機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、唐山學(xué)院課程設(shè)計(jì)目錄前言1第一章 緒論21工業(yè)機(jī)械手概述21.1工業(yè)機(jī)械手簡介21.2工業(yè)機(jī)械手的組成21.3工業(yè)機(jī)械手的分類51.4工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用62 可編程序控制器（PLC）概述72.1 PLC的定義72.2 PLC的系統(tǒng)組成72.3 PLC的特點(diǎn)8第二章 課程設(shè)計(jì)概述101設(shè)計(jì)題目102設(shè)計(jì)內(nèi)容103設(shè)計(jì)要求104要求的設(shè)計(jì)成果10第三章 設(shè)計(jì)過程111.電氣傳動(dòng)方案的確定112.電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)112.1主電路的設(shè)計(jì)112.2控制電路的設(shè)計(jì)122.3聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)132.4繪制電氣原理圖133. PLC及電器元件的選型133.1 PLC的選擇133.2熱繼電器的選擇143.3

2、熔斷器的選擇144.分配PLC的I/O點(diǎn)地址并設(shè)計(jì)I/O電氣接口連接圖154.1系統(tǒng)PLC的 I/O地址分配表154.2系統(tǒng)PLC的I/O口接線圖165.機(jī)械手的控制系統(tǒng)功能流程圖176.用編程軟件繪制梯形圖187.機(jī)械手控制過程的上機(jī)調(diào)試19第四章 總結(jié)與心得體會(huì)20主要參考資料2122前言隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來愈引起人們的重視。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)

3、展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常

4、的工作，意義更為重大。 可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一?？删幊炭刂破鞑捎昧说湫偷挠?jì)算機(jī)機(jī)構(gòu)，它主要是由CPU，電源，存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。目前PLC已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的發(fā)展。第一章 緒論1工業(yè)機(jī)械手概述1.1工業(yè)機(jī)械手簡介機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和

5、自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機(jī)械手是工廠企業(yè)高度自動(dòng)化的標(biāo)志，它能完成許多高技術(shù)難度和繁重的體力勞動(dòng)，尤其對于高溫、高壓、高濕度、污染等不適宜人工工作的環(huán)境中，機(jī)械手起到了不可取代的作用。1.2工業(yè)機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖1-1所示。圖1-1工業(yè)機(jī)械手組成方框圖1.2.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1.手部 即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。

6、夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機(jī)構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈

7、簧式和重力式等。2.手腕 是連接手部和手臂的部件，并可用來調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢)。3.手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。4.立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。 5.行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成較遠(yuǎn)距離的操作，或擴(kuò)大

8、使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分裝滾輪、軌道等行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式布為有軌的和無軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾輪運(yùn)動(dòng)則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。6.機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。1.2.2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)

9、，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。1.2.3控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號。1.2.4

10、位置檢測裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。1.3工業(yè)機(jī)械手的分類1.3.1按用途分機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種: 1、專用機(jī)械手它是附屬于主機(jī)的、具有固定程序而無獨(dú)立控制系統(tǒng)的機(jī)械裝置。專用機(jī)械手具有動(dòng)作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價(jià)低等特點(diǎn)，適用于大批量的自動(dòng)化生產(chǎn)的自動(dòng)換刀機(jī)械手，如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)線的上、下料機(jī)械手。2、通用機(jī)械手它是一種具有獨(dú)立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動(dòng)作靈活多樣的機(jī)械手。格性能范圍內(nèi)，其動(dòng)作程序是可變的，通過調(diào)整可在

11、不同場合使用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨(dú)立的。通用機(jī)械手的工作范圍大、定位精度高、通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化的生產(chǎn)。通用機(jī)械手按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點(diǎn)位控制:可以是點(diǎn)位的，也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌控制；同時(shí)還可分為伺服型和一般型的機(jī)械手，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機(jī)械手屬于數(shù)控類型。1.3.2按驅(qū)動(dòng)方式分 機(jī)械手可分為液壓、氣壓、機(jī)械及電力傳動(dòng)機(jī)械手： 1、液壓傳動(dòng)機(jī)械手是以液壓的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不

12、然油的泄漏對機(jī)械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機(jī)械手采用電液伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機(jī)械手的通用性擴(kuò)大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。 2、氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:獲取介質(zhì)源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 3、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇

13、機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。 4、電力傳動(dòng)機(jī)械手即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的械手，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。1.3.3按控制方式分 機(jī)械手可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制： 1、點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制

