显像管搬运机械手控制设计.docx
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显像管搬运机械手控制设计
前言
“机电传动控制”是机械设计制造及其自动化专业的一门专业基础课。
它是研究解决与生产机械的电气传动控制有关的问题,介绍常用控制电路以及控制电路设计,以及可编程控制器的原理和编程等。
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC
PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。
经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。
限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。
这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
21世纪，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.课程设计的任务和要求
1.1设计题目：
显像管搬运机械手控制设计
搬运机械手包括：
摆动缸、燕尾缸、下臂缸、吸盘升降缸、钳口合龙缸、吸盘、回转电机。
每个汽缸的双向动作都有限位检测开关。
控制流程如下图所示。
其中“摆动到清洗机”动作执行，除了图中的前提条件外，还有“清洗机到位”的附加条件。
图1.1显像管搬运机械手工作循环流程图
1.2设计内容：
1）完成《课程设计指导书》所要求的控制。
2）按停止按钮，完成当前循环后再停。
3）按复位按钮，立即返回原位停止。
4）要求可以实现手动、单周期、连续控制。
1.3设计要求：
1）设计端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）撰写设计说明书
2.总体设计
2.1PLC选型
2.1.1PLC主机：
选择西门子CTS7222-1BL22系列作为机械手控制系统的主控机。
2.1.2限位开关:
SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8，SQ9，SQ10，SQ11，SQ12用来指示机械手已到达左位或者是下位，右位，前后摆限位，传送限位，钳口打开/合拢限位。
2.1.3手动程序：
选择开关选择手动档位（I1.6），执行程序的每一步都是由手动来实现的，可以实现手动显像管传送（I2.1）手动燕尾伸出（I2.2）,手动燕尾缩回（I2.3）手动下臂抬起（I2.4），实现下臂下放（I2.5），手动调整电机（I2.6），手动钳口合拢（I2.7），手动钳口打开（I3.0），手动吸/放显像管（I3.1），手动摆动复位（I3.2），手动摆到清洗机（I3.3），手动转盘回转（I3.4），手动转盘复位（I3.5），手动吸盘下降（I3.6），手动吸盘上升（I3.7），
2.1.4复位按钮I0.2：
按动此按钮，终止一切动作，，使其回原点停止。
2.1.5启动按钮I0.0：
用于使机械手初始上电工作。
停止按钮I0.1：
用于使整个工作过程结束。
2.1.6连续选择开关I2.0：
使整个工作过程循环几个周期。
2.1.7单周期选择开关I1.7：
使整个工作循环一周期后回原点。
2.2PLC端子分配
2.2.1显像管搬运机械手I/O点及地址分配
显像管搬运机械手I/O分配表
表2.1
输入
作用
代号
输出
作用
I0.0
启动
SB1
Q0.0
显像管传送
I0.1
停止
SB2
Q0.1
燕尾伸出
I0.2
复位
SB3
Q0.2
燕尾缩回
I0.3
下限位开关
SQ1
Q0.3
下臂抬起
I0.4
上限位开关
SQ2
Q0.4
下臂下放
I0.5
左限位开关
SQ3
Q0.5
调整电机工作
I0.6
右限位开关
SQ4
Q0.6
钳口合拢
I0.7
左回转限位
SQ5
Q0.7
钳口打开
I1.0
右回转限位
SQ6
Q1.0
吸盘吸显像管（S、R）
I1.1
前摆限位
SQ7
Q1.1
摆动到清洗机
I1.2
后摆限位
SQ8
Q1.2
摆动复位
I1.3
显像管传送限位
SQ9
Q1.3
转盘回转
I1.4
钳口打开限位
SQ10
Q1.4
转盘复位
