PLC课程设计.docx

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PLC课程设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY

PLC课程设计说明书

题目：

PLC控制机械手动作系统

二级学院（直属学部）：

延陵学院

专业：

机械设计与制造及其自动化

班级：

08机Y2

学生姓名：

汪海飞

学号：

08120227

指导教师姓名：

史建平

职称：

副教授

2010年 7月5日

PLC课程设计任务书

延陵学院  专业：

机械设计与制造及其自动化 班级：

08机Y2

学生姓名

汪海飞

指导老师

史建平

职称

副教授

课题名称

课题：

PLC控制机械手动作系统

指标及要求

达到设计课题的控制要求，上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。

课题工作内容

工作内容：

1、熟悉课题工作原理。

2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。

3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。

4、完成设计图纸，完成设计任务书。

5、设计测评。

进程

安排

第一天：

下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。

第二天：

电气原理控制设计，元器件选择。

第三四天：

梯形图设计（控制分析），上机调试。

第五天：

完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。

主要

参考

文献

《可编程控制原理与应用》北京理工大学出版社范次猛

《可编程控制应用技术实训指导》化学工业出版社李俊秀

《电气控制与PLC应用》北京机械工业出版社余雷生方宗达

《电气控制与可编程控制器技术》化学工业出版社史国生

地点

秋白楼402教室

起止日期

2011.06.30—2011.07.5

指导教师：

史建平

2010年7月5日

第一章 绪论

1．1、设计的目的和意义．

课程设计是学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。

这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义。

其主要目的：

（1）、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。

、

（2）、培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法。

（3）、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力。

（4）、培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

在发达国家，机械手已广泛地应用于工业、国防、科技、生活等各个领域。

产业部门应用最多的当推汽车工业和电子工业，在金属加工、塑料成型、机械制造等行业也有普遍应用，并逐渐向纤维加工业、食品工业、家用产品制造等行业发展。

在工业生产和其它应用领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温，腐蚀，有毒气体以及人的有限体能等种种劣势的限制，工作效率很低。

自从机械手问世以来，相应的各种难题应刃而解。

机械手由耐高温，防腐蚀的材料制成，工作效率极高，而且不受体能的限制，非常方便。

机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；而可编程控制器（PLc）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。

1．2、设计项目发展情况

我国机械手的研究和应用起步较晚，但是随着国内外机械手的快速发展、社会需求的增大和技术的进步，装配机械手得到了迅速的发展，多品种、少批量生产方式和为提高产品质量及生产效率的生产工艺需求，是推动装配机械手发展的直接动力。

PLc是可编程序控制器的简称，于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。

经过近几十年的发展，PLc己十分成熟与完善。

当前的中国，随着生产力的迅猛发展，工业发展的步伐越来越快在各行业各领域，对自动化程度的要求也愈来愈高．了更好地适应这种情况，科学技术必须被广泛地应用在实际生产中，而PLc以其自身的优势，在自动化领域内扮演着重要的角色，不容忽视!

PLc它也是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计．它采用可编程续的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程．PLc技术近年来发展很快，并逐渐取代继电器。