14、系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。 2、連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。1.4工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手也越來越多地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)例。其它部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。 機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的主要目的是： 1.可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度；應(yīng)用機(jī)械手，有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的

15、裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故；在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作時(shí)有危險(xiǎn)或根本不可能。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。在一些簡單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。3.可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)；應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化

16、機(jī)床和綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都設(shè)機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進(jìn)行生產(chǎn)。由此可見，有效地應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展工業(yè)的必然趨勢。2 可編程序控制器（PLC）概述2.1 PLC的定義 可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(guān)量（或模擬量）進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開關(guān)量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。2.2 PLC的系統(tǒng)組成PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成

17、。2.2.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 一套PLC系統(tǒng)在硬件上由以下幾部分組成：(1)中央處理器(CPU)；與計(jì)算機(jī)一樣，是PLC的核心部件。(2)存儲(chǔ)器；PLC配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器；(3)輸入/輸出（I/O）接口電路；(4)電源；(5)擴(kuò)展單元；(6)外部設(shè)備； 其中，各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)總圖2.2.2 PLC的軟件PLC的軟件是指PLC所使用的各種程序的集合。它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（用戶軟件）組成。（1）系統(tǒng)程序；系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序，輸入譯碼程序及診斷程序等。（2）用戶程序；用戶程

18、序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。2.3 PLC的特點(diǎn) 可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服了因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。（2）編程簡單，易于掌握；PLC采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。（3）功能完善，靈活方便；隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展

19、，其功能更加完善，不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過程中，可隨時(shí)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。（4）體積小、質(zhì)量輕、功耗低；由于采用了單片機(jī)等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)緊湊、功耗低。2.4 PLC的主要性能指標(biāo) 可編程控制器的性能指標(biāo)有很多，主要有以下幾項(xiàng)指標(biāo)。（1）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O)；I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。（2）存儲(chǔ)容量；存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于

20、存放用戶程序的存儲(chǔ)容量。；（3）掃描速度；一般以執(zhí)行1000步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計(jì)算，單位us/步。（4）功能擴(kuò)展能力；可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊功能應(yīng)用的需要。如A/D模塊、D/A模塊、位置控制模塊等。（5）指令系統(tǒng)；指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。2.5 PLC的工作方式 PLC進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號遞增的循序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序直到程序結(jié)束。然后再從頭開

21、始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。圖2-2 PLC工作方式圖PLC工作的掃描過程分五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時(shí)間成為掃描周期。第二章 課程設(shè)計(jì)概述1設(shè)計(jì)題目 工業(yè)機(jī)械手的PLC控制2設(shè)計(jì)內(nèi)容 用PLC對機(jī)械手操作進(jìn)行控制，設(shè)機(jī)械手起始點(diǎn)位于傳送帶B上，要求機(jī)械手將傳送帶A上的物品搬至傳送帶B上。傳送帶A為步進(jìn)式傳送，傳送帶B是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的。機(jī)械手的工作流程如下：圖2-1機(jī)械手工作流程示意圖3設(shè)計(jì)要求1.根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求。如需要完成的動(dòng)作（動(dòng)作順序、動(dòng)作條件及必須的保護(hù)和連鎖等）、操作方式（手動(dòng)或自動(dòng)；連續(xù)、單周期及單步等）；

22、2.根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)；3.選擇PLC，分配PLC的I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O電氣接口連接圖；4.進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。4要求的設(shè)計(jì)成果1.根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容撰寫機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告，要求不低于3000字。2.繪制電氣原理圖（A3）。第三章 設(shè)計(jì)過程1.電氣傳動(dòng)方案的確定由于傳送帶的速度和機(jī)械手的運(yùn)行精度沒做具體要求，所以本設(shè)計(jì)選擇三相異步步進(jìn)電機(jī)通電方式為三相雙三拍，利用PLC中的M8014特殊功能繼電器向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖然后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換和功放電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 1.步數(shù)控制；當(dāng)對射式光電檢測開關(guān)檢測到共建的位置時(shí)此時(shí)停止向脈沖分配器中發(fā)送脈沖步