I1.5
钳口合拢限位
SQ11
Q1.5
吸盘上升
I1.6
手动/自动转换
SB4
Q1.6
吸盘下降
I1.7
单周期
SB5
Q1.7
报警
I2.0
连续
SB6
I2.1
手动显像管传送
SB7
I2.2
手动燕尾伸出
SB8
I2.3
手动燕尾缩回
SB9
I2.4
手动下臂抬起
SB10
I2.5
手动下臂下放
SB11
I2.6
手动调整电机
SB12
I2.7
手动钳口合拢
SB13
I3.0
手动钳口打开
SB14
I3.1
手动吸显像管
SB15
I3.2
手动摆动复位
SB16
I3.3
手动摆到清洗机
SB17
I3.4
手动转盘回转
SB18
I3.5
手动转盘复位
SB19
I3.6
手动吸盘下降
SB20
I3.7
手动吸盘上升
SB21
I4.0
清洗机摆动到位
SQ12
2.2.2开关按钮设计
图2.2开关按钮设计图
2.2.3端子接线图
图2.3端子分配图
3.PLC程序设计
3.1设计思想
1.初始状态：
由选择快关（连续或单周期）接通初始状态，机械手需处于初始端，左限位开关闭合。
2.按启动按钮I0.0，执行下列程序：
（1）.显像管开始传送，显像管传送到位后，燕尾伸出，伸出到位后，下臂开始抬起，抬起到位后。
燕尾开始缩回定时器3s，如果定时器T373s时间未到还缩回到位就执行钳口合拢和调整电动机工作，如果3s时间到未缩回到位就开始报警5s时间到后返回初始位置。
（2）.当钳口合拢到位时，同时执行钳口打开Q0.7和吸盘开始吸显像管Q1.0当钳口打开到位和定时器T393s时间到后，清洗机到位I4.0，摆动到清洗机Q1.1，摆动到I1.2后，定时器T40定时2s，2s时间到后开始燕尾在伸出Q0.1和转盘开始回转Q1.3。
（3）.当燕尾伸出到I0.6和转盘回转到I1.0后，下臂开始下放。
当下臂下放到下限位开关I0.3后，燕尾开始缩回，缩回到左限位开关I0.5后，吸盘开始下降，当下降到到下限位开关I0.3后，吸盘放显像管Q1.0和定时器T41开始定时3s，3s时间到后开始执行吸盘上升Q1.5和摆动复位Q1.2、定时器T42开始延时2s，当时间到后和摆动到位后和吸盘上升到位后开始等待。
3.循环：
如果选择开关选择单周期档位，当时间到和摆动复位和吸盘上升后直接返回到初始步，等待下一次接通。
如果选择的的是连续档位，则就会回到M0.1状态自动开始下一周期循环。
如果选的是手动档位，每一步都是由手动按钮开关控制。
4.复位：
按动I0.2，停止一切操作，同时接通Q1.5吸盘上升和摆动复位Q1.2、回转复位Q1.4、下臂下放Q0.4、燕尾缩回Q0.2到原点。
5.停止：
按动停止按钮I0.1，需运行当前循环后再停。
3.2PLC顺序功能图设计
3.2.1自动控制顺序功能图
图3.2自动控制顺序功能图
3.2.2复位控制顺序功能图
图3.2自动控制顺序功能图
3.3PLC梯形图设计
3.3.1自动控制顺序功能图
图3.3自动控制梯形图
3.3.2复位控制顺序功能图
图3.4复位控制梯形图
3.3.3手动控制顺序功能图
图3.5手动控制梯形图
3.4PLC指令
LDI1.6
LPS
AI2.1
ANI1.3
=M3.4
LRD
AI2.2
ANI0.6
ANM3.7
=M3.5
LRD
AI2.4
ANI0.4
ANM4.5
=M3.6
LRD
AI2.3
ANI0.5
ANT37
ANM3.5
=M3.7
LRD
AI2.6
ANT38
=M4.0
LRD
AI2.7
ANM4.2
ANI1.5
=M4.1
LRD
AI3.0
ANI1.4
ANM4.1
=M4.2
LRD
AI3.1
ANM6.3
=M4.3
LRD
AI3.3
ANI1.2
ANM5.2
=M4.4
LRD
AI2.5
ANM3.6
ANI0.3
=M4.5
LRD
AI3.6
ANI0.3
ANM4.7
=M4.6
LRD
AI3.7
ANI0.4
ANM4.6
=M4.7
LRD
AI3.4
ANM5.1
ANI1.0
=M5.0
LRD
AI3.5
ANM5.0
ANI0.7
=M5.1
LRD
AI3.2
ANI1.1
ANM4.4
=M5.2
LPP
ANI3.1
ANM4.3
=M6.3
LDI2.0
AI0.0
OM6.2
ANI0.1
ANI0.2
=M6.2
LDI1.7
OI2.0
EU
=M6.
