機電一體化課程設(shè)計--紅綠燈信號編程

1、<p><b>　　機電一體化</b></p><p>　　專業(yè)方向課程綜合設(shè)計說明書</p><p>　　課程設(shè)計題目： 機電綜合課程設(shè)計 </p><p>　　作者所在系部： 機電工程學(xué)院 </p><p>　　作者所在專業(yè)：

2、 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　作者所在班級： Bxxxx班 </p><p>　　作 者 姓 名 ： xxx </p><p>　　作 者 學(xué) 號 ： xxxxxx &

3、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： xxx xxx </p><p>　　完 成 時 間 ： 年 月 日 </p><p><b>　　機電一體化</b></p><p>　　專業(yè)方向課程綜合設(shè)計任務(wù)書</p><p

4、><b>　　摘 要</b></p><p>　　工業(yè)機械自動化是近代控制領(lǐng)域的一大部分，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并已成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械自動化是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染性的場合，應(yīng)用的最為廣泛。在我國，近幾年也有較快發(fā)展，并取得一

5、定成果，受到機械工業(yè)部門的重視。</p><p>　　本文主要介紹了有關(guān)機械手控制的模擬、按鈕人行橫道交通信號燈控制、飲料灌裝線的設(shè)計三個方面。每個方面又包含了設(shè)計任務(wù)和要求，控制方案確定，接線圖和地址分配表，控制程序分析以及程序調(diào)試遇到問題及解決方案等幾大部分內(nèi)容。從任務(wù)要求著手，繼而繪制順序功能流程圖，根據(jù)功能圖編輯PLC梯形圖，在實驗室進行程序調(diào)試完成程序驗證，并總結(jié)歸納過程中出現(xiàn)的問題，最后完成各個項目。

6、</p><p>　　關(guān)鍵詞： 機械手 PLC 控制 機械手臂 交通信號燈</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 PLC的發(fā)展背景</p><p>　　PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏

7、輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，機械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機械化流水作業(yè)的方式，對不同類型的零件分別組成的自動生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對象也隨之改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械設(shè)備按新的工藝過程運行

8、，而繼電接觸器控制器系統(tǒng)是采用固定接線，很難適應(yīng)這個要求，大型自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，隨著PLC的應(yīng)用日益普及,其使用方法簡單,便于掌握,且可靠性極高,抗干擾性很強,自身具有完善的功能.模塊化的結(jié)構(gòu),使其在工業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　1.2 PLC發(fā)展前景</p><p>　　PLC發(fā)展至今已有近40年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)

9、的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化，PLC亦一樣，隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進，功能日益強大，性價比越來越高。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC軟件進步的一種趨勢。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時，日益向MAP(制造自動化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。</p>&l

10、t;p>　　PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。</p><p>　　第2章 機械手控制的模擬<

11、;/p><p>　　2.1設(shè)計任務(wù)和要求</p><p>　　機械手動作的模擬實驗面板圖如圖2.1此面板中的啟動、停止用動斷按鈕來實現(xiàn)，限位開關(guān)用鈕子開關(guān)來模擬，電磁閥和原位指示燈用發(fā)光二極管來模擬。</p><p>　　圖2.1 械手控制示意圖</p><p>　　圖2.1中為一個將工件由A處傳送到B處的機械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙

12、線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過程有八個動作，即為：</p><p>　　要求機械手能夠?qū)崿F(xiàn)手動、單步、單周期和連續(xù)循環(huán)

13、多種工作模式。連續(xù)循環(huán)工作中，按下停止按鈕后，能夠?qū)?dāng)前周期循環(huán)完，然后停在原點位置。</p><p>　　2.2 控制方案確定</p><p>　　I0.4*i0.2*Q0.1</p><p><b>　　M0.0原位</b></p><p><b>　　I0.6</b></p>

14、<p><b>　　M0.1下降</b></p><p><b>　　I0.1*M5.0</b></p><p><b>　　M0.2夾緊</b></p><p><b>　　T37*M5.0</b></p><p><b>　　

15、M0.3上升</b></p><p><b>　　I2.0*M5.0</b></p><p><b>　　M0.4右移</b></p><p><b>　　I0.3*M5.0</b></p><p><b>　　M0.5下移</b><

16、;/p><p><b>　　I0.1*M5.0</b></p><p><b>　　M0.6松開</b></p><p><b>　　T38*M2.0</b></p><p><b>　　M0.7上升</b></p><p>&l

17、t;b>　　I0.2*M5.0</b></p><p><b>　　M1.0左移</b></p><p><b>　　I0.4</b></p><p>　　圖2.2 順序功能流程圖</p><p>　　方案確定：初始狀態(tài)用上下限位及機械手松開來接通，隨后用開始按鈕將機械手下降，

18、分別用每次完成的結(jié)果作為下次動作執(zhí)行的條件讓程序能夠連續(xù)、穩(wěn)定、循環(huán)的進行下去，最終完成循環(huán)動作。</p><p>　　2.3 I/O接線圖和地址分配表</p><p>　　圖2.3 I\O外部線圖</p><p>　　表2.1 I\O地址分配表</p><p><b>　　2.4控程序分析</b></p>

