畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC的自動上料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）類型：□畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書□畢業(yè)論文題目：基于plc的自動上料裝置設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)：時間：目錄摘要 Abstract 1緒論 11.1課題研究的現(xiàn)狀 11.2上料機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 11.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的 21.3.1本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容 21.3.2本次設(shè)計(jì)的目的 31.4系統(tǒng)控制的選擇比較 31.5PLC定義及簡述 41.6PLC的基本結(jié)構(gòu)組成 41.7PLC的發(fā)展趨勢分析 62控制系統(tǒng)硬件的選擇及控制方式 72.1上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制思路設(shè)計(jì) 72.2本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖 72.3上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件選型 82.3.1PLC選型 82.3.2行程開關(guān)的選型分析 92.3.3觸摸屏的選型分析 92.3.4電磁閥的選型 102.4主要元器件清單 113上料機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC程序的編寫 123.1程序軟件介紹 123.2系統(tǒng)流程圖 123.3配置I/O表 133.4接線圖 143.5程序編寫 163.5.1梯形圖的編寫 163.5.2語句表的編寫 254程序仿真及組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 344.1環(huán)境要求 344.2程序調(diào)式 34結(jié)論 36致謝 37參考文獻(xiàn) 38摘要自動上料裝置系統(tǒng)是一種基于機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制為依托，通過不同的工況條件進(jìn)行程序的編寫，以達(dá)到代替工人對物件進(jìn)行上料的過程，提高勞動生產(chǎn)效率，解放勞動生產(chǎn)力，改善工人的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)制造水平的自動化生產(chǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的批量工件的上料、頻繁、單調(diào)的操作，采用一種自動上料裝置是高效的；此外，它能長時間在高溫、寒冷環(huán)境中進(jìn)行長時間工作，這是人工上料無法替代的，更顯示其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。本此設(shè)計(jì)了一種上料機(jī)械手的上料裝置，具有一定的市場前景。上料機(jī)械手如何完成一項(xiàng)任務(wù)靠的是設(shè)計(jì)師們給它編寫的控制程序，本次設(shè)計(jì)就是對上料機(jī)械手運(yùn)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用順序控制的方式對程序進(jìn)行編寫。采用S7-200PLC作為上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要控制單元，通過對手動操作、自動循環(huán)操作和回原點(diǎn)等操作程序的編寫，實(shí)現(xiàn)上料機(jī)械手的各動作的運(yùn)動方式，驅(qū)動完成上料機(jī)械手的控制驅(qū)動方式。最后通過在線程序的模擬，不斷的修改優(yōu)化程序，觀察相應(yīng)輸出下負(fù)載信號的變化，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：上料機(jī)械手運(yùn)動控制可編程序邏輯控制器順序控制AbstractThemanipulatorisakindofprogrambasedonmechanicalstructureandelectricalcontrol,whichispreparedunderdifferentworkingconditionstoachievetheroleofreplacingaworker'sworkinacertainprocess,improvelaborproductionefficiency,liberatelaborproductivity,andimproveworkers'workenvironment.Automationofmanufacturinglevel.Thehandlingofheavyworkpiecesandthelong-term,frequentandmonotonousoperationthatoftenoccurinindustrialproductionareeffective.Inaddition,itcanoperateunderhightemperature,lowtemperature,deepwater,theuniverse,radioactivityandothertoxicandpollutingenvironmentalconditions,anditalsoshowsitssuperiorityandhasawidefuture.

