搬運機械手PLC課程設計報告

1、I / 24潁番）科孝院HUNAN INSTITUTE OF ENGINEERING課程設計課程名稱電氣控制與課程設計課題名稱搬運機械手控制系統(tǒng)設計專業(yè)班級學號姓名指導老師年 月日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱搬運機械手控制系統(tǒng)設計姓 名 專業(yè) 班級 學號指導老師課程設計時間 教研室意見同意開題。審核人:一.任務及要求設計任務：以為核心，設計一個搬運機械手控制系統(tǒng)，為此要求完成以下設計任務：1 .根據搬運機械手的基本結構、工藝過程和控制要求，確定控制方案。2 .配置電器元件，選擇型號。3 .繪制傳送帶A、B的拖動電機的控制線路原理圖和搬運機械手控制系統(tǒng)的接線圖。設計梯形圖程序，列出指令程序

2、清單。4 .上機調試程序。5 .編寫設計說明書。設計要求1 .一般要求：(1)所選控制方案應合理，所設計的控制系統(tǒng)應能夠滿足搬運機械手的工作過程 要求，并且技術先進，安全可靠，操作方便。(2)所繪制的設計圖紙符合國家標準局頒布的 472884電氣圖用圖形符號、698887電氣制圖和7159 87電氣技術中的文字符號制定通則的有關規(guī)定。(3)所編寫的設計說明書應語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突 出。2 .具體要求：(1)連續(xù)工作方式：在搬運機械手處于初始狀態(tài)的情況下，按下啟動按鈕時，要 求搬運機械手能夠自動地一個循環(huán)接一個循環(huán)地工作下去，直至實際循環(huán)的次數達到設定的次數并返回到初始

3、狀態(tài)時才自動停止。(2)單周工作方式：在搬運機械手處于初始狀態(tài)的情況下，按下啟動按鈕時，要求搬 運機械手能夠自動地完成一個循環(huán)的工作下去。當搬運機械手完成一個循環(huán)的工作并返回到初始狀態(tài)時能自動停止(3)單機手動工作方式：要求能對機械手和傳送帶 A、B的拖動電機進行手動操作2 .進度安排1 .第一周星期一：布置課程設計任務，講解設計思路和要求，查閱設計資料。2 .第一周星期二星期四：詳細了解搬運機械手的基本組成結構、工藝過程和控制 要求。確定控制方案。配置電器元件，選擇型號。繪制傳送帶A、B的拖動電機的控制線路原理圖和搬運機械手控制系統(tǒng)的 接線圖。設計梯形圖程序，列出指令程序清單。3 .第一周星

4、期五：上機調試程序。4 .第二周星期一：指導編寫設計說明書。5 .第二周星期二星期四：編寫設計說明書。6 .第二周星期五：答辯。3 .參考資料1劉星平原理及工程應用M.北京：中國電力出版社，2014年。2廖常初7-200編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2014年。3王阿根.西門子S7-200 編程實例精解M.北京：電子工業(yè)出版社，2013年。4賴指南原理與應用補充教材(內部使用)，本校自編教材，2010年。4 .原始資料圖1是搬運機械手工作示意圖圖1搬運機械手工作示意圖為使動作準確，安裝了限該機械手的任務是將傳送帶 A上的物品搬運到傳送帶B位開關1、2、3、4、5。分別對機械手進行抓緊、左

5、旋、右旋、上升、下降等行程的檢測，并給出動作到位的檢測信號。另外還安裝了光電開關。負責檢測傳送帶A上的物品是否到位。止匕外，還設置了起動按鈕 1和停止按鈕2,分別用以啟動和停止機械手 的動作。傳送帶A、B由電動機Ml M2拖動，Mt M2分別由接觸器1、2控制，機械手的上、 下、左、右、抓、放等動作由液壓系統(tǒng)驅動，并分別由6個電磁閥16來控制。操作工上班時，可以讓傳送帶B一直處于運行狀態(tài)，但機械手和傳送帶 A要求按照 一定的順序動作，其步序圖如圖2所示。啟動按鈕SB1 _停止按鈕SB2手爪抓限位開關SQ1手臂左限位開關SQ2手臂右限位開關SQ3手臂上限位開關SQ4手臂下限位開關SQ5一光電開關

