机电一体化课程设计说明书机械手控制的模拟按钮人行横道交通信号灯控制饮料灌装线的设计.docx
《机电一体化课程设计说明书机械手控制的模拟按钮人行横道交通信号灯控制饮料灌装线的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化课程设计说明书机械手控制的模拟按钮人行横道交通信号灯控制饮料灌装线的设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机电一体化课程设计说明书机械手控制的模拟按钮人行横道交通信号灯控制饮料灌装线的设计
机电一体化
专业方向课程综合设计说明书
课程设计题目：
机电综合课程设计
作者所在系部：
机电工程学院
作者所在专业：
机械设计制造及其自动化
作者所在班级：
Bxxxx班
作者姓名：
xxx
作者学号：
xxxxxx
指导教师姓名：
xxxxxx
完成时间：
年月日
机电一体化
专业方向课程综合设计任务书
学生姓名：
xxx专业：
机械设计制造及其自动化班级：
xxx
学号：
xxxxx指导教师：
xxx完成时间：
2015.12.31
课程设计题目：
机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线的设计
设计要求及技术要点：
本次课程设计进行三个项目控制程序的设计，具体控制要求见附件。
工作内容及最终成果：
1、根据任务要求，确定控制系统整体控制方案。
2、根据总体控制方案主要完成以下设计：
绘制液压（气动）回路；
绘制控制系统程序流程图；
绘制控制系统外部接线图及I/O地址分配表。
3、编写PLC控制程序，并进行调试。
4、撰写课程设计说明书一份（不少于6000字）。
时间进度安排：
第16周：
查阅相关资料，进行项目控制方案的拟定和液压（气动）回路、外部接线图设计。
第17周：
项目控制程序的编写及调试。
第18周：
项目控制程序的调试、撰写说明书及答辩。
指导教师签字：
年月日
摘要
工业机械自动化是近代控制领域的一大部分，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。
工业机械自动化是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染性的场合，应用的最为广泛。
在我国，近几年也有较快发展，并取得一定成果，受到机械工业部门的重视。
本文主要介绍了有关机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线的设计三个方面。
每个方面又包含了设计任务和要求，控制方案确定，接线图和地址分配表，控制程序分析以及程序调试遇到问题及解决方案等几大部分内容。
从任务要求着手，继而绘制顺序功能流程图，根据功能图编辑PLC梯形图，在实验室进行程序调试完成程序验证，并总结归纳过程中出现的问题，最后完成各个项目。
关键词：
机械手PLC控制机械手臂交通信号灯
第1章绪论
1.1PLC的发展背景
PLC是一种专门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按照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。
在工业生产的各个领域，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的方式，对不同类型的零件分别组成的自动生产线。
随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制器系统是采用固定接线，很难适应这个要求，大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，随着PLC的应用日益普及,其使用方法简单,便于掌握,且可靠性极高,抗干扰性很强,自身具有完善的功能.模块化的结构,使其在工业生产线上的应用越来越广泛。
1.2PLC发展前景
PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。
PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP（制造自动化协议）靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。
然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
第2章机械手控制的模拟
2.1设计任务和要求
机械手动作的模拟实验面板图如图2.1此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。
图2.1械手控制示意图
图2.1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，它的工作过程有八个动作，即为：
