搬运机械手PLC课程设计报告分析Word格式文档下载.docx

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课程设计时间

教研室意见

同意开题。

审核人：

一.任务及要求

设计任务：

以PLC为核心，设计一个搬运机械手控制系统，为此要求完成以下设计任务：

1.根据搬运机械手的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。

2.配置电器元件，选择PLC型号。

3.绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLCI/O接线图。

设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。

4.上机调试程序。

5.编写设计说明书。

设计要求

1.一般要求：

（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足搬运机械手的工作过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。

（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。

（3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。

2.具体要求：

（1）连续工作方式：

在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。

（2）单周工作方式：

在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地完成一个循环的工作下去。

当搬运机械手完成一个循环的工作并返

回到初始状态时能自动停止。

（3）单机手动工作方式：

要求能对机械手和传送带A、B的拖动电机进行手动操作。

二.进度安排

1.第一周星期一：

布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。

2.第一周星期二～星期四：

详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。

确定控制方案。

配置电器元件，选择PLC型号。

绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLCI/O接线图。

3.第一周星期五：

上机调试程序。

4.第二周星期一：

指导编写设计说明书。

5.第二周星期二～星期四：

编写设计说明书。

6.第二周星期五：

答辩。

三.参考资料

[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：

中国电力出版社，2014年。

[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2014年。

[3]王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解[M].北京：

电子工业出版社，2013年。

[4]赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。

四.原始资料

图1是搬运机械手工作示意图。

图1搬运机械手工作示意图

该机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。

为使动作准确，安装了限

位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。

分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降等行程的检测，并给出动作到位的检测信号。

另外还安装了光电开关SP。

负责检测传送带A上的物品是否到位。

此外，还设置了起动按钮SB1和停止按钮SB2，分别用以启动和停止机械手的动作。

传送带A、B由电动机M1、M2拖动，M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，机械手的上、下、左、右、抓、放等动作由液压系统驱动，并分别由6个电磁阀YV1～YV6来控制。

操作工上班时，可以让传送带B一直处于运行状态，但机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图2所示。

图2搬运机械手动作步序图

第1章概述

1.1机械手概述

图1-1是搬运机械手工作示意图。

图1-1搬运机械手工作示意图

为使动作准确，安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。

操作工上班时，可以让传送带B一直处于运行状态，但机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图1-2所示。

1.2控制要求

当搬运机械手完成一个循环的工作

图1-2搬运机械手动作步序图

并返回到初始状态时能自动停止。

1.3机械手控制系统设计步骤

根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

（2）分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的信号的,同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配。

在此基础上确定PLC的选型。

（3）根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。

PLC的用户程序体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系,编程时可用编程器或计算机直接编程、修改,同时也可对PLC的工作状态、特殊功能进行设定。

（4）对所设计的PLC程序进行调试和修改,直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。

（5）保存已完成的程序。

第2章控制方案论证

2.1可采取的控制方案

目前市场上最常见的控制器件主要就是PLC和单片机以及继电器。

单片机是一种微型计算机，顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。

因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。

它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。

现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

继电器属于中继电气元件，顾名思意，就是通过它可以中断、续合电路回路，以达到控制电路工作状态的目的。

其特点是以小电流控制大电流，能频繁通、断线路，工作效率高，其触点通过电流的能力几十到上百安不等，主要用与负载主线路的通断执行常与过载保护热继电器串联组合使用，但体型相对较大。

由此可见单片机主要是应用在一些集成度高的，精细的电子设备当中，而对于一些大型的工业设备的控制，而继电器主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。

由此可见大部分的还是用PLC进行控制。

PLC的特点：

1.抗干扰能力强、可靠性高。

2.控制系统结构简单，通用性强。

3.编程方便，易于使用。

4.功能强大，成本低。

5.设计、施工、调试的周期短。

6.维护方便。

PLC的应用：

初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主角，起应用面越来越广.目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。

2.2PLC的选取

由于市场的需求和西门子PLC的广泛应用所以我选取的是S7-200.我们对其进行简要说明：

S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（MicroPLC）。

这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，下图展示一台S7-200MicroPLC的CPU22*系列PLC的CPU外型图如图2，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。

此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。

S7-200CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

1.CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

2.输入和输出是系统的控制点：

输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。

3.电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。

4.通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。

5.状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机的I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误。

6.通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。

7.通过扩展模块可以提供其通讯功能。

8.一些CPU具有内置实时时钟，其他CPU需要实时时钟卡。

9.EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。

10.通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间。

PLC模块的选择：

采用CPU224的主机和输出扩展模块EM222简要介绍对扩展模块的选取。

S7-200PLC的I/O扩展模块有：

1.输入扩展模块EM221:

共有3种产品，即8点和16点DC、8点AC。

2.输出扩展模块EM222：

共有5种产品，即8点DC和4点DC、8点AC、8点继

电器和4点继电器。

3.输入/输出混合模块EM223：

共有6种产品。

其中DC输入/DC输出的有3种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。

4.模拟量输入扩展模块EM231。

5.模拟量输出扩展模块EM232。

第3章控制系统硬件电路设计

3.1控制面板及接口电路

图3-1操作面板

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。

工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。

当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。

当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。

根据机械手控制系统的要求设计出PLC的I/O接口图如下：

图3-2PLC外部接线图

根据传送带A，B的运行要求设计其主电路图如下：

图3-3传送带A,B的主电路图

根据传送带B的运行要求设计其控制电路入下图：

图3-4传送带B的控制电路图

第4章控制系统软件设计

4.1控制系统软件设计原理

本控制系统是通过主程序（OB1）调用3个子程序：

公用子程序（SBR0），手动子程序（SBR1）和单周-连续子程序（SBR2）。

公用程序是用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间的相互的处理。

手动程序主要是用于系统设计或维修时进行单个步骤的调试，而单周-连续程序是机械手正常工作情况下的控制程序。

此外系统的预停，急停程序也是集成在单周-连续子程序中。

最后，通过搬运机械手的动作步序图设计出系统的工作流程图及顺序功能图，进而设计出系统的梯形图程序。

图4-1搬运机械手动作