Howthemanipulatorcompletesataskdependsonthecontrolprogramwrittenbythedesigners.Thisdesignisthedesignofthemanipulator'smotioncontrolsystemandtheuseofsequentialcontroltowritetheprogram.UsingtheS7-200PLCasthemaincontrolunitofthemanipulatorcontrolsystem,themovementofthemanipulator'sactionsisrealizedthroughthepreparationofoperationprogramssuchassinglestepoperation,manualoperation,singleloopoperation,automaticloopoperation,andreturnorigin.Drivetocompletethecontroldriveofthemanipulator.Finally,throughthesimulationoftheonlineprogram,theoptimizationprogramisconstantlymodifiedtoobservethechangeoftheloadsignalunderthecorrespondingoutput,sothatthesystemreachestheoptimalstate.

Keywords:manipulatormotioncontrolprogrammablelogiccontrollersequentialcontrol1緒論1.1課題研究的現(xiàn)狀這些年工業(yè)發(fā)展比較快，工業(yè)上料機(jī)械手被廣泛的用到各行當(dāng)中，上料機(jī)械手的使用也是變得越來越普及，呈現(xiàn)多種的形式，不僅僅被用在制造業(yè)當(dāng)中，并且現(xiàn)在的期汽車加工以及焊接上都是用的很普遍，以及目前的服務(wù)業(yè)以及家庭生活當(dāng)中，也出現(xiàn)各種的上料機(jī)械手。上料機(jī)械手的使用可以很好的替代人工進(jìn)行各種工作，并且能夠滿足大部分的復(fù)雜的環(huán)境作業(yè)，可以投放到非常危險的環(huán)境當(dāng)中，能夠避免人工的作業(yè)帶來的潛在危險，這些也都大大的降低企業(yè)的制造成本。現(xiàn)在的生產(chǎn)線作業(yè)當(dāng)中，由于人工的工作工序相對都比較簡單單一，基本上是重復(fù)一些單一的工作，這樣的話，長期的三班倒工作，投入一臺上料機(jī)械手就可以很好的滿足這些工作，并且不需要休息，能夠滿足長期作業(yè)的需要，對于企業(yè)來說降低了生產(chǎn)的成本，符合現(xiàn)在生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性要求。1.2上料機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢上料機(jī)械手的制造以及研發(fā)有比較長的時間了，最早期的上料機(jī)械手出現(xiàn)在二戰(zhàn)時期，并且主要是用在美國的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)來搬運(yùn)原材料，對于核材料這種高輻射原料的搬運(yùn)，被用在實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中，發(fā)展時間在1940年左右，早期的這種搬運(yùn)上料機(jī)械手還是比較簡單的額單一工作要求，沒有形成比較完善的控制系統(tǒng)，通過后期的發(fā)展到了1958年時候才真正的設(shè)計(jì)出世界上第一臺完整的上料機(jī)械手，研究公司也是美國的聯(lián)合控制企業(yè)，并且在通過幾年的發(fā)展，不斷的完善，可以實(shí)現(xiàn)各種自由度的運(yùn)動，不僅僅是滿足對于搬運(yùn)的要求，還能實(shí)現(xiàn)對于伸縮以及升降以及回轉(zhuǎn)的要求，這時候的上料機(jī)械手已經(jīng)具備很好的工作功能了，操作起來比較方便，有比較好操作系統(tǒng)，經(jīng)過將近半個世紀(jì)的發(fā)展過來，上料機(jī)械手的發(fā)展取得非常好的成績，目前的上料機(jī)械手主要出口國還是歐美國家以及日本這些發(fā)達(dá)的國家，有著比較完善的工業(yè)系統(tǒng)，每年的出口量也是比較大的。我們國家在上料機(jī)械手的發(fā)展，相對來說起步晚一點(diǎn)點(diǎn)。