19、;<p><b>　　2.4.1主程序</b></p><p>　　2.4.2手動子程序</p><p>　　2.4.3連續(xù)子程序</p><p>　　控制程序分析：主程序分別將手動與連續(xù)分開，其中連續(xù)又包含了單步、單周期、連續(xù)三種方式。單步通過利用中間繼電器M5.0將連續(xù)轉(zhuǎn)換為單步，單周期是通過中間繼電器M1.1將連續(xù)轉(zhuǎn)換為單周

20、期，在連續(xù)中各步的結(jié)果是下一步的執(zhí)行條件，最終達到程序的連續(xù)運行。</p><p>　　2.5程序調(diào)試遇到問題及解決方案</p><p>　　1、機械手無法實現(xiàn)單步動作。</p><p>　　解決方案：在每一步轉(zhuǎn)換條件中加上一個中間繼電器（常開觸點），當(dāng)執(zhí)行單步時，單步的常閉開關(guān)閉合，導(dǎo)致步與步之間的轉(zhuǎn)換只有當(dāng)每次按下啟動按鈕才能執(zhí)行，最終實現(xiàn)單步操作。</p

21、><p>　　2、機械手的啟動停止按鈕無法實現(xiàn)或是步驟太過繁瑣。</p><p>　　解決方案：引入中間繼電器，啟動按鈕與繼電器形成自鎖讓程序執(zhí)行，在繼電器前面串接一個停止按鈕的常閉觸點，按下后，線圈自鎖破壞，程序無法運行，這樣就按成了啟動，又可完成停止，程序大大縮減。</p><p>　　3、手動操作無法引入。</p><p>　　解決方案：通

22、過引入手動子程序得以實現(xiàn)</p><p>　　第3章 按鈕人行橫道交通信號燈控制</p><p>　　3.1按鈕人行橫道交通信號燈控制</p><p>　　按鈕人行橫道交通信號燈控制示意圖如圖2.1所示。</p><p>　　正常通行，車行道信號燈為綠、人行道信號燈為紅。若按下人行道按鈕SB1或SB2，過30S后，車行道信號燈變?yōu)辄S，再過10

23、S后，車行道信號燈變?yōu)榧t。5S后人行道信號燈變?yōu)榫G。15S后，人行道綠燈開始閃爍，閃爍5次，每次1S，即5S后返回初始狀態(tài)，人行道信號燈為紅燈，車行道信號燈為綠燈。</p><p>　　圖2.1 按鈕人行橫道交通信號燈控制示意圖</p><p>　　3.2按鈕人行橫道交通信號燈控制設(shè)計</p><p>　　3.2.1 按鈕人行道控制的I/O分配和接線圖 &

24、lt;/p><p>　?。?）PLC是用來執(zhí)行具體的控制，具體的工藝要求和具體的工作環(huán)境決定如何具體選擇PLC的系統(tǒng)配置和I/O模塊。一般從PLC的內(nèi)存容量大小和PLC 的CPU最多能支持I/0點數(shù)多少這兩個方面來考慮。見2.2圖</p><p>　　圖2.2 按鈕人行橫道交通信號燈控制外部接線圖</p><p>　?。?）PLC所需的I/O點個數(shù) </

25、p><p>　　輸人信號端:2個人行道的手動開關(guān)，作為人要過人行道的輸入指令。 輸出信號端：5個信號燈，分別控制車行道和人行道的紅綠燈。如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 I/O分配方式</p><p>　　3.2.2按鈕人行橫道交通信號燈控制時序圖</p><p>　　圖2.3按鈕人行橫道交通信號燈控制時序圖</p&

26、gt;<p>　　3.2.3 按鈕人行道控制的順序功能圖 </p><p>　　圖2.4 順序功能圖</p><p>　　3.2.4 按鈕人行道控制的梯形圖</p><p>　　圖2.5 按鈕人行道控制的梯形圖</p><p>　　3.2.5 程序調(diào)試遇到問題及解決方案</p><p>

27、;　　所遇問題：人行道綠燈開始閃爍，閃爍5次，每次1S，即5S后返回初始狀態(tài)，人行道信號燈為紅燈，車行道信號燈為綠燈。綠燈持續(xù)亮，沒有閃爍，次項無法完成。</p><p>　　解決方案：加入脈沖和時間繼電器，使綠燈閃爍</p><p>　　第4章 飲料灌裝線的設(shè)計</p><p>　　4.1設(shè)計任務(wù)和要求</p><p>　　圖4.1 飲料

28、灌裝線運動示意圖</p><p>　　如圖4.1所示，傳送帶由電機M1驅(qū)動，傳送帶上設(shè)有灌裝工位工件傳感器。SE1、封蓋工位工件傳感器SE2和傳送帶定位傳感器SE5。按動起動按鈕Start，傳送帶M1開始轉(zhuǎn)動，若定位傳感器SE5動作，表示飲料瓶已到達一個工位，傳送帶應(yīng)立即停止。在灌裝工位上部有一個飲料罐，當(dāng)該工位有飲料瓶時，則由電磁閥LT1對飲料瓶進行3s定時灌裝（傳送帶已定位）。在封蓋工位上有2個單作用氣缸（A