要求机械手能够实现手动、单步、单周期和连续循环多种工作模式。
连续循环工作中，按下停止按钮后，能够将当前周期循环完，然后停在原点位置。
2.2控制方案确定
I0.4*i0.2*Q0.1
Q0.5
M0.0原位
Q0.0
I0.6
M0.1下降
I0.1*M5.0
SQ0.1
T37
M0.2夹紧
T37*M5.0
Q0.2
M0.3上升
I2.0*M5.0
Q0.3
M0.4右移
I0.3*M5.0
Q0.0
M0.5下移
I0.1*M5.0
RQ0.2
T381s
M0.6松开
T38*M2.0
Q0.2
M0.7上升
I0.2*M5.0
Q0.4
M1.0左移
I0.4
图2.2顺序功能流程图
方案确定：
初始状态用上下限位及机械手松开来接通，随后用开始按钮将机械手下降，分别用每次完成的结果作为下次动作执行的条件让程序能够连续、稳定、循环的进行下去，最终完成循环动作。
2.3I/O接线图和地址分配表
图2.3I\O外部线图
表2.1I\O地址分配表
PLC地址
元器件名称
说明
I0.0
SB1
复位
I0.1
SQ1
下限位
I0.2
SQ2
上限位
I0.3
SQ3
右限位
I0.4
SQ4
左限位
I0.5
SB4
停止
I0.6
SB2
启动
I0.7
SB3
手动右移
I1.0
SB4
手动松开
I1.1
SB5
手动夹紧
I1.2
SB6
手动下降
I1.3
SB7
手动上升
I1.4
SB8
手动左移
I1.5
SB9
单周期方式
I2.0
SB10
连续方式
I2.1
SB11
单步方式
I2.2
SB12
手动方式
Q0.0
Yv1
下移
Q0.1
Yv2
夹紧
Q0.2
Yv3
上移
Q0.3
Yv4
右移
Q0.4
Yv5
左移
Q0.5
HV
原位
2.4控程序分析
2.4.1主程序
2.4.2手动子程序
2.4.3连续子程序
控制程序分析：
主程序分别将手动与连续分开，其中连续又包含了单步、单周期、连续三种方式。
单步通过利用中间继电器M5.0将连续转换为单步，单周期是通过中间继电器M1.1将连续转换为单周期，在连续中各步的结果是下一步的执行条件，最终达到程序的连续运行。
2.5程序调试遇到问题及解决方案
1、机械手无法实现单步动作。
解决方案：
在每一步转换条件中加上一个中间继电器（常开触点），当执行单步时，单步的常闭开关闭合，导致步与步之间的转换只有当每次按下启动按钮才能执行，最终实现单步操作。
2、机械手的启动停止按钮无法实现或是步骤太过繁琐。
解决方案：
引入中间继电器，启动按钮与继电器形成自锁让程序执行，在继电器前面串接一个停止按钮的常闭触点，按下后，线圈自锁破坏，程序无法运行，这样就按成了启动，又可完成停止，程序大大缩减。
3、手动操作无法引入。
解决方案：
通过引入手动子程序得以实现
第3章按钮人行横道交通信号灯控制
3.1按钮人行横道交通信号灯控制
按钮人行横道交通信号灯控制示意图如图2.1所示。
正常通行，车行道信号灯为绿、人行道信号灯为红。
若按下人行道按钮SB1或SB2，过30S后，车行道信号灯变为黄，再过10S后，车行道信号灯变为红。
5S后人行道信号灯变为绿。
15S后，人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。
图2.1按钮人行横道交通信号灯控制示意图
3.2按钮人行横道交通信号灯控制设计
3.2.1按钮人行道控制的I/O分配和接线图
（1）PLC是用来执行具体的控制，具体的工艺要求和具体的工作环境决定如何具体选择PLC的系统配置和I/O模块。
一般从PLC的内存容量大小和PLC的CPU最多能支持I/0点数多少这两个方面来考虑。
见2.2图
图3.3顺序功能图
图2.2按钮人行横道交通信号灯控制外部接线图
（2）PLC所需的I/O点个数
输人信号端:
2个人行道的手动开关，作为人要过人行道的输入指令。
输出信号端：
5个信号灯，分别控制车行道和人行道的红绿灯。
如表2.1所示：
表2.1I/O分配方式
输入继电器
作用
输出继电器
作用
I0.0
SB1按钮
Q0.0
车行道红灯
I0.1
SB2按钮
Q0.1
车行道黄灯
Q0.2
车行道绿灯
Q0.3
人行道红灯
Q0.4
人行道绿灯
3.2.2按钮人行横道交通信号灯控制时序图
图2.3按钮人行横道交通信号灯控制时序图
3.2.3 按钮人行道控制的顺序功能图
图2.4顺序功能图
3.2.4按钮人行道控制的梯形图
图2.5按钮人行道控制的梯形图
3.2.5程序调试遇到问题及解决方案
所遇问题：
人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。
绿灯持续亮，没有闪烁，次项无法完成。
解决方案：
加入脉冲和时间继电器，使绿灯闪烁
第4章饮料灌装线的设计
4.1设计任务和要求
图4.1饮料灌装线运动示意图
如图4.1所示，传送带由电机M1驱动，传送带上设有灌装工位工件传感器。
SE1、封盖工位工件传感器SE2和传送带定位传感器SE5。
按动起动按钮Start，传送带M1开始转动，若定位传感器SE5动作，表示饮料瓶已到达一个工位，传送带应立即停止。