經(jīng)過不斷的努力也是取得了很好的成果，最早期的上料機(jī)械手使用上主要是在一些加工跟鍛造加工等方面，用的也比較單一，使用的面不是非常的廣，這些也跟我們國家的工業(yè)起點(diǎn)以及基礎(chǔ)是息息相關(guān)的。上料機(jī)械手設(shè)備的產(chǎn)值非常的大，并且實(shí)現(xiàn)每年的不斷上升，漲幅也是比較大，對于很多發(fā)達(dá)國家來說，出口的產(chǎn)值占據(jù)國內(nèi)制造業(yè)的大部分比例，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)的上料機(jī)械手行業(yè)的產(chǎn)值早已經(jīng)突破萬億，有著非常大的市場。國內(nèi)的上料機(jī)械手行業(yè)通過這幾十年的發(fā)展，也是有很大的技術(shù)突破，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對于焊接上料機(jī)械手，多自由度上料機(jī)械手，以及柔性上料機(jī)械手的制造研究，并且工藝做的非常的完美，并且在部分高仿真度的上料機(jī)械手研發(fā)上也是取得非常多的額技術(shù)專利，在國際舞臺上也是取得很好的成績，并且目前的沿海城市，在這些設(shè)備的研究上有很大的優(yōu)勢，并且也能夠?qū)崿F(xiàn)上料機(jī)械手的出口制造加工，這些都是我們國家在這些年的發(fā)展成績，這些都離不開國家的支持和鼓勵，早期國家就意識到上料機(jī)械手行業(yè)是制造行業(yè)的關(guān)鍵所在，也是一個趨勢，因此投入了很大的經(jīng)歷，并且培養(yǎng)了很多這方面的人才，這些都是離不開國家的支持的。未來對于上料機(jī)械手行業(yè)的市場前景也是非常的好，我們國家要朝著制造強(qiáng)國發(fā)展，這些都是離不開上料機(jī)械手行業(yè)的，因此對我們來說也是一個比較好的機(jī)遇。1.3本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的1.3.1本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容此次設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的基于PLC的上料機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件主要采用S7-200系列的可編程序邏輯控制器，通過預(yù)設(shè)的邏輯關(guān)系命令，驅(qū)動相應(yīng)的負(fù)載端進(jìn)行動作，本次設(shè)計(jì)的負(fù)載端主要為電磁閥、氣缸等，通過模擬上料機(jī)械手進(jìn)行自動、手動、單步、循環(huán)、單循環(huán)的操作控制。各章主要內(nèi)容如下：第一章為緒論，對上料機(jī)械手控制進(jìn)行了現(xiàn)狀分析，并介上料機(jī)械手的現(xiàn)狀，同時簡單介紹了論文各章的主要內(nèi)容。以及對控制系統(tǒng)選擇的確定，然后對PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)組成及其發(fā)展趨勢做了簡要敘述，第二章是對系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。主要是對PLC的選型，傳感器、電磁閥的選型方面做了詳細(xì)分析。并繪制了硬件配置表。第三章是對軟件的設(shè)計(jì)，主要通過對控制流程的分析，繪制流程圖。根據(jù)PLC的選型以及流程圖分配輸入和輸出點(diǎn)，最后繪制I/O表。通過S7-200編程軟件對控制程序進(jìn)行編寫，并繪制梯形圖。最后通過程序和I/O分配表，采用CAD軟件繪制PLC外部接線圖。第四章是上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的模擬調(diào)試，通過模擬仿真軟件對PLC進(jìn)行模擬仿真，對程序進(jìn)行修改、完善。1.3.2本次設(shè)計(jì)的目的本次設(shè)計(jì)的目的主要是通過平時對PLC的學(xué)習(xí)認(rèn)知，通過自己所學(xué)的知識，系統(tǒng)的對上料機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更多的是對所學(xué)知識的一種檢驗(yàn)與查漏補(bǔ)缺。結(jié)合上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理以及邏輯順序等，對上料機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，掌握復(fù)雜強(qiáng)狂下對PLC計(jì)時、置位復(fù)位等指令的控制、與變頻器的通訊控制等。通過對上料機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件的選型與使用，掌握各種電器元件的原理以及使用方法，為以后的學(xué)習(xí)工作奠定基礎(chǔ)。通過對程序的編寫與程序的反復(fù)調(diào)試以及修改，更加熟悉程序的一般編寫方法和對程序調(diào)試方法的熟悉和認(rèn)知。