句表如附錄中的附表1所示。結(jié)論通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，不僅有知識(shí)，還有很多其它意外的收獲。首先，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我對(duì)plc有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)它的工作原理以及各種硬件組成都有很多認(rèn)識(shí)，例如，我現(xiàn)在已熟練掌握了循環(huán)語(yǔ)句的編寫，以及對(duì)語(yǔ)句調(diào)用也有了一定的掌握。另外我也深刻的體會(huì)到了去圖書館查找資料的重要性，因?yàn)閯傞_(kāi)始我沒(méi)有去查找參考文獻(xiàn)，所以進(jìn)展很慢，后來(lái)在老師的幫助下，我借了兩三本關(guān)于plc實(shí)例編程及講解的圖書，所以很快把梯形圖給寫

13、了出來(lái)。其次，在這次課程設(shè)計(jì)中我也體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。薛老師在第一天就把我們分成了六個(gè)小組，在小組中我學(xué)到了很多東西，對(duì)我感觸最深得是大家從不同的角度去考慮問(wèn)題，有的很具體，有的很有重點(diǎn)，不管怎樣，這對(duì)我都有很深得影響，我想以后我做事也會(huì)多角度的思考。最后，我還要感謝我的輔導(dǎo)老師薛老師，在這次課程設(shè)計(jì)中他耐心的給我講述了怎樣避免plc設(shè)計(jì)時(shí)常見(jiàn)的錯(cuò)誤，并給我及時(shí)糾正，特別是對(duì)我的機(jī)械手的梯形圖，薛老師給我提供了很多寶貴的意見(jiàn)。9設(shè)計(jì)總結(jié)兩周的課程設(shè)計(jì)很快過(guò)去了，在這短短的兩周內(nèi)我學(xué)到了很多東西，看見(jiàn)自己的程序能夠運(yùn)行，內(nèi)心甚是激動(dòng)，下面讓我來(lái)總結(jié)一下我的設(shè)計(jì)過(guò)程。在第一天我首先看了一下課

14、本，對(duì)各種指令及使用有了一定的了解，包括基本邏輯指令，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，順序控制指令和程序控制指令等，接下來(lái)我分析了書上簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì)包括對(duì)定時(shí)器，計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。接下來(lái)我去圖書館借了幾本有關(guān)plc編程實(shí)例及分析，我用了大概三四天的時(shí)間完成了cpu的選型，并初步完成了手動(dòng)控制，及回原位控制的plc梯形圖設(shè)計(jì)。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(lái)，并把他們整合到了一塊。然后在星期一我們實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候，我在實(shí)驗(yàn)室完成了程序的調(diào)試，并在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行了簡(jiǎn)化。接下來(lái)開(kāi)始撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，其中在萬(wàn)克明同學(xué)的幫助下，我花了三天才最終完成，因?yàn)橐郧稗k公文檔學(xué)的不太好，所以有很多東西不能按

15、要求設(shè)置。不過(guò)最終還是達(dá)到了老師的要求。謝辭在這里，我要感謝所有幫助我的人，是他們的及時(shí)幫助讓我順利完成了這次的課程設(shè)計(jì)。首先，我對(duì)母校表示感謝，非常感謝學(xué)校給我們這樣一個(gè)做plc課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)會(huì)讓將要畢業(yè)的我們?cè)谡夜ぷ鲿r(shí)更有競(jìng)爭(zhēng)力。其次，非常感謝老師對(duì)我們的指導(dǎo)，在這次課程設(shè)計(jì)中他耐心的給我們講述了我們同學(xué)常見(jiàn)的錯(cuò)誤，并給我們及時(shí)糾正，特別是我的機(jī)械手的梯形圖，老師給我提供了很多寶貴的意見(jiàn)。雖然這只有短短兩周，但是我從老師那里學(xué)到了很多東西，在這兩周內(nèi)我學(xué)會(huì)了常用plc語(yǔ)句的編程方法，以及plc類型的選擇，還有最重要的是我學(xué)會(huì)了怎么來(lái)寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書等等。最后，我非常感謝所有幫助我的同學(xué)，特別是同學(xué)，他在我寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書的時(shí)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(shuō)明書的撰寫。附錄附圖1 氣動(dòng)機(jī)械手的plc梯形圖附表1 氣動(dòng)機(jī)械手的plc語(yǔ)句表