在灌装工位上部有一个饮料罐，当该工位有饮料瓶时，则由电磁阀LT1对饮料瓶进行3s定时灌装（传送带已定位）。
在封盖工位上有2个单作用气缸（A缸和B缸），当工位上有饮料瓶时，首先A缸向下推出瓶盖，当SE3动作时，表示瓶盖已推到位，然后B缸开始执行压接，1s后B缸打开，再经1sA缸退回，当SE4动作时表示A缸已退回到位，封盖动作完成。
瓶子的补充及包装，假设使用人工操作，暂时不考虑。
任何时候按停止按钮Stop，应立即停止正在执行的工作：
传送带电机停止、电磁阀关闭、气缸归位。
4.2控制方案确定
电机停转
电机转动
灌装
启动
复位
图4.2顺序功能图
复位
启动
电机转动
电机停转
A缸伸出
B缸加紧
灌装
A缸缩回
图4.2顺序功能图
方案确定：
起初用SM0.1将各个元器件复位，然后通过I0.6所对应的触点处是否有料来确定电机是否转动。
当电机停转时灌装与压盖处的触点通过检测是否有料来确定是否灌装或压盖，只有当两个都完成动作电机才能启动继续循环动作下去。
4.3I/O接线图和地址分配表
图4.2I\O接线图
表4.1地址分配表
PLC地址
元器件名称
说明
I0.0
SB1
启动
I0.1
SB2
停止
I0.2
SE1
灌装工位
I0.3
SE2
压盖工位
I0.4
SE3
A缸下限位
I0.5
SE4
A缸上限位
I0.6
SE5
定位工位
Q0.0
M1
电机
Q0.1
LT1
灌装
Q0.2
Y1
A缸
Q0.3
Y2
B缸
4.4控制程序分析
程序分析：
程序开始由SM0.1接通并使各个元器件复位，当i0.6接通说明LS5处有料电机停转。
随后，I0.2，I0.3分别检测是否有工件然后确定两个工位是否有动作。
当两个工位动作都结束后在使电机重新转动继续循环动作下去。
4.5程序调试遇到问题及解决方案
1、该流水线无法循环进行。
解决方案：
通过利用灌装工位完成条件（Q0.1的常闭触点）和压盖工位完成条件（I0.5的常开触点）来继续是电机转动。
2、题目说明条件比较模糊。
解决方案：
各种情况综合考虑，力求完善。
3、灌装与压盖无法并行排列进行。
解决方案：
通过各个工位的传感器（SE1与SE2）分别接通各自工位所执行的动作来使两个动作能够同时进行，最终达到题目所要求的结果。
第5章结论
经过自己的努力和查阅资科，也在老师和同学的帮助下，我最终完成了这次课程设计。
本次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识延用到我以后的工作中去，还是通过一定学习手段更好的完善知识，总的来说，我受益匪浅。
我先对课设题目及任务要求进行分析，然后画出顺序功能图，根据顺序功能程序图画出I/O地址分配表以及I/O接线图。
之后根据1/0接线图在操作面板布置图上接好线路，进行调试。
本论文所设计的液体混合装置模拟、物料分拣机构控制和饮料灌装生产线，都采用PLC可编程控制器控制，程序简单且便于调试，通过PLC本身通信接口与计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测。
由于对程序的设计不是很熟悉，调试了很多次，最后才调试成功。
经过这次课程设计，我学会了一些基本的编程方法，学会了顺序控制的编程思想。
我会在以后的学习当中把我学到的用到我们现实的生后中去，学以致用，只有经历辛勤的汗水，才能让知识绽放出美丽的花朵。
老师的指导和同学的帮助当然也是一个不可忽视的方面，让我明白了自己的不足，并得以改正，也让我更好的完成自己的设计。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及其应用.北京:
机械工业出版社,2008.
[2]李俊秀.可编程控制器应用技术.北京:
化学工业出版社,2008.
[3]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.南京：
东南大学出版社,2003.
[4]王阿根.电气可编程控制器及应用.北京:
清华大学出版社,2007.
[5]汪志峰.可编程序控制器原理与应用[M].西安电子科技大学出版社,2004
[6]常斗南.可编程序控制器机[M].机械工业出版社,2007
致谢
历时三周的综合课程设计将要告一段落。
经过自己不断地探索努力以及老师们的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。
在这段时间里，老师们严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，她们的指导使我受益匪浅。
在论文即将完成之际，我的心情久久无法平静，从开始选题到顺利论文完成，可敬的师长、同学、朋友给了我无数的帮助。
感谢老师们提供的实验器材，感谢全体老师给予我丰富的专业知识和各个方面的关心和帮助。
正是由于你们的帮助和支持，我才能一个一个克服困难、解明疑惑，直至本文顺利完成，在这里请接受我诚挚的谢意！
谢谢你们！
升级会员 