plc课程设计 机械手 电气控制 plc要点.docx

1、plc课程设计 机械手 电气控制 plc要点课程设计报告书课程名称:课题名称:系部名称:专业班级:姓 名:学 号:2012年 06月 20日 PLC 技术与工程应用课程设计报告书目录1 引言 . - 1 -2 系统总体方案设计 . - 2 - 2.1 系统硬件配置及组成原理 . - 2 -2.2 系统变量定义及分配表 . - 5 -2.3 系统接线图设计 . - 6 -3 控制系统设计 . . - 7 -3.1 程序流程图 . - 7 -3.2 控制程序设计思路 . - 8 -4 程序调试 . - 9 - 4.1 调试设备 . - 9 -4.2 遇到的问题与解决方法 . - 9 -5 上位机监

2、控系统设计 . . - 10 -6 心得体会 . - 11 -参考文献 . . - 12 -附录 程序清单 . - 13 -I机械手电气控制系统设计1 引言机械手是工业控制和加工中经常用到的执行部件,具有能适应恶劣工作环 境、 效率高、 安全稳定和可进行高强度工作的优点, 在自动化生产线上有广泛的 应用。在现代工业中,生产过程的机械化,自动化已成为突出的主题。化工等连 续性生产过程的自动化已基本得到解决。 专用机床是大批量生产自动化的有效的 办法; 控制机床、 数控机床、 加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量 生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外,还有大量的装卸、搬运、装配等 作业

3、,有待于进一步实现机械化 , 工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生 产的。 机械手是能够模仿人体上肢的部分功能, 可以对其进行自动控制使其按照 预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。为工业机械手设计一个技术性能优良的控制系统, 对于提高工业机械手的整 体技术性能来说具有十分重要的意义。 本设计正是针对这一课题, 选择了可编程 控制器 (PLC作为工业机械手的控制系统,这对提升工业机械手的整体技术性能 起到了良好的作用。本设计的电动组合机械手分别由四个不同功能的驱动电机及相应的机械传 动装置构成;它们是:旋转电机、水平(X 轴伸缩运行电机、垂直(Y 轴升 降运行电机、 手爪

4、驱动电机, 是一个三轴多位置的机械装置。 可以完成零组件的 组装、移送等任务。限位开关检测机械手是否到达固定位置。可编程控制器 (PLC控制机械手的动作,实现机械手的单步和连续运行。本 设计可编程控制器 (PLC选用西门子(SIEMENS 公司 S7-200系列的 CPU224XP 。 机械手的开关量信号直接输入 PLC , PLC 输出的控制信号用于驱动继电器动作, 从而控制电动机正向或反向运行。- 1 -2系统总体方案设计2.1系统硬件配置及组成原理2.1.1 机械手的相关介绍机械手实验设备如图 1所示。 该设备可以实现手臂的左右摆动、 伸出与退回、 上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由

5、度动作。 图 1. 机械手实验设备该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动,每台电动机可进行正反转运 行。 左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动; 伸出与退回、 上下移动由直流减速电 机驱动丝杠 -螺母结构完成; 机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结 构实现。该设备共有 8个动作,由控制器输出信号驱动。每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关,用于判断当前动作是否到 位。该设备共有 8个行程开关作为控制器的输入信号。设计输入输出接口电路 (如图 2所示 的目的是为解决机械手设备输出驱 动单元、 输入检测单元与 PLC 之间的信号接口问题。 图中上层电路板是驱动电路 板,下层电路板左侧是输入接

6、口电路板,右侧是输出接口电路板。 图 2. 输入输出接口电路板输入接口电路板原理图如图 3所示, 其功能是将设备上行程开关的开关状态- 2 -转换为统一的电平信号 (逻辑 1:24V DC ;逻辑 0:0V DC。板上设有光电隔离 电路,将内外电源隔离,以保护设备安全。 图 3. 输入接口电路板电气原理图本设备 8个输入信号,对应输入接口电路板的 8根输入信号线。各信号线对应的行程开关如表 1所示。表 1. 输入信号线与行程开关对应关系表 输出接口 (如图 4所示 由两块电路板构成:驱动电路板和输出接口电路板。 它们的功能是将 PLC 输出的控制信号用于驱动继电器动作, 从而控制电动机正向 或