進(jìn)而提高自己的學(xué)習(xí)能力和知識儲備，和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的一種方法，為以后的工作奠定更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.4系統(tǒng)控制的選擇比較目前在控制領(lǐng)域較為常見的控制系統(tǒng)主要有：以單片機(jī)為主要控制方式的系統(tǒng)、以微小型計(jì)算機(jī)為控制手段的系統(tǒng)、以微處理可編程邏輯控制器（PLC）為主要控制手段的方式。以單片機(jī)的控制方式的上料機(jī)械手控制系統(tǒng)雖然價格成本較為便宜，但是使用眾多電子元器件，電子元器件越多帶了的系統(tǒng)穩(wěn)定性大大降低，損壞和故障率也大大提高，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，而且在后期維修維護(hù)管理方面，工作量較大，檢查故障點(diǎn)較難。單片機(jī)采用C語言的編程方式，對維護(hù)維修人員具有更高的要求，其編程方式較為難理解，而且不直觀簡明的，對初學(xué)者很難理解。所以本次設(shè)計(jì)不予采用。以PC微小型電子計(jì)算機(jī)為控制手段時，其系統(tǒng)龐大，而且成本較為昂貴。在系統(tǒng)便捷和可操作性上較為繁瑣，其系統(tǒng)往往需要和電腦終端連接，給使用者和操作者帶來了不簡潔性，不適合本次上料機(jī)械手控制系統(tǒng)規(guī)模小、互換性高的要求。以PLC為控制方式的自動化控制系統(tǒng)在目前的自動化控制領(lǐng)域較為常見，因其采用集成的電子控制器，具有眾多功能，比如集成了計(jì)時器、計(jì)數(shù)器、邏輯運(yùn)算指令、可擴(kuò)展溫度濕度等模擬量的控制模塊，不僅可以簡單的完成多種功能操作，而且大大減少了電子元器件的使用率，使得系統(tǒng)更加簡潔、方便。在編程方面采用梯形圖的編程方式，簡單明了適用于初學(xué)者或者傳統(tǒng)的電力工作者管理或者維護(hù)，不僅編寫程序直觀明了而且后期檢查維修方便，對程序進(jìn)行上傳下載即可，并且優(yōu)越的可擴(kuò)展性能對以后的升級改造具有很重要的意義。經(jīng)過以上分析對比，本次對上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用可編程邏輯控制器（PLC）為主要控制器的控制方式。1.5PLC定義及簡述可編程序邏輯控制器是在工控行業(yè)內(nèi)較為常用的一種控制方式，其英文名稱為：ProgrammableLogicController，簡稱PLC。因其優(yōu)越的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性受到設(shè)計(jì)人員的青睞，成為工業(yè)控制行業(yè)不可或缺的控制單元。目前較為常見的PLC品牌有西門子、三菱、歐姆龍、臺達(dá)等品牌，隨著我國技術(shù)水平的不斷提高一些國產(chǎn)的PLC品牌也層出不窮并得到設(shè)計(jì)師們的認(rèn)可，比如信捷、上海永宏等品牌。PLC采用可編程序的邏輯控制存儲區(qū)，在其內(nèi)部儲存并執(zhí)行設(shè)計(jì)師編寫的邏輯運(yùn)行程序，比如常見的順序邏輯控制、計(jì)數(shù)計(jì)時程序、邏輯運(yùn)算等程序及其操作指令，并通過單一的數(shù)字式或者模擬量進(jìn)行對輸入信號的采集和輸出信號的控制，可以控制自動化機(jī)械設(shè)備、給水量以及溫度等各行業(yè)的生產(chǎn)過程性控制。它可以集成眾多外圍設(shè)備以及模塊，與控制程序形成一個整體，從而形成整合控制系統(tǒng)。在輸入信號方面可以運(yùn)用光電開關(guān)、電磁開關(guān)、變送器、溫控器等作為控制器的輸入采集信號，在控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)單元方面可以和步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、氣缸、液壓缸、電機(jī)馬達(dá)等等執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品或者工況需求的自動化控制，提供工業(yè)控制解決方案。1.6PLC的基本結(jié)構(gòu)組成PLC的硬件組成單元主要包括：中央處理單元、存儲器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時器、電源等單元。中央處理單元作為可編程序邏輯控制器的控制中樞。主要的任務(wù)有：診斷程序的語法及編程錯誤、檢查電源的正常狀態(tài)、監(jiān)視檢測存儲器及其警戒定時器的狀態(tài)信息。當(dāng)執(zhí)行RUN時，以循環(huán)掃描的方式對各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，存入I/O映像區(qū)，然后對用戶編寫的程序進(jìn)行逐條讀取，當(dāng)所有程序讀取完成后將I/O映像區(qū)的數(shù)據(jù)或者狀態(tài)輸出至相應(yīng)輸出單元，然后進(jìn)行下一次循環(huán)，如此循環(huán)往復(fù)，直到程序運(yùn)行結(jié)束。