6、SP手臂上升YV1手臂下降YV2 _手臂左旋YV3 _手臂右旋YV4手爪抓緊YV5手爪松開YV6=>W-1s傳送帶A1行KM12步序13 14567891個搬運周期圖2搬運機械手動作步序圖第 1章概述 錯誤！未指定書簽。1.1 機械手概述 錯誤！未指定書簽。1.2 控制要求 錯誤！未指定書簽。1.3 機械手控制系統(tǒng)設計步驟 錯誤！未指定書簽。第 2章控制方案論證 錯誤！未指定書簽。2.1 可采取的控制方案 錯誤！未指定書簽。2.2 的選取 錯誤！未指定書簽。第 3章控制系統(tǒng)硬件電路設計 錯誤！未指定書簽。3.1 控制面板及接口電路 錯誤！未指定書簽。3.2 傳送帶的主電路圖及傳送帶 B

7、的控制電路圖 錯誤！未指定書簽。第4 章控制系統(tǒng)軟件設計 錯誤！未指定書簽。4.1 控制系統(tǒng)軟件設計原理 錯誤！未指定書簽。4.2 控制系統(tǒng)的工作循環(huán)圖及順序功能圖 錯誤！未指定書簽。4.3控制系統(tǒng)的梯形圖程序 錯誤！未指定書簽。第5 章控制系統(tǒng)的調試 錯誤！未指定書簽。結束語 錯誤！未指定書簽。參考文獻 錯誤！未指定書簽。附錄 錯誤！未指定書簽。附錄1.指令語句 錯誤！未指定書簽。附錄2.元器件清單 錯誤！未指定書簽。附錄3.電氣控制與課程設計評分表 錯誤！未指定書簽。第1章概述1.1 機械手概述圖1-1是搬運機械手工作示意圖圖1-1搬運機械手工作示意圖該機械手的任務是將傳送帶 A上的物品搬

8、運到傳送帶Bo為使動作準確，安裝了限 位開關1、2、3、4、5。分別對機械手進行抓緊、左旋、右旋、上升、下降等行程的檢 測，并給出動作到位的檢測信號。另外還安裝了光電開關。負責檢測傳送帶A上的物品是否到位。止匕外，還設置了起動按鈕 1和停止按鈕2,分別用以啟動和停止機械手的動 作。傳送帶A、B由電動機Ml M2拖動，M1> M2分別由接觸器1、2控制，機械手的上、 下、左、右、抓、放等動作由液壓系統(tǒng)驅動，并分別由6個電磁閥16來控制。操作工上班時，可以讓傳送帶B一直處于運行狀態(tài)，但機械手和傳送帶 A要求按照 一定的順序動作，其步序圖如圖1-2所示。1.2 控制要求(1)連續(xù)工作方式：在搬

9、運機械手處于初始狀態(tài)的情況下，按下啟動按鈕時，要 求搬運機械手能夠自動地一個循環(huán)接一個循環(huán)地工作下去，直至實際循環(huán)的次數達到設定的次數并返回到初始狀態(tài)時才自動停止。(2)單周工作方式：在搬運機械手處于初始狀態(tài)的情況下，按下啟動按鈕時，要 求搬運機械手能夠自動地完成一個循環(huán)的工作下去。 當搬運機械手完成一個循環(huán)的工作啟動按鈕SB1 _停止按鈕SB2手爪抓限位開關SQ1手臂左限位開關SQ2手臂右限位開關SQ3手臂上限位開關SQ4 一手臂下限位開關SQ5光電開關SP手臂上升YV1手臂下降YV2 _手臂左旋YV3 手臂右旋YV4手爪抓緊YV5手爪松開YV6V-1s傳送帶Ai1行KM12步序13 145

10、67891個搬運周期圖1-2搬運機械手動作步序圖并返回到初始狀態(tài)時能自動停止。(3)單機手動工作方式：要求能對機械手和傳送帶 A、B的拖動電機進行手動操作。1.3 機械手控制系統(tǒng)設計步驟根據工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作，確定這些動作之間的關系及完成這些 動作的順序。(2)分配輸入、輸出設備，即確定哪些外圍設備是送信號給的，哪些外圍設 備是接收來自的信號的，同時還要將的輸入、輸出點與之一一對應，對進行分配。在此基 礎上確定的選型。(3)根據控制系統(tǒng)的控制要求和所選的點的情況及高功能模塊的情況 設計用戶程序，此時可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。的用戶程序 體現了按照正確的順序