23、進(jìn)電機(jī)將停在此位置不動(dòng)。 2手動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)；當(dāng)按下手動(dòng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按鈕時(shí)M8013即向環(huán)形脈沖分配器中發(fā)送脈沖步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)步進(jìn)電機(jī)將停下。 3.此外在報(bào)警和暫停狀態(tài)下步進(jìn)電機(jī)也將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)2.1主電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)本機(jī)械手的工作流程及其具體動(dòng)作可最終確定該主電路需要5個(gè)電動(dòng)機(jī)，則主電路圖如下圖。圖2-2 機(jī)械手主電路圖2.2控制電路的設(shè)計(jì) 總體上來講，該控制電路用每個(gè)繼電器控制對應(yīng)的電機(jī)及其正反轉(zhuǎn)進(jìn)而來控制對應(yīng)動(dòng)作。用限位常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)每個(gè)動(dòng)作的停止，用對應(yīng)限位常開觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)下一個(gè)動(dòng)作的自動(dòng)開始，并由相應(yīng)的光電來實(shí)現(xiàn)對動(dòng)作順序的控制，真正實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)，

24、連續(xù)的操作方式。針對單周期操作，只要打開SB4開關(guān)，即對B皮帶機(jī)的光電開關(guān)在KM1上的作用進(jìn)行切斷，即可實(shí)現(xiàn)單周期運(yùn)作。對于手動(dòng)單步的設(shè)計(jì)，只需按下SB3（連鎖開關(guān)），則切斷每個(gè)繼電器上的限位常開觸點(diǎn)，阻止動(dòng)作連續(xù)性的發(fā)生，然后通過分別按下每個(gè)動(dòng)作對應(yīng)的開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)操作的手動(dòng)單步運(yùn)行?？刂齐娐穲D如下。圖2-3 機(jī)械手控制電路圖 2.3聯(lián)鎖與保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)使用了三個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來分別控制對應(yīng)動(dòng)作，因此在控制電路里分別對KM1和KM2、KM3和KM4、及KM5和KM6進(jìn)行了連鎖保護(hù)。本電路中有斷路保護(hù)器，熔斷器，低壓斷路器等多重保護(hù)電路以及在任何緊急情況下都能停止的總的急停按鈕。2.4繪制電

25、氣原理圖 見A3圖紙。3. PLC及電器元件的選型3.1 PLC的選擇目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的ABB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、歐姆龍（OMRON）、德國的西門子（SIMENS）、法國的TE、韓國的三星（SUMSUNG）、LG等。本設(shè)計(jì)選擇的是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的一樣，因此它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界

26、面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)更加簡單，其速度快，具有極強(qiáng)的通信能力，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。 從控制方式選擇上需要3個(gè)啟動(dòng)按鈕，分別完成自動(dòng)方式I0.0、單動(dòng)方式I0.1和手動(dòng)方式I0.2的啟動(dòng)，還需要一個(gè)停止按鈕I0.3用來處理現(xiàn)在任何情況下的停止運(yùn)行。機(jī)械手運(yùn)行的限位開關(guān)有13個(gè)，下限位開關(guān)I0.4、上限位開關(guān)I0.7、左旋限位開關(guān)I1.0、右旋限位開關(guān)I1.3和機(jī)械手加緊限位開關(guān)I1.5等。手動(dòng)控制輸入信號由7個(gè)按鈕組成，下降按鈕I1.9、上升按鈕I1.7、夾緊

27、按鈕I1.5、左旋按鈕I1.8、右旋按鈕I2.2、抓物I2.1、放物I2.3。加上其他一些光電和限位常閉開關(guān)共有32個(gè)輸入信號。輸出信號有機(jī)械手下驅(qū)動(dòng)信號Q0.0、上升驅(qū)動(dòng)信號Q0.1、右旋驅(qū)動(dòng)信號Q0.2、左旋驅(qū)動(dòng)信號Q0.3、機(jī)械手夾緊驅(qū)動(dòng)信號Q0.4、放物驅(qū)動(dòng)Q0.5、傳送帶A工作驅(qū)動(dòng)Q0.6、B工作驅(qū)動(dòng)Q0.7和機(jī)械手工作指示Q0.8共有9個(gè)輸出信號。該系統(tǒng)需要輸入32點(diǎn)，輸出9點(diǎn)?？蛇x擇S7-300系列的CPU就可以滿足要求。3.2熱繼電器的選擇1熱繼電器的型選擇：一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱電器繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼

28、電器。對于三角形接線的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。 2熱繼電器額定電流的選擇：當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過6S時(shí)，就可按電動(dòng)機(jī)的額定電流選取熱繼電器；當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間較長、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不答應(yīng)停車時(shí)，熱繼電器的額定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的1.11.15倍。 綜上所述，選擇NR3-45 0.32-21A熱繼電器、NR2-25G/Z 0.1-10A熱繼電器、NR3-25 0.1-8.5A熱繼電器。3.3熔斷器的選擇1熔斷器的類型選擇：選擇熔斷器時(shí)類型時(shí)，主要依據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小。對大容量的照明線路和電動(dòng)機(jī)，除過載保護(hù)以外，還應(yīng)考慮短路時(shí)分?jǐn)嚯娐?/p>