7、反向运行。输出接口电路板上也设有光电隔离电路,可将内外电源隔离。 左图为驱动电路板电气原理图,继电器 A 吸合、 B 释放,对应的电机正转; 继电器 A 释放、 B 吸合,对应的电机反转;继电器 A 、 B 同时释放,电机停止运 行; 不允许二者都吸合。 右图为输出接口电路板电气原理图, 当 PLC 输出的某路 控制信号有效时,对应的输出信号有效,从而可以使得对应的继电器吸合。- 3 - 4 -图 4. 输出接口电路电气原理图(左图为驱动电路板,右图为输出接口电路板 本设备有 8个输出控制信号, 对应输出接口电路板的 8根输出信号线。 各输 出信号线对应的电动机动作关系如表 2所示。表 2.

8、输出信号线与电动机动作对应关系表 系统组成图 5如下:图 5. 机械手 PLC 控制系统组成由上图 5可知,该机械手 PLC 控制系统除机械手设备外,还由安装有编 程软件 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的计算机,西门子(SIEMENS 公司 S7-200系列的 CPU224XP , PPI 通信电缆等组成。2.2系统变量定义及分配表该系统有 12个输入点,对应的分配表如下表(表 3所示。表 3. 输入点地址分配表 该系统有 8个输入点,对应的分配表如表 4所示。表 4. 输出点地址分配表 - 5 - 6 - 2.3 系统接线图设计 该系统的接线图如下图 6所示。图 6. 机械

9、手 PLC 控制系统接线图- 7 -3 控制系统设计3.1 程序流程图该系统程序流程图如下图 7所示。 等 待左 行图 6. 机械手 PLC 控制系统程序流程图程序流程图说明:1、机械手处于原位,右限位、上限位、退回到位和手指张开到位行程开关 均被压下。如不在原位可按下复位按钮使其回到原位;2、按下单步模式下,机械手由原位开始动作,同时进行伸出和下行,后进 行手指夹紧地址, 之后同时进行上行和左转, 然后进行下行动作, 再进行手指张 开动作,最后同时进行上行和退回动作;3、按下连续启动按钮,上述动作依次发生,但回到初始位置之后,继续下 一个工件的传输过程,按下停止按钮,待本次工件传输工作结束后

10、,停止运行。 3.2控制程序设计思路此次机械手 PLC 控制系统采用顺序功能图来编程, 顺序功能流程图程序设计 的特点是:1、以功能为主线,条理清楚,便于对程序操作的理解和沟通;2、对大型的程序,可分工设计,采用较为灵活的程序结构,可节省程序设 计时间和调试时间;3、常用于系统的规模校大,程序关系较复杂的场合;4、只有在活动步的命令和操作被执行后,才对活动步后的转换进行扫描, 因此,整个程序的扫描时间要大大缩短。机械臂在上、下、左、右、伸出、退回、手指抓紧和松开的控制中使用了 S 作为状态条件。由于机械手运行过程中有几步可以同时动作, 于是采用顺序控制的并行分支 来完成, 以节省运行的时间,

11、提高效率。 其中可同时进行的步骤执行后等待完成 后再进行下一步。在机械手的上、下、左、右、伸出、退回、手指抓紧和松开的控制中,使用 软件联锁触点,替代了 SM0.0。对于出现的重复使用左行、 上行和下行动作输出驱动, 在 SCR 段先用中间继 电器表示其分段的输出逻辑,在出现的最后在进行合并输出处理。- 8 -4程序调试4.1调试设备根据控制系统的硬件及软件的设计最后对本控制系进行整体性的操作控制 调试:首先用电脑在 STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑的梯形图写入软件中, 然后点击运行并对其指出的错误进行修改, 修改完最终运行无误后将其下载到可 编程控制仪器中; 其次按照设计的要

12、求接好线, 确定无误后按下启动按钮。 启动 后发现上行、下行、左行、右行灯均同时亮且一直亮着,这样就不符合设计中每 个动作依次有序进行操作的要求, 务必对其进行修正。 在这种情况下我采取了以 下操作:一:在没有确定设备是否曾在问题的情况下,首先我们对设备进行了检测, 发现不曾在任何问题, 在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过 程以确定初次的接线过程是否有误,结果发现运行的结果和先前一样出现灯均 亮。这样方案一就以失败告终。二:通过对程序的再三检查后, 发现并未出现语法上的错误。 会不会是运行 的速度太快而出现一个周期接一个周期的快速运行呢?在带着这个问题的情况 下把程序的每个动作

