顯像管搬運機械手課程設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　1 課題的基本要求………………………………………………..4</p><p>　　2 總體設計………………………………………………………..5</p><p>　　2.1 PLC選型.....

2、....................................................................5</p><p>　　2.2 I/O點及地址分配……………………………………...7</p><p>　　2.3 PLC端子接線.............................................................

3、....9</p><p>　　2.4 操作面板示意圖……………………………………….11</p><p>　　3 PLC程序設計…………………………………………………...12</p><p>　　3.1 設計思想..........................................................................

4、12</p><p>　　3.2 顯像管搬運機械手順序功能圖......................................13</p><p>　　3.3 PLC梯形圖......................................................................15</p><p>　　3.3.1自動梯

5、形圖………………………………………15</p><p>　　3.3.2復位梯形圖……………………………………....25</p><p>　　3.3.3手動梯形圖 ……………………………………..26</p><p>　　4 程序調(diào)試說明............. ...................................................

6、...............28</p><p>　　結(jié)束語................................................................................................29</p><p>　　參考文獻....................................................

7、........................................30</p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　1、PLC的概念</b></p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術，自動化技術，網(wǎng)絡通訊技

8、術于一體的通用工業(yè)控制裝置。英文縮寫為PC或PLC。它具有體積小、功能強、程序設計簡單、靈活通用、維護方便等一系列優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更得到用戶的好評。因而在機械、能源、化工、交通、電力等領域得到了越來越廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC,機器人和CAD/CAM）。</p><p><b>　　2、PLC的特點</b></p>&

9、lt;p>　?。?）可靠性高，抗干擾能力強 　　</p><p>　　PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 　</p><p>　　(2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強 　　</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、

10、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。</p><p>　　(3)PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。</p><p>　　(4)PLC有較強的帶負載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器 </p><p>　　可以用于各種規(guī)模的

11、工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 　　</p><p>　　(5)易學易用，深受工程技術人員歡迎 　</p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計算

12、機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程</p><p>　　語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 　</p><p>　　(6)系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造 <

13、;/p><p>　　PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 　</p><

14、p>　　(7)體積小，重量輕，能耗低 　　</p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。</p><p><b>　　PLC應用領域</b></p>

15、;<p>　　(1) 用于順序控制</p><p>　　順序控制是根據(jù)有關輸入開關量的當前與歷史的狀況，產(chǎn)生所要求的開關量輸出，以使系統(tǒng)能按一定順序工作。這是系統(tǒng)工作最基本的控制。</p><p>　　(2) 用于過程控制</p><p>　　過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量，如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。過程控制的目的就是，根據(jù)有

16、關模擬量的當前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開關量、或模擬量輸出，以使系統(tǒng)工作參數(shù)能按一定要求工作。是連續(xù)生產(chǎn)過程最常用的控制，過程控制的類型很多。</p><p>　　(3) 用于運動控制</p><p>　　運動控制主要指，對工作對象的位置、速度及加速度所作的控制?？梢允菃巫鴺?，即控制對象作直線運動；也可是多坐標的，控制對象的平面、立體，以至于角度變換等運動PLC也已具備處理脈沖量的能

17、力。</p><p><b>　　(4)用于信息控制</b></p><p>　　信息控制也稱數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。</p><p>　　隨著技術的發(fā)展，PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作控制，還可用作系統(tǒng)的信息控制。</p><p>　　(5) 用于遠程控制</p><

18、p>　　遠程控制是指，對系統(tǒng)的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。</p><p>　　4 PLC應用于機械手控制</p><p>　　近年來，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。為此，各高校的電氣自動化、電氣工程、供用電技術、機電一體化等相關專業(yè)相繼開設了有關可編程控制器原理及應用的課程。 高等工科院校的培養(yǎng)目標的首要任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新