29、電路的能力。若短路電流較小時(shí)，可采用熔體為錫質(zhì)的或熔體為鋅質(zhì)的熔斷器。用于車間低壓供電線路的保護(hù)熔斷器，一般是考慮短路時(shí)的分?jǐn)嗄芰Α?2熔斷器額定電流的選擇：用于保護(hù)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的熔斷器，在出現(xiàn)尖峰電流時(shí)不應(yīng)熔斷。通常將其中容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，而其余電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的電流作為其尖峰電流。為此熔體的額定電流應(yīng)滿足關(guān)系式Ire1.52.5Ie,max+Ie,Ire為熔體的額定電流，Ie為負(fù)責(zé)的額定電流。 綜上所述，選擇KS8/380690V /16A熔斷器或者KG8/380690V /16A。4.分配PLC的I/O點(diǎn)地址并設(shè)計(jì)I/O電氣接口連接圖4.1系統(tǒng)PLC的 I/O地址分配表輸入口地

30、址分配表如下：序號 輸入口地址 說明12345I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4自動(dòng)開關(guān)SB2，直接開始進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行單動(dòng)聯(lián)鎖開關(guān)SB3（SB3.1SB3.6），關(guān)閉所有限位常開觸點(diǎn)功手動(dòng)開關(guān)SB4，關(guān)閉B光電在KM1上的作用急停按鈕SB1，也作為總開關(guān)下限位常開SQ56I0.5下限位常閉SQ6.17I0.6下限位常閉SQ6.28I0.7上限位常開SQ19I0.8上限位常閉SQ2.110I0.9上限位常閉SQ2.211I1.0左旋限位常開SQ312I1.1左旋限位常閉SQ4.113I1.2左旋限位常閉SQ4.214I1.3右旋限位常開SQ915I1.4右旋限位常閉SQ1016I1.5夾緊限

31、位常開SQ717I1.6夾緊限位常閉SQ818I1.7上升SB219I1.8左旋SB1120I1.9下降SB12212223242526272829303132I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7I2.8I2.9I3.0I3.1A起動(dòng)SB13抓物SB14右旋SB15放物SB16抓手光電1.0抓手光電1.1抓手光電2.0抓手光電2.1A光電1A光電2B光電1B光電2圖2-4 I/O口輸入分配表輸出口地址分配表如下：序號輸出口地址說明1Q0.0下降驅(qū)動(dòng)2Q0.1上升驅(qū)動(dòng)34Q0.2Q0.3右旋驅(qū)動(dòng)左旋驅(qū)動(dòng)5Q0.4夾緊驅(qū)動(dòng)6Q0.5放物驅(qū)動(dòng)7Q0.6A工作驅(qū)動(dòng)8Q0.7

32、B工作驅(qū)動(dòng)9Q0.8機(jī)械手工作指示圖2-5 I/O輸出分配表4.2系統(tǒng)PLC的I/O口接線圖系統(tǒng)PLC的I/O 口接線圖如下：圖2-6 系統(tǒng)PLC的I/O口接線圖5.機(jī)械手的控制系統(tǒng)功能流程圖以自動(dòng)操作為例，流程圖如下:圖2-7 機(jī)械手的系統(tǒng)工作狀態(tài)流程轉(zhuǎn)移圖6.用編程軟件繪制梯形圖以自動(dòng)操作為例，繪制的梯形圖如下：圖2-8 機(jī)械手的梯形圖7.機(jī)械手控制過程的上機(jī)調(diào)試在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題，但最終都一一解決了。由于我們并沒有真正的機(jī)械手設(shè)備，所以選擇了用指示燈進(jìn)行模擬，首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行并對其指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，修改完最終運(yùn)行無誤后將其下載到可編程控制器中；其次按照設(shè)計(jì)的要求接好線，確定無誤后按下啟動(dòng)按鈕。運(yùn)行過程中，我們發(fā)現(xiàn)上行、下行、左旋、右旋燈均同時(shí)亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計(jì)中十個(gè)動(dòng)作依次有序進(jìn)行操作的要求，務(wù)必對其進(jìn)行修正，在這種情況下，我們采用了順序控制繼電器指令，在執(zhí)行轉(zhuǎn)移指令時(shí)，讓前面的指令結(jié)束，修改后再次下載到