13、网络多家了一个 stop 指令加以验证,然后将程序写入 STEP-7-Micro/WIN编程软件中运行,运行结果显示没有错误;再下载到可编程 控制仪后接好线按下启动按钮, 发现指示灯会按照设计动作的要求依次亮起而且 程序也能按照设计的要求完成指定的单周期和多周期操作。 这样利用方案二就完 成了整个实验的调试。4.2遇到的问题与解决方法1、对于出现的重复使用左行、上行和下行动作如何避免冲突?在 SCR 段先用中间继电器表示其分段的输出逻辑, 在出现的最后在进行合并 输出处理。2、怎样使机械手的工作状态清晰而简单呈现出来?采用功能图进行程序的编写与调试。3、在调试过程中如何发现错误?通过监视、查看

14、符号表来查看状态和数据。- 9 -5上位机监控系统设计本实验所采用上位监控系统是基于计算机的上 STEP 7Micro WIN 软件,而进 行对程序和设备的系统内部的监控,主要的过程如下:熟悉 STEP 7Micro WIN软件的编程环境、编程方法和用 STEP 7Micro WIN软件编写上位机监控系统的程序。根据课目设计要求,编写程序。对系统进行调试和 I/O地址的分配、标释。运行机械手设备, 打开上位机上的监控系统, 观察课目设计程序, 并监控机 械手设备是否正常情况下工作。对设备工作中的不足进行修改,重新进行观察本软件对程序实施了监控,监控部分剪影如图 7所示: 图 7. 程序的上位机

15、监控图另外本上位机监控系统还对数据的变化进行了监控,如图 8所示: 图 8、符号表的监控图- 10 -6心得体会学完 PLC 理论课程后我们做了课程设计, 此次设计以分组的方式进行, 每组 有一个题目。 我们做的是机械手的 PLC 控制系统。 由于平时大家都是学的大多数 是理论知识, 没有过实际开发设计的经验, 拿到的时候都不知道怎么做。 但通过 各方面的查资料并向老师和同学请教。 我们基本学会了 PLC 设计的步聚和基本方 法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会,提高了与人合作的意识与能力。 通过这次设计实践。 我学会了 PLC 的基本编程方法, 对 PLC 的工作原理和使 用方法也有了更

16、深刻的理解。 在对理论的运用中, 提高了我们的工程素质, 在没 有做实践设计以前, 我们对知道的掌握都是思想上的, 对一些细节不加重视, 当 我们把自己想出来的程序与到 PLC 中的时候, 问题出现了, 不是不能运行, 就是 运行的结果和要求的结果不相符合。 通过解决一个个在调试中出现的问题, 我们 对 PLC 的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。通过合作,我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后,很多 同学都没有过深入的交流, 在设计的过程中, 我们用了分工与合作的方式, 每个 人负责一定的部分, 同时在一定的阶段共同讨论, 以解决分工中个人不能解决的 问题,在交流中大家积极发

17、言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教。在此 过程中, 每个人都想自己的方案得到实现, 积极向同学说明自己的想法。 通过比 较选出最好的方案。鉴于本人所学知识有限,经验不足,又是初次研究这种复杂的设计,在此 过程中难免存在一些错误和不足之处,恳请老师给予批评和指正。- 11 -PLC 技术与工程应用课程设计参考文献1王永华 . 现代电气控制及 PLC 应用技术 (第二版 . 北京:北京航空航天大学出版社, 2008. 2西门子公司 . SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册 .2004.63姚永刚 . 电机与控制技术 . 北京:中国铁道出版社 .20104 朱献清 郑静 . 电气制图 . 北京:机械工业出版社 . 20125 王永华 . 现场总线技术及应用教程 . 北京:机械工业出版社, 20066 西门子公司 .MICROMASTER 用户手册 .2004- 12 -机械手电气控制系统设计 附录 程序清单 - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - 机械手电气控制系统设计 - 17 - - 18 - - 19 - PLC 技术与工程应用课程设计 - 20 - 机械手电气控制系统设计 - 21 -PLC 技术与工程应用课程设计 - 22 - 机械手电气控制系统设计 - 23 -