19、精神和實踐能力的各類技術人才，這種人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)必須有一定的實踐教學環(huán)節(jié)。學生通過實踐教學環(huán)節(jié)的訓練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨立工作能力和創(chuàng)新能力。 實訓是各種實踐性環(huán)節(jié)的綜合訓練，是工程實用技能的訓練。可編程控制器應用技術是先進的自動化控制技術，是亟待掌握的實用技術，對于這樣一門應用性廣、實踐性強的專業(yè)課，必須通過各種形式的實訓環(huán)節(jié)，構(gòu)筑實踐環(huán)境，強化工程意識，提高應用能力。

20、 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。工業(yè)機械手就這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關鍵部件之一。電氣方面有電機、開關電源、電磁閥、等</p><p>　　機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。它可在空間抓、放、搬運物

21、體等，動作靈活多樣，廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內(nèi)。應用PLC控制機械手能實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。本文以西門子S7-200 CPU226的PLC為基礎，介紹PLC在機械手搬運控制中的應用，并給出了詳細的PLC程序設計過程。該程序已在工業(yè)機械手中獲得了廣泛應用，具有穩(wěn)定、可靠的性能。</p

22、><p>　　1 課題的基本控制要求</p><p>　　題目：顯像管搬運機械手控制設計</p><p>　　搬運機械手包括：擺動缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤升降缸、鉗口合龍缸、吸盤、回轉(zhuǎn)電機。每個汽缸的雙向動作都有限位檢測開關?？刂屏鞒倘缦聢D所示。其中“擺動到清洗機”動作執(zhí)行，除了圖中的前提條件外，還有“清洗機到位”的附加條件。</p><p>　

23、　1) 按停止按鈕，完成當前循環(huán)后再停。</p><p>　　2）按復位按鈕，立即返回原位停止。</p><p>　　3）要求可以實現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)控制。</p><p>　　控制要求如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 顯像管搬運機械手工作循環(huán)流程圖</p><p><b>　　2 總體設計&

24、lt;/b></p><p><b>　　PLC選型</b></p><p>　　顯像管搬運機械手控制需要33個輸入，16個輸出，但CPU的集成輸出形式和模塊的電源規(guī)格有關。直流電源輸入的CPU模塊輸出為直流晶體管，采用交流電源輸入的CPU模塊的輸出為繼電器觸點，內(nèi)部帶有光耦器件。根據(jù)本課題需要選擇CPU (CPU226繼電器輸出,24輸入，16輸出）由于集成輸

25、入不夠，需擴展模塊，由此選擇擴展模塊（EM223 16入 24VDC/16出，繼電器）。如表2.1所示</p><p>　　表2.1 S7-200 CPU模塊的型號與訂貨號</p><p>　　2.2 I/O點及地址分配</p><p>　　搬運機械手包括：擺動缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤升降缸、鉗口合龍缸、吸盤、回轉(zhuǎn)電機，每個汽缸的雙向動作都有限位檢測開關。清洗機

26、還有 “清洗機到位”的附加條件，選擇自動控制輸入、輸出的同時按任務要求還有手動控制，所以I/O分配的時候還得選擇手動控制輸入，具體I/O分配如表2.2所示。</p><p>　　表2.2 I/O分配圖</p><p>　　2.3 PLC端子接線</p><p>　　PLC基本配置有基本單元自身構(gòu)成，電源、CPU、存儲器、I/O系統(tǒng)都集成在一個單元內(nèi)，該單元叫做基

27、本單元?；締卧泳€如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 基本單元接線圖</p><p>　　由于顯像管搬運機械手的控制需要33個輸入，16個輸出，基本單元的控制點數(shù)不符合需要，所以需要選擇擴展單元，選擇的擴展模塊為EM223 16入 24VDC /16出,繼電器，接線圖如圖2.2所示。 </p><p>　　圖2.2 EM223擴展模塊接線圖<