LDM2.6
AM3.0
AM3.3
ANM6.2
LDSM0.1
OM6.1
LDI1.7
OI2.0
ALD
OLD
LDM0.6
AT38
LDM5.4
AI0.5
OLD
OM0.0
OLD
ANM0.1
=M0.0
LDM2.6
AM3.0
AM3.3
AM6.2
LDM0.0
AI0.0
AI0.5
OLD
OM0.1
ANM0.2
=M0.1
LDM0.1
AI1.3
OM0.2
ANM0.3
=M0.2
LDM0.2
AI0.6
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
LDM0.3
AI0.4
OM0.4
ANM0.5
ANM0.6
=M0.4
TONT37,30
LDI0.5
ANT37
AM0.4
OM0.5
ANM0.7
=M0.5
LDM0.4
AT37
OM0.6
ANM0.0
=M0.6
TONT38,50
LDM0.5
AI1.5
OM0.7
ANM1.0
=M0.7
LDM0.7
AI1.4
OM1.0
ANM1.3
=M1.0
LDM0.5
AI1.5
OM1.1
ANM1.2
=M1.1
TONT39,30
LDM1.1
AT39
OM1.2
ANM1.3
=M1.2
LDM1.0
AI4.0
AM1.2
OM1.3
ANM1.4
=M1.3
LDM1.3
AI1.2
OM1.4
ANM1.5
=M1.4
TONT40,20
LDT40
AM1.4
OM1.5
ANM1.6
=M1.5
LDM1.5
AI0.6
OM1.6
ANM2.1
=M1.6
LDM1.4
AT40
OM1.7
ANM2.0
=M1.7
LDM1.7
AI1.0
OM2.0
ANM2.1
=M2.0
LDM2.0
AM1.6
OM2.1
ANM2.2
=M2.1
LDM2.1
AI0.3
OM2.2
ANM2.3
=M2.2
LDM2.2
AI0.5
OM2.3
ANM2.4
=M2.3
LDM2.3
AI0.3
OM2.4
ANM2.5
=M2.4
TONT41,30
LDM2.4
AT41
OM2.5
ANM2.6
=M2.5
LDM2.5
AI0.4
OM2.6
ANM0.0
ANM0.1
=M2.6
LDM2.4
AT41
OM2.7
ANM3.0
=M2.7
LDM2.7
AI1.1
OM3.0
ANM0.0
ANM0.1
=M3.0
LDM2.4
AT41
OM3.1
ANM3.2
=M3.1
TONT42,20
LDM3.1
AT42
OM3.2
ANM3.3
=M3.2
LDM3.2
AI0.7
OM3.3
ANM0.0
ANM0.1
=M3.3
LDM0.1
OM3.4
=Q0.0
LDM0.2
OM3.5
OM1.5
=Q0.1
LDM0.3
OM3.6
=Q0.3
LDM0.4
OM3.7
OM2.2
OM5.7
=Q0.2
LDM0.5
OM4.0
=Q0.5
LDM0.5
OM4.1
=Q0.6
LDM0.7
OM4.2
=Q0.7
LDM1.1
OM4.3
SQ1.0,1
LDM1.3
OM4.4
=Q1.1
LDM1.7
OM5.0
=Q1.3
LDM2.5
OM4.7
OM5.3
=Q1.5
LDM2.3
OM4.6
=Q1.6
LDM3.2
OM5.1
OM5.5
=Q1.4
LDM2.1
OM4.5
OM5.6
=Q0.4
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