其內(nèi)部掃描循環(huán)主要包括以下幾個過程：，輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新三個過程。這三個過程作為一個掃描周期，在PLC的運(yùn)行過程中處理器根據(jù)固有的頻率通過以上三個過程對PLC內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)掃描。其內(nèi)部掃描循環(huán)方式主要如下圖1-1所示：圖1-1PLC內(nèi)部循環(huán)方式過程圖存儲器主要包含三部分：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)、（2）用戶編寫的程序儲存區(qū)、（3）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)。存儲器的主要作用是存儲程序、系統(tǒng)以及系統(tǒng)運(yùn)行的周期掃描程序。計(jì)時器、計(jì)數(shù)器主要是PLC內(nèi)部對時間以及次數(shù)的累計(jì)，在用戶編寫程序時可以調(diào)用，但每個品牌的plc都有其固定的存儲單元，不可亂用。PLC主要硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示:圖1-2PLC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

1.7PLC的發(fā)展趨勢分析（1）產(chǎn)品規(guī)模越來越大，功能越來越全面，在大型PLC的發(fā)展方向上，逐步向大型、功能自由擴(kuò)展、高速度運(yùn)算等方向發(fā)展。（2）在小型PLC領(lǐng)域逐步向體積小、應(yīng)用便捷、可操作性強(qiáng)等方面發(fā)展。（3）編程語言逐步統(tǒng)一化，適合各大品牌的PLC之間相互傳輸信息，相互控制。（4）開始實(shí)現(xiàn)私人定制，以實(shí)現(xiàn)不同行業(yè)PLC的不同需求。（5）網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)目前大數(shù)據(jù)下快速分享與控制的目的。（6）越來越強(qiáng)的容錯技術(shù)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定。（7）硬件及綜合性服務(wù)解決方案更加完善，實(shí)現(xiàn)控制的多樣性。2控制系統(tǒng)硬件的選擇及控制方式2.1上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的控制思路設(shè)計(jì)本次上料機(jī)械手控制系統(tǒng)具有一下幾種操作方式，即手動運(yùn)行、自動循環(huán)運(yùn)行、單循環(huán)運(yùn)行、單步運(yùn)行、會原點(diǎn)程序等方式。手動運(yùn)行：點(diǎn)擊觸摸請相應(yīng)的按鈕可以控制各位置氣缸的動作，比如M0.0控制手動下降、M0.1控制手動加緊手抓。自動循環(huán)運(yùn)行：自動循環(huán)運(yùn)行即自動循環(huán)下降、加緊、上升、左移、下降、手抓松開、上升、右移的循環(huán)往復(fù)動作。其中停止功能為循環(huán)本周期操作后停止?；卦c(diǎn)動能：回原點(diǎn)操作是回到初始位置，以便于自動運(yùn)行程序的執(zhí)行。在本次回原點(diǎn)程序中主要考慮到，個執(zhí)行氣缸如果同時會原點(diǎn)，在手抓部分如果有障礙物或者工件會造成手抓和工件的碰撞，為此回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)為先后回原點(diǎn)，即手抓先上升，后再執(zhí)行其他回原點(diǎn)命令。圖2-1本次設(shè)計(jì)上料機(jī)械手控制思路圖2.2本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖自動上料機(jī)械手系統(tǒng)控制系統(tǒng)的主要系統(tǒng)組件有：起主要控制做用的可編程序邏輯控制器（PLC），位置測定和限位作用的行程開關(guān)、起執(zhí)行作用的電磁閥、氣缸等主要控制組件。其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡圖如下2-1所示。圖2-2自動上料機(jī)械手混合裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖2.3上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件選型2.3.1PLC選型常用的PLC品牌主要有三菱和西門子，在此次控制系統(tǒng)中，主要識通過傳感器對貨物的識別，在西門子的編程方式中主要運(yùn)用模塊的方式對邏輯程序進(jìn)行編程，較三菱進(jìn)行系統(tǒng)控制的較為簡單，所以本次對上料機(jī)械手控制的溫度控制采用西門子plc，選擇S7-200的小型plc系列完全滿足控制條件，其型號主要有222、224、226等CPU型號，本次選擇具有14路輸入10路輸出的224型號作為控制器，其中兼容2個RS485通訊接口，可以兼容多種外圍設(shè)備，比如溫度控制器等，支持多種通信協(xié)議，比如PPI、MPI等自由通訊方式。