11、所要求的全部功能及其相互關系，編程時可用編程器或計算機直 接編程、修改，同時也可對的工作狀態(tài)、特殊功能進行設定。（4）對所設計的程序進行調 試和修改,直至完全實現系統(tǒng)所要求的控制功能。（5）保存已完成的程序。5 / 24第2章控制方案論證2.1 可采取的控制方案目前市場上最常見的控制器件主要就是和單片機以及繼電器。單片機是一種微型計算機，顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控 制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人 類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F在，這種單片機的使用領域已十分 廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊

12、設備、導航系統(tǒng)、家用電器等。繼電器屬于中繼電 氣元件，顧名思意，就是通過它可以中斷、續(xù)合電路回路，以達到控制電路工作狀態(tài)的 目的。具特點是以小電流控制大電流，能頻繁通、斷線路，工作效率高，其觸點通過電 流的能力幾十到上百安不等，主要用與負載主線路的通斷執(zhí)行常與過載保護熱繼電器用 聯組合使用，但體型相對較大。由此可見單片機主要是應用在一些集成度高的，精細的 電子設備當中，而對于一些大型的工業(yè)設備的控制，而繼電器主要控制對象是電動機， 也可用于控制其它電力負載，如電熱器、照明、電焊機、電容器組等。由此可見大部分 的還是用進行控制。的特點：1 .抗干擾能力強、可靠性高。2 .控制系統(tǒng)結構簡單，通用性

13、強。3 .編程方便，易于使用。4 .功能強大，成本低。5 .設計、施工、調試的周期短。6 .維護方便。的應用：初期的主要在以開關量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但在20世紀90年代后，也被廣泛地在流程工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用，一直到現在的現場總線控制系統(tǒng)， 更是其中的主角，起應用面越來越廣.目前，世界上有200多廠家生產300多品種產品， 應用在汽車、糧食加工、化學/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業(yè)。2.2 的選取由于市場的需求和西門子的廣泛應用所以我選取的是S7-200.我們對其進行簡要說明：S7-200系列是一類可編程邏輯控制器（）。這一系列產品可以滿足多種多樣的自動 化控制需要，下圖展示一

14、臺S7-200的22*系列的外型圖如圖2,具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7-200 可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。 S7-200 模塊包括一個中央處理器單元（） 、電源以及數字量點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。1. 負責執(zhí)行程序和存儲數據，以便對工業(yè)自動控制任務或過程進行控制。2. 輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點：輸入部分從現場設備（例如傳感器或開關）中采集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及工業(yè)過程中的其他設備。3. 電源向及其所連接的任何模塊提供電力。4. 通訊端口允許將S

15、7-200 同編程器或一些設備連接起來。5. 狀態(tài)信號燈顯示了的工作模式（運行或停止） ，本機的的當前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯誤。6. 通過擴展模塊可以增加的點數（221 不可以擴展） 。7. 通過擴展模塊可以提供其通訊功能。8. 一些具有內置實時時鐘，其他 需要實時時鐘卡。9. 卡可以存儲程序，也可以將一個中的程序傳送到另一個中。10. 通過可選的插入式電池盒可延長中的數據存儲時間。模塊的選擇：采用 224 的主機和輸出擴展模塊222 簡要介紹對擴展模塊的選取。S7-200 的擴展模塊有：1. 輸入擴展模塊 221: 共有 3種產品，即 8點和 16點、 8 點。2. 輸出擴展模塊222：

16、共有5 種產品，即 8 點和 4 點、 8 點、 8 點繼電器和 4 點繼電器。3. 輸入 /輸出混合模塊223：共有6種產品。其中輸入輸出的有3種，輸入 / 繼電器輸出的有三種，它們對應的輸入 /輸出點數分別為 4 點、 8點和 16點。4. 模擬量輸入擴展模塊231。5. 模擬量輸出擴展模塊232。第3章控制系統(tǒng)硬件電路設計3.1 控制面板及接口電路7 / 24I0. 0 手動0. 1 單周I2. 002. lO®2. 2抓緊OOOOOI2. 3松丹0. 3啟動0. 4預停電源I0. 5急停OOOOO圖3-1操作面板機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動