29、缸和B缸），當(dāng)工位上有飲料瓶時，首先A缸向下推出瓶蓋，當(dāng)SE3動作時，表示瓶蓋已推到位，然后B缸開始執(zhí)行壓接，1s后B缸打開，再經(jīng)1s A缸退回，當(dāng)SE4動作時表示A缸已退回到位，封蓋動作完成。瓶子的補充及包裝，假設(shè)使用人工操作，暫時不考慮。</p><p>　　任何時候按停止按鈕Stop，應(yīng)立即停止正在執(zhí)行的工作：傳送帶電機停止、電磁閥關(guān)閉、氣缸歸位。</p><p>　　4.2 控制方

30、案確定</p><p>　　方案確定：起初用SM0.1將各個元器件復(fù)位，然后通過I0.6所對應(yīng)的觸點處是否有料來確定電機是否轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機停轉(zhuǎn)時灌裝與壓蓋處的觸點通過檢測是否有料來確定是否灌裝或壓蓋，只有當(dāng)兩個都完成動作電機才能啟動繼續(xù)循環(huán)動作下去。</p><p>　　4.3 I/O接線圖和地址分配表</p><p><b>　　4.4控制程序分析<

31、/b></p><p>　　程序分析：程序開始由SM0.1接通并使各個元器件復(fù)位，當(dāng)i0.6接通說明LS5處有料電機停轉(zhuǎn)。隨后，I0.2，I0.3分別檢測是否有工件然后確定兩個工位是否有動作。當(dāng)兩個工位動作都結(jié)束后在使電機重新轉(zhuǎn)動繼續(xù)循環(huán)動作下去。</p><p>　　4.5程序調(diào)試遇到問題及解決方案</p><p>　　1、該流水線無法循環(huán)進行。</p

32、><p>　　解決方案：通過利用灌裝工位完成條件（Q0.1的常閉觸點）和壓蓋工位完成條件（I0.5的常開觸點）來繼續(xù)是電機轉(zhuǎn)動。</p><p>　　2、題目說明條件比較模糊。</p><p>　　解決方案：各種情況綜合考慮，力求完善。</p><p>　　3、灌裝與壓蓋無法并行排列進行。</p><p>　　解決方案：通

33、過各個工位的傳感器（SE1與SE2）分別接通各自工位所執(zhí)行的動作來使兩個動作能夠同時進行，最終達到題目所要求的結(jié)果。</p><p><b>　　第5章 結(jié) 論</b></p><p>　　經(jīng)過自己的努力和查閱資科，也在老師和同學(xué)的幫助下，我最終完成了這次課程設(shè)計。本次的設(shè)計使我從中學(xué)到了很多東西，不管是將我所學(xué)到的知識延用到我以后的工作中去，還是通過一定學(xué)習(xí)手段更好

34、的完善知識，總的來說，我受益匪淺。我先對課設(shè)題目及任務(wù)要求進行分析，然后畫出順序功能圖，根據(jù)順序功能程序圖畫出I/O地址分配表以及I/O接線圖。之后根據(jù)1/0接線圖在操作面板布置圖上接好線路，進行調(diào)試。本論文所設(shè)計的液體混合裝置模擬、物料分揀機構(gòu)控制和飲料灌裝生產(chǎn)線，都采用PLC可編程控制器控制，程序簡單且便于調(diào)試，通過PLC本身通信接口與計算機聯(lián)網(wǎng)，對現(xiàn)場操作的各項參數(shù)進行監(jiān)測。由于對程序的設(shè)計不是很熟悉，調(diào)試了很多次，最后才調(diào)試成功

35、。</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，我學(xué)會了一些基本的編程方法，學(xué)會了順序控制的編程思想。我會在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中把我學(xué)到的用到我們現(xiàn)實的生后中去，學(xué)以致用，只有經(jīng)歷辛勤的汗水，才能讓知識綻放出美麗的花朵。老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助當(dāng)然也是一個不可忽視的方面，讓我明白了自己的不足，并得以改正，也讓我更好的完成自己的設(shè)計。</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

36、t;/p><p>　　[1] 廖常初.PLC編程及其應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[2] 李俊秀.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008. </p><p>　　[3] 郁漢琪.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).南京：東南大學(xué)出版社,2003. </p><p>　　[4] 王阿根.電

37、氣可編程控制器及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2007. </p><p>　　[5] 汪志峰.可編程序控制器原理與應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2004 </p><p>　　[6] 常斗南.可編程序控制器機[M].機械工業(yè)出版社,2007</p><p><b>　　致 謝</b></p><p

38、>　　歷時三周的綜合課程設(shè)計將要告一段落。經(jīng)過自己不斷地探索努力以及老師們的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計已經(jīng)基本完成。在這段時間里，老師們嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，她們的指導(dǎo)使我受益匪淺。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情久久無法平靜，從開始選題到順利論文完成，可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無數(shù)的幫助。感謝老師們提供的實驗器材，感謝全體老師給予我豐富的專業(yè)知識和各個方面的關(guān)心和