其外觀見下圖2-2所示：圖2-3S7-200PLC外觀圖2.3.2行程開關(guān)的選型分析在本次系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)中，限位開關(guān)的主要作用是通過投喂小車和限位開關(guān)的接觸使限位開關(guān)動作并接通信號將信號傳入PLC作為控制行走電機(jī)運(yùn)行的時間點(diǎn)。本次限位開關(guān)的選擇電壓根據(jù)PLC輸出輸入24V確定，本次選擇的纖維開關(guān)的主要參數(shù)型號為：正泰YBLX-ME/8108其主要參數(shù)如下所示：品牌：正泰型號：YBLX-ME/8108額定控制電流：0.8A（AC）0.16A（DC）操作方式：可調(diào)機(jī)械滾子臂圖2-4限位開關(guān)外觀圖2.3.3觸摸屏的選型分析觸摸屏主要最為系統(tǒng)的上位機(jī)使用，用于對重量的檢測和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。對觸摸屏的要求不是很高，屏幕選擇大小也不是要求太高，本次選擇較為常見，性價比較高的觸摸屏，支持232和485通訊接口，本次選擇步科的七寸彩色觸摸屏，其型號為：ET070。圖2-5觸摸屏外觀圖2.3.4電磁閥的選型電磁閥種類繁多，實(shí)現(xiàn)的功能也都不同，比如單向閥、先導(dǎo)閥、溢流閥、選擇閥、減壓閥等等。在選擇電磁閥的時候首先要根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝需求，首先對電磁閥中位機(jī)能進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，目前較為常用的電磁閥中位機(jī)能有：O型、J型、H型、G型等等。圖2-6常用換向閥的中位機(jī)能圖本次設(shè)計(jì)中采用手抓采用中位機(jī)能為D型的電磁換向閥，其主要的特點(diǎn)是，控制動作為單向，在氣源接通后按鈕未開啟前，始終保持復(fù)位狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)采用的型號是ZB2-BE101C。在其它氣缸的控制過程中采用雙線圈的控制方式，并且采用中位機(jī)能為E型的方式，其作用是，在線圈斷電后始終保持上次動作的執(zhí)行，使氣缸和電磁閥之間行程一個封閉的空間，放置控制的流失。其型號為ZE2-BE101C。2.4主要元器件清單本次設(shè)計(jì)繪制了主要電器元件清單，見下表2-2.表2-2主要電器元件清單名稱型號規(guī)格數(shù)量按鈕LA38-11D/2094,DC24V2手抓電磁閥ZB2-BE101C,DC24V1指示燈AD11-22/41-8GE,AC220V1其它電磁閥ZE2-BE101C,DC24V2空氣開關(guān)5SJ6,AC400V1觸摸屏ET0701PLCS7-2002241行程開關(guān)YBLX-ME/810833上料機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC程序的編寫3.1程序軟件介紹該設(shè)計(jì)使用梯形圖作為程序，采用STEP7-200SP9作為編程軟件。該軟甲可以和許多型號的西門的可編程邏輯控制器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)PLC的編程工作，其中包含多種控制程序與指令，可以簡單方便的對程序進(jìn)行編寫與操作。梯形圖是一種根據(jù)傳統(tǒng)的繼電器的控制方式演變而來的一種微處理器控制的編程方式，普遍適合普通電氣制造人員的程序編寫，具有替代傳統(tǒng)繼電器接觸器的控制方式，而且梯形圖具有直觀易于表達(dá)和理解的好處，對使用者的要求不高，而且可以通過線條的變化來觀察程序執(zhí)行的狀態(tài)，從而觀察出程序中的錯誤以及程序編寫的問題所在，十分直觀而且簡便。而且其功能更加強(qiáng)大，指令眾多，而且使用靈活，后期還有一一定的擴(kuò)展性能，受到廣大電氣從業(yè)人員的青睞，并且反響甚佳。STEP7-200SP9具有強(qiáng)大的監(jiān)控，調(diào)試和維護(hù)工具，可以在現(xiàn)場輕松在線修改程序，并具有豐富的自診斷功能（PLC，系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)等），可以快速消除故障，多個監(jiān)控和調(diào)試功能可以通過網(wǎng)絡(luò)完成。STEP7-MicroWIN可以以結(jié)構(gòu)化的方式編寫程序，并且更容易理解遠(yuǎn)程程序?？梢灾瞥蓸?biāo)準(zhǔn)化程序。用于其他類似系統(tǒng)。STEP7-MicroWIN軟件也可以在線模擬，這更有利于檢查程序的運(yùn)行狀態(tài)和相應(yīng)的功能，其效果十分可觀，而且在編寫程序上具有三種以上的程序編寫方式的互相變換，可以實(shí)現(xiàn)不同編寫語言的自由切換。3.2系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖作為PLC軟件設(shè)計(jì)的必不可少的環(huán)節(jié)，對最后程序的編寫具有重要作用，其主要作用是根據(jù)思路畫出流程圖，從而確定邏輯關(guān)系，是以后編寫程序，優(yōu)化程序的先頭兵，一個邏輯關(guān)系縝密的流程圖才能為以后程序編寫提供便利和邏輯支撐。