28、;/p><p>　　2.4 操作面板示意圖</p><p>　　工作方式選擇開關3個位置分別對應3種工作方式，操作面板上的旋鈕是控制手動、單周期、連續(xù)，而左下部的15個按鈕是手動按鈕。出現(xiàn)緊急情況時用“緊急停車”按鈕斷開負載電源，具體控制如圖2.3。</p><p>　　圖2.3控制面板示意圖</p><p><b>　　3 PLC程序

29、設計</b></p><p><b>　　3.1設計思想</b></p><p>　　機械手的控制要求和運行過程比較復雜，在這基礎上我的設計思想是將一個復雜的控制過程分解為若干個工作狀態(tài)，弄清楚各工作的工作細節(jié)（狀態(tài)功能、轉(zhuǎn)移條件和轉(zhuǎn)移方向）再根據(jù)總的控制順序要求，將這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來，就構(gòu)成了這個程序設計的主要路線。</p><p&

30、gt;　　選擇控制方案的時候，可用子程序和自動順序控制，我選擇了自動順序控制，在設計過程中，最開始的思想是用單獨的一個網(wǎng)絡程序來控制單周期和連續(xù)，但是在設計過程中，不斷的發(fā)現(xiàn)，最終改用一個網(wǎng)絡程序來控制單周期和連續(xù)。</p><p>　　在這個課題中，有多種不同的工況，對本課題要求的機械手控制要求我按以下幾.4種工況設置：</p><p><b>　?。?）手動工作</b&

31、gt;</p><p>　　1）調(diào)試工作（手動要求）：利用按鈕對機械手每一動作單獨進行控制。例如，按“下降”按鈕，機械手下降；按“上升”按鈕，機械手上升。</p><p>　　2）回原位：因為機械手在自動工況下必須從原點開始安工序工作。如果機械手因某種原因不在原點位置，可用手動使機械手置于原點位置（機械手在下面和左邊，且鉗口處于打開狀態(tài)，擺動缸處于前位置）</p><p

32、><b>　?。?）自動工作</b></p><p>　　1）單周期工作：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工序自動完成一個周期的動作，返回原點后停止。</p><p><b>　　2）連續(xù)工作</b></p><p>　　按下啟動按鈕，機械手從原點開始安工序自動反復連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕或者復位按鈕，機械手

33、自動停機；所以在設計中，設計了一個“啟保?；芈贰眮砼袛嘤袥]有按停止按鈕或者復位按鈕。</p><p>　　3.2 顯像管搬運機械手順序功能圖</p><p>　　機械手的控制要求和運行過程比較復雜，將控制過程分解為若干個工作狀態(tài)，各工作有自己的的工作細節(jié)，也有總的控制順序要求，將這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來，就構(gòu)成了這個程序設計的主要路線，也就是順序功能圖，它可以明確的表達機械手執(zhí)行動作的過程，具

34、體如圖3.1。</p><p>　　圖3.1 順序功能圖</p><p>　　3.3 PLC梯形圖</p><p>　　3.3.1自動程序梯形圖</p><p>　　按啟動按鈕I0.0，如果同時選擇的是連續(xù)檔位I2.0,將一個周期完成后會自動開始下一個周期的循環(huán)，如果只按啟動按鈕I0.0，不按連續(xù)按鈕I2.0，那么只會完成一個周期的動作。具

35、體程序控制如圖3.2。 </p><p>　　圖3.2 自動程序的梯形圖</p><p>　　3.3.2復位控制梯形圖</p><p>　　按動復位按鈕I0.2,停止一切操作，同時接通Q1.4吸盤上升和擺動復位Q1.1,回轉(zhuǎn)復位Q1.3、下臂下放Q0.4,燕尾縮回Q0.1到原點，具體控制程序如圖3.3.</p><p>　　圖3.3 復位控

36、制程序梯形圖</p><p>　　3.3.3手動梯形圖</p><p>　　當選擇手動檔位I1.6，每一步都是由手動按鈕開關控制顯像管搬運機</p><p>　　械手的每一個動作，具體控制程序如圖3.4</p><p>　　圖3.4手動控制梯形圖</p><p><b>　　4 程序調(diào)試說明</b>