17、控制等操 作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回原點時， 系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循 環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現。根據機械手控制系統(tǒng)的要求設計出的接口圖如下：通信 端口 o通信端口 1手動單周連續(xù)啟動按鈕 預停按鈕 急停按鈕手抓抓限位開關手臂左限位開關手臂右限位開關 手臂上限位開關 手臂下限位開關光電開關上行按鈕下行按鈕0.00.10.2SB1SB2SB3 rSQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SPSB4SB5-ID"1M0.30.40.50.60.72M1.01.11.21.

18、31.41.5L+L+CPU 224XP CN/AC/DC/Relay模塊DC24V總線接口總線電纜總線接口A+B+1L0.00.10.20.32L0.40.50.63L0.71.01.1NL1ACYV1工i/一手臂上行YV2YV3YV4YV5YV6KM1手臂下行 手臂左旋 手臂右旋手抓抓緊手抓松開 傳送帶A11行PENAC220VL1左行按鈕 右行按鈕 抓緊按鈕 松開按鈕SB6抵SB8由SB9一L1J1M2.02.12.22.3EM223CN 424VDO入/4X繼電 器輸出數字量I/O擴展模塊1L2.42.52.62.7圖3-3 PLC交流模塊的外部接線圖圖3-2外部接線圖3.2 傳送帶的

19、主電路圖及傳送帶B的控制電路圖根據傳送帶A, B的運行要求設計其主電路圖如下：圖3-3傳送帶的主電路圖根據傳送帶B的運行要求設計其控制電路入下圖：圖3-4 傳送帶B的控制電路圖9 / 24圖4-1搬運機械手動作步序圖第4章控制系統(tǒng)軟件設計4.1控制系統(tǒng)軟件設計原理本控制系統(tǒng)是通過主程序（1）調用3個子程序：公用子程序（0）,手動子程序（1） 和單周-連續(xù)子程序（2）。公用程序是用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務，以及不 同的工作方式之間的相互的處理。手動程序主要是用于系統(tǒng)設計或維修時進行單個步驟 的調試，而單周-連續(xù)程序是機械手正常工作情況下的控制程序。此外系統(tǒng)的預停，急 停程序也是集成在單周

20、-連續(xù)子程序中。最后，通過搬運機械手的動作步序圖設計出系 統(tǒng)的工作流程圖及順序功能圖，進而設計出系統(tǒng)的梯形圖程序。啟動按鈕SB1停止按鈕SB2手爪抓限位開關SQ1手臂左限位開關SQ2手臂右限位開關SQ3手臂上限位開關SQ4手臂下限位開關SQ5光電開關SP手臂上升YV1手臂下降YV2手臂左旋YV3手臂右旋YV4手爪抓緊YV5手爪松開YV6傳送帶陽行KM1步序4.2控制系統(tǒng)的工作循環(huán)圖及順序功能圖(SM0.0+I0.0)*M2.0圖4-3控制系統(tǒng)的順序功能圖11 / 24O0I0.3M0.2/2正臂下行T傳送帶行D3M0.3 一I0.6M0.4I1.1M0.5 I-I1.0正臂右蚌M0.6I1.2

21、M0.7任抓松才計時gT37M1.0聲臂上行I1.1M1.10.7*I0. 2*M2.1*C0I0.7*I0. 2*M2.1*C0I0.7*(I0.1+C0)1.2C0圖4-2控制系統(tǒng)工作循環(huán)圖(SM0. 0+I0.0)*M2.00.010.3M0.1 I.L I1.2 "MUTL 玉i13 M0.3 卜 _L I06Q0.1Q0.6Q0.4M0.4 'Q0.0 I1.1M0.5 |_Q0.3I1.0.Q0?-I1.2 M0.7Q0.5T37I1.1M1.1 1_Q0.2 C00.7*I0. 2*M2.1*C0I0.7*I0. 2*M2.1*C0I0.7*(I0.1+C0)-