圖3-1系統(tǒng)流程圖3.3配置I/O表在對上料機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行思考后，計(jì)算輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量并分配選擇，對其輸入輸出點(diǎn)留有一定的設(shè)計(jì)余量，為了以后對程序進(jìn)行升級或者功能改進(jìn)。對此我們對I、O點(diǎn)進(jìn)行分配，并繪制表格如下：表3-1I/O分配表輸入輸出序號PLC地址名稱及功能說明序號PL地址名稱及功能說明1I0.0回原點(diǎn)按鈕1Q0.0手動運(yùn)行指示燈2I0.2手動運(yùn)行檔位2Q0.2自動運(yùn)行指示燈5I0.3自動運(yùn)行檔位5Q0.4下降電磁閥6I0.5啟動6Q0.5手抓加緊電磁閥7I0.6停止7Q0.6上升電磁閥8I0.7左限位8Q1.0下降電磁閥9I1.0右限位9Q1.1左移電磁閥10I1.2上限位10Q1.2右移電磁閥11I1.3下限位11Q1.3原點(diǎn)位置指示燈12M0.0手動下降13M0.1手動加緊/斷電松開14M0.2手動上升15M0.3手動左移16M0.4手動右移3.4接線圖本次設(shè)計(jì)中主要的接線為PLC外部接線圖，在外部接線圖的繪制過程當(dāng)中，使用的軟件和方法不一，具有多種方法，本次設(shè)計(jì)外部接線原理圖采用CAD軟件繪制，其作圖方式相對較為簡單，原理清晰，適用范圍較廣。圖3-2PLC外部接線圖3.5程序編寫3.5.1梯形圖的編寫回原點(diǎn)動能：回原點(diǎn)操作是回到初始位置，以便于自動運(yùn)行程序的執(zhí)行。在本次回原點(diǎn)程序中主要考慮到，個執(zhí)行氣缸如果同時會原點(diǎn)，在手抓部分如果有障礙物或者工件會造成手抓和工件的碰撞，為此回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)為先后回原點(diǎn)，即手抓先上升，后再執(zhí)行其他回原點(diǎn)命令。手動運(yùn)行：點(diǎn)擊觸摸請相應(yīng)的按鈕可以控制各位置氣缸的動作，比如M0.0控制手動下降、M0.1控制手動加緊手抓。自動循環(huán)運(yùn)行：自動循環(huán)運(yùn)行即自動循環(huán)下降、加緊、上升、左移、下降、手抓松開、上升、右移的循環(huán)往復(fù)動作。其中停止功能為循環(huán)本周期操作后停止。3.5.2語句表的編寫LDSM0.0CALL回零:SBR0LD手動運(yùn)行檔位:I0.2AN自動運(yùn)行檔位:I0.3=單步運(yùn)行指示:Q0.0LD手動運(yùn)行檔位:I0.2AN自動運(yùn)行檔位:I0.3CALL手動:SBR1=手動運(yùn)行指示:Q0.1LD自動運(yùn)行檔位:I0.3AN手動運(yùn)行檔位:I0.2CALL自動:SBR2=自動運(yùn)行指示:Q0.2LD單循環(huán)運(yùn)行檔位:I0.4AN手動運(yùn)行檔位:I0.2AN自動運(yùn)行檔位:I0.3=單循環(huán)運(yùn)行指示燈:Q0.3LDSM0.1O回原點(diǎn):I0.0O上升:Q0.6AN上限位:I1.2=上升:Q0.6LD上限位:I1.2O右移:Q1.2AN右限位:I1.0=右移:Q1.2R手抓加緊:Q0.5,1LD上限位:I1.2A右限位:I1.0AN手抓加緊:Q0.5=回零指示燈:Q1.3LD手動下降:M0.0AN手動上升:M0.2=下降:Q1.0LD手動上升:M0.2AN手動下降:M0.0=上升:Q0.6LD手動左移:M0.3AN手動右移:M0.4=左移:Q1.1LD手動右移:M0.4AN手動左移:M0.3=右移:Q1.2LD手動加緊:M0.1O手抓加緊:Q0.5AN手動松開:M0.5=手抓加緊:Q0.5LD右限位:I1.0A上限位:I1.2A啟動:I0.5AN手抓加緊:Q0.5OM3.2LDM3.7AN停止標(biāo)志位:M3.0OLDAN下限位:I1.3=下降:Q1.0=M3.2LD停止:I0.6O停止標(biāo)志位:M3.0AN啟動:I0.5ANM3.1=停止標(biāo)志位:M3.0LD下限位:I1.3AM3.2EDOM3.3ANM3.1=手抓加緊:Q0.5=M3.3LD手抓加緊:Q0.5AM3.3EUOM3.4AN上限位:I1.2=上升:Q0.6=M3.4LD上限位:I1.2AM3.4EDOM3.5AN左限位:I0.7=左移:Q1.1=M3.5LD左限位:I0.7AM3.5EDOM3.6AN下限位:I1.3=下降:Q1.0=M3.6LD下限位:I1.3AM3.6EDOM3.1AN上限位:I1.2=M3.1=上升:Q0.6LD上限位:I1.2AM3.1EDOM3.7AN右限位:I1.0=右移:Q1.2=M3.7LD右限位:I1.0A上限位:I1.2A啟動:I0.5AN手抓加緊:Q0.5OM3.2AN停止:I0.6AN下限位:I1.3=下降:Q1.0=M3.2MOVD1,VD0LD下限位:I1.3AM3.2EDOM3.3LD啟動:I0.5AD=VD0,1OLDAN停止:I0.6ANM3.1=手抓加緊:Q0.5=M3.3MOVD2,VD0LD手抓加緊:Q0.5AM3.3EUOM3.4LD啟動:I0