37、;</p><p>　　在設計好程序以后，總是出現(xiàn)寫入的錯誤，比如“長開”寫成“長閉”，I0.3寫成I3.0,還會出現(xiàn)把定時器的時間“20”寫成“200”，所以在設計好程序以后，我們需要逐步的仔細檢查，并改寫寫入是出現(xiàn)的錯誤，在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用開關和按鈕來實現(xiàn)，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管來顯示，報警也可以在上面模擬。用軟件S7-200仿真軟件模擬的時候就用上面的開關來控制你

38、所需要的輸入。</p><p>　　在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求。</p><p>　　在模擬調(diào)試過程中如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設定值過小，我們來不及反應，我們可以適當增加

39、時間，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設定值。</p><p>　　在我所設計的程序中，M0.4步接通T37定時器，當T37時間到了并且左限位開關（I0.5）同時接通的時候才可以進入M0.5這個步，如果在T37時間到之前沒有把I0.5開關打開，就會直接報警回到原點停止，因此在模擬的這個過程中，我們可以在接通T37的同時把I0.5提前打開。</p><p>　　經(jīng)過多次發(fā)現(xiàn)錯誤并改寫，慢慢琢磨

40、，程序調(diào)試成功的實現(xiàn)了單周期、連續(xù)和手動，達到了顯像管機械手的控制要求。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　查閱了很多本資料，里面都有講機械手在實際生活中的應用，能按固定程序抓取、搬運物件。我做的題目是顯像管搬運機械手控制系統(tǒng)。通過上課老師的講解和自己各方面的查資料。我們基本學會了PLC設計的步聚和基本方法。PLC是應用在工業(yè)環(huán)境中的東西

41、，是模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，在我們完成這個課題的同時，學習寫程序是我們的任務之一，但是完成程序后還得仔細檢查錯誤，一步一步的進行調(diào)試，直至完成課題的控制要求，我把這次課程設計當作一個世紀實踐，在完成了課題的要求時，我對PLC的工作原理和使用方法有了深刻的理解，在對理論的運用中，提高了我們的學習能力，在實際模擬中，也提高了我的動手能力。 </p><p>　　在程序的編寫過程和反復模擬的過程中，把腦子幾乎搞崩潰了，

42、不是一個個不留意惹下的錯誤，就是編程的時候思維和計算機思維不相同烙下的毛病，我感覺書本是遠遠不能和實踐相比的，通過這一次課程設計，我清楚的知道了，要想真的學到東西，不只是在課本上，必須要把課本的知識運用于時間，通過自己手努力做過的東西會記憶更加深刻，這才算自己真正學到了有用的只是。只是紙上談兵不行。</p><p>　　通過這幾個周的課程設計，不懂的就請教老師和同學，我學到了不少的知識，不僅糾正了課程學習過程中出

43、現(xiàn)的許多錯誤，還在試驗中了解了以前覺得好奇的東西。在學習的過程中有失敗，當然也有困惑，但是當模擬成功那一刻，心里百分喜悅。雖然只是課程設計，但我學習態(tài)度很重要，認真對待了能學到知識覺得很驕傲，能認識到自己的過錯和不足也是一件幸事，做學問也是做人，在做學問的過程中體味做人的道理也是一種收獲，希望這次學習只是我PLC學習的開始，也算是啟蒙吧！我必將更加努力的學習它完善自己。我想這就是我學習這門課的最大感受吧！</p><

44、p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳白寧，段智敏，劉文波.機電傳動控制[M].沈陽：東北大學出版社，2008.</p><p>　　[2] 殷洪義，吳建華.PLC原理與實踐[M].北京：清華大學出版社，2008.</p><p>　　[3] 王曙光，魏秋月，張高記.S7-200 PLC 應用基礎與實例[M].北