22、M1.2. -R-C0 C04.3控制系統(tǒng)的梯形圖程序13 / 24主程序公用子程序pr prIP手動子程序) )2 4.R 1n- s 1M MT工工工自動子程序21 / 24SJ ) SJ .1 1 o 1 ,QS11R1QS11R1 Mr MP1CH2co/1Mo MJIMo 2 MJIMo2 7M7 -0.,2M1_iMS1QR1L51LR1 pr po) 7)o2 1MJI1 RMco2o.2o.o ,I '1uCT7o.10R1.1第 5 章 控制系統(tǒng)的調試首先用電腦在7 編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中， 然后點擊運行并對其指出的錯誤進行修改，修改完最終運行無誤后將其下

23、載到可編程控制儀器中；其次按照設計的要求接好線，確定無誤后按下啟動按鈕。啟動后發(fā)現上行、下行、左行、右行燈均同時亮且一直亮著，這樣就不符合設計中八個動作依次有序進行操作的要求，務必對其進行修正。在這種情況下我采取了以下方案：方案一：在沒有確定設備是否曾在問題的情況下，首先我們對設備進行了檢測，發(fā)現不曾在任何問題， 在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來完成整個過程以確定初次的接線過程是否有誤，結果發(fā)現運行的結果和先前一樣出現燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。方案二：通過對程序的再三檢查后，發(fā)現并未出現語法上的錯誤。會不會是運行的速度太快而出現一個周期接一個周期的快速運行呢？在帶著這個問題的情況

24、下把程序的每個動作網絡多家了一個指令加以驗證，然后將程序寫入 7 編程軟件中運行，運行結果顯示沒有錯誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動按鈕，發(fā)現指示燈會按照設計動作的要求依次亮起而且程序也能按照設計的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利用方案二就完成了整個實驗的調試。結束語通過這次機械手設計讓我知道了現代企業(yè)在完成自動化控制中離不開的控制， 它可以使企業(yè)在生產的同時減少勞動力和生產成本。 目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個生產設備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的， 而機械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。 但隨著科技不斷進步我相信多功能復雜的機械手將會在不久的將來出現

25、，所以在今后的學習和生活中我們還要不段的學習和創(chuàng)新，只有這樣能設計出更符合現代社會所需求的產品。參考文獻1 廖常初 . 可編程序控制器的編程方法與工程應用 M. 重慶：重慶大學出版社2 萬太福 . 可編程序控制器及其應用 M. 重慶：重慶大學出版社3 劉祖潤 . 畢業(yè)設計指導 . 北京：機械工業(yè)出版社4 謝桂林 . 電力拖動與控制 . 北京：中國礦業(yè)大學出版社5 工廠常用電氣設備手冊編寫組. 工廠常用電氣設備手冊 . 北京：水利電力出版社附錄1.指令語句主程序公用子程序M1.5I0.7SM0.0, 10.0AI1.1RM0.1, 10公用子程序0I1.3I0.2I0.0I0.6AI0.4手動子

26、程序1=M1.5I0.3I0.00.1M0.0自動子程序2OI0.0RM2.0, 1I0.5AM1.5I0.3SM0.0, 1RM2.1, 1RM0.1, 10RQ0.0, 7手動子程序I1.4Q0.0Q0.3I1.1Q0.1Q0.5Q0.1Q0.3Q0.6Q0.2Q0.4=Q0.4Q0.3Q0.5I2.3Q0.4Q0.6Q0.0Q0.5=Q0.2Q0.1Q0.6I2.1Q0.2=Q0.0I1.0Q0.3I1.5Q0.0Q0.4I1.2Q0.1Q0.6Q0.0Q0.2=Q0.5Q0.2Q0.4I2.4Q0.3Q0.5I1.3Q0.4Q0.6Q0.0Q0.5=Q0.3Q0.1Q0.6I2.2Q0.2=Q0.1I0.6Q0.3I2.0Q0.0Q0.4I0.7Q0.1Q0.6Q0.2=Q0.6自動子程序M0.0SM0.6, 1RM1.1, 1AI0.3RM0.5, 1M1.1SM0.1, 1M0.6AI0.7RM0.0, 1T37, 10AI0.2M0.1M0.6AM2.0AI1.2AI1.2C0SM0.2,