.5AD=VD0,2OLDAN停止:I0.6AN上限位:I1.2=上升:Q0.6=M3.4MOVD3,VD0LD上限位:I1.2AM3.4EDOM3.5LD啟動:I0.5AD=VD0,3OLDAN停止:I0.6AN左限位:I0.7=左移:Q1.1=M3.5MOVD4,VD0LD左限位:I0.7AM3.5EDOM3.6LD啟動:I0.5AD=VD0,4OLDAN停止:I0.6AN下限位:I1.3=下降:Q1.0=M3.6MOVD5,VD0LD下限位:I1.3AM3.6EDOM3.1LD啟動:I0.5AD=VD0,5OLDAN停止:I0.6AN上限位:I1.2=M3.1=上升:Q0.6MOVD6,VD0LD上限位:I1.2AM3.1EDOM3.7LD啟動:I0.5AD=VD0,6OLDAN停止:I0.6AN右限位:I1.0=右移:Q1.2=M3.7MOVD0,VD0LD右限位:I1.0A上限位:I1.2A啟動:I0.5AN手抓加緊:Q0.5OM3.2ANM3.3=下降:Q1.0=M3.2LD啟動:I0.5AM3.2OM3.3ANM3.1=手抓加緊:Q0.5=M3.3LD啟動:I0.5AM3.3OM3.4ANM3.5=上升:Q0.6=M3.4LD啟動:I0.5AM3.4OM3.5ANM3.6=左移:Q1.1=M3.5LD啟動:I0.5AM3.5OM3.6ANM3.1=下降:Q1.0=M3.6LD啟動:I0.5AM3.6OM3.1ANM3.7=M3.1=上升:Q0.6LD啟動:I0.5AM3.1OM3.7ANM3.2=右移:Q1.2=M3.74程序仿真及組態(tài)畫面設(shè)計(jì)4.1環(huán)境要求在可編程序邏輯控制器的使用中，主要是針對不同的工況條件而設(shè)計(jì)，具有良好的抗燥性能，一般不需要特別的方式對其進(jìn)行特殊保護(hù)，適用與工況條件惡劣的情況下使用。但是如果在強(qiáng)磁場的干擾下，會對邏輯控制器的使用產(chǎn)生影響，尤其是脈沖信號的干擾，在控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)時容易出現(xiàn)丟步的現(xiàn)行。所以對其安裝的環(huán)境和強(qiáng)磁場的干擾環(huán)境下安裝和接線具有較高要求，用于確保邏輯控制器的正常運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)和調(diào)試非常重要。1.PLC控制安裝和接線1.輸入接線（1）輸入接線不應(yīng)超過30m。但是，如果環(huán)境干擾小并且電壓降不大，則輸入布線可以更長。（2）輸入和輸出線不能使用相同的電纜，輸入和輸出線應(yīng)分開。2.在電源接入時，對其也是有一定的要求，比如使用電壓波動小的電源接入、使用電磁干擾小的屏蔽線接入。用于提高可編程序邏輯控制的抗干擾能力。3.正確良好的接地對可編程序邏輯控制的正常運(yùn)行也十分關(guān)鍵，正?？煽康慕拥乜梢詼p少電磁干擾的重要方式之一，系統(tǒng)接地方式主要有浮動解讀和直接接地、電容方式的接地形式。良好的接地是確保PLC可靠運(yùn)行的重要條件，可避免意外的電壓沖擊危險。4.2程序調(diào)式在程序調(diào)式的環(huán)節(jié)由于自己水平有限，加之程序前期存在較多錯誤，所以在程序調(diào)試方面耗時比較多，主要原因?yàn)樽约簩υS多指令熟練度不夠，對程序指令的運(yùn)用不夠靈活，導(dǎo)致很多基礎(chǔ)性的錯誤發(fā)生，經(jīng)過自己搜集材料和對編程指令的學(xué)習(xí)分析對比后，從眾多指令中選擇適合本程序的指令，是程序越來越簡潔越來越優(yōu)化，增加程序的穩(wěn)定性能，本次調(diào)試的畫面如圖4-1所示。程序載入，PLC打開RUN模式啟動程序。圖4-1調(diào)試畫面結(jié)論本次設(shè)計(jì)是對一種上料機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過對本次的設(shè)計(jì)體驗(yàn)了一個完整的程序設(shè)計(jì)過程，使我認(rèn)識到了自己的許多不足的地方，同時也學(xué)會了很多原先不知道的地方。比如在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一般步驟，從最起初的對資料的分析和設(shè)計(jì)要求的把握，對相關(guān)硬件設(shè)備的選用技巧，I/O點(diǎn)的分配、流程圖的繪制等等。在設(shè)計(jì)過程中對一些程序指令的把握不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致了時間的浪費(fèi)。但是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識了知識的不足和薄弱環(huán)節(jié)，今后一定加大對程序編寫的熟練度和畫面組態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用性能。本次設(shè)計(jì)由于自己的能力有限諸多錯誤與不足懇請諒解。致謝經(jīng)過這幾個月的努力，終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)做完了，也就意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，感受