跨i’具有通用性强，使用方便，适应面广，可靠性高，抗干扰能力强，编程简单等特点，弛t：

在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位。

总之，为了准确地掌握PLc的基本知识和基本应用，在毕业设计中，我选择了该题目。

1．3、设计原理

机械手主要由执行机构．驱动机构和控制系统构成．。

机械手的执行机构又包括手部、手臂和躯干。

手部安装在最前端，任务是来准确的抓取工件，当然一说到手一定是与人的相似，所以必须具备手指，而且应具有与人手相似的动作或能代替人完成一系列的动作，以此来达到目的。

手臂的作用是用来辅助手部准确的抓住工件并能够转移到所需要的位置，机械手的运动有两种：

一个是上下直线运动，另一个是左右直线运动。

因此其必须安装有液压缸、电液脉冲马达、电磁阀等作为其执行机构的动力部分或辅助系统。

驱动机构主要有四种：

液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。

其主要以电气和气压驱动为主，只有少量的运用液压和机械驱动。

液压驱动主要是驱动大体积的重型工业设备如：

锅炉等。

它的优点是压力高、体积小、力量大动作平稳。

缺点是结构繁琐．成本高．而且需要配备压力源。

气压驱动的元件是气压缸、气压马达等。

一般采用4—6个大气压．也有一些更大的．具体要根据实际情况来定，虽然它的力量比较小、体积比较重，但是出于廉价，而且不影响动作。

所以我们的手部采用此种驱动。

电气驱动时，直线运动可以采用电动机带动丝杠、螺母机构。

我们通用的机械手则考虑到用步进电动机、直或交流司服电机、和变速箱等电气驱动有动力源简单、维护和使用比较方便。

驱动机构采用一种形式的动力，力量比较大。

所以本设计用该种驱动形式。

蕞且是电磁阀驱动气压缸的形式。

机械手的控制要素主要包括工作的顺序、能提起多大的重量、运动的时间、到达的位置等。

具体还要加上点控和连续控制。

控制系统可根据动作的要求设计数字顺序。

它首先要编制程序加以存储，然后在根据规定的程序，控制机械手的运动工作。

为了使其程序简单、修改容易等优点，本设计采用PLC控制系统来完成操作。

1.4、课题介绍

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）是指以计算机技术为基 础 的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

第二章根据要求确定被控系统必须完成的动作

2.1控制要求分析

1）控制要求

图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：

图2.1-1工作过程图

2）机械结构

图2-2是某机械手的工作示意图，该机械手的任务是将工件从传送带A搬往传送带B。

为了使机械手动作准确，机械手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、右行、左行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。

另外，还安装了光电开关SP1和SP2负责SP1检测传送带A上的工件是否到位，如果有光电开关SP1监测到有工件出现，传送带A就停止运动。

SP2检测传送带B上的工件是否移走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。

3）工艺过程

机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图2-2所示。

机械手的初始位置在原位，按下启动按钮后，机械手依次完成：

下降→夹紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移→传送带A运动（检测到有工件停）九个动作，实现机械手一个周期的动作。

机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位开关来控制，而夹紧、放松动作的转换是由时间继电器来控制的。

4）机械手动作的模拟实验面板图：

图2.1-4机械手动作的模拟实验面板图

第三章控制系统设置

3.1控制系统硬件设计

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，在手动方式时可以通过手动按钮来实现，其控制面板如下图3-1。

当旋钮打向回原点时，系统自动回到右上角位置待命。

当旋钮打向连续时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

当旋钮打向手动时，每一工步都按下该工步按钮才能实现。

3.2硬件选择

在确定硬件之前，首先必须确定方案，下面对方案进行可行性分析

1）方案选择

方案一：

其中一台主泵（2KW），两台附属泵，平时工作时，压力要求为0.32Mpa左右，通常情况下开一台工频泵，开一台变频泵，就能满足压力要求。

原该所根据用水量的多少，由工作人员调节递止阀的开度和水泵的台数及大小，用以维持压力恒定，这样不但耗能，而且增加了工人劳动强度，增大了噪音。

这个方案显然不是很好，所以我们又想到了第二种方案。

方案二：

考虑用一台ABB公司的ASC400变频器控制一台2KW电机变频运行，还有两台2KW的电机工频运行。

工频泵通过变频泵的的高频到达和低频到达来控制工频泵运行的台数。

方案一中为了保持管网压力恒定平均需开机台数为二台。

方案二中平均开机为一台工频运行，一台30~40Hz左右变频运行。

现对两方案进行节能分析：

A、方案一每年所用电费

（1）方案一功率：

P1=2KW×2=4KW

（2）方案一平均每年所耗电能：

W1=P1×T=4×335×24=32160（千瓦时）（一年平均工作11个月）

（3）方案一每年所用电费：

M1=W1×P单价=32160×0.5=16080（元）（平均电价每千瓦时0.5元）

B、方案二每年所用电费

（1）方案二功率：

P2=2KW+2×（35/100）=2700W

（2）方案二平均每年所耗电能：

W2=P2×T=2700W×335天×24时/天=21708（KW.h）

（3）方案二每年所用电费：

M2=W1×P单价=21708度×0.5元/度=10854元（0.5元/千瓦时）

C、一年所节约电费：

△M=M2-M1=