機(jī)械手控制裝置論文.doc

南通職業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)-1-目錄第一章概要.21.1本課題的意義.21.2本文的主要工作.21.3選擇設(shè)計(jì)方案.3第二章PLC的概述.42.1PLC的基本知識.42.2西門子S7-200的編程語言.72.3PLC的應(yīng)用與前景.8第三章PLC控制程序的設(shè)計(jì).113.1各電器設(shè)備的制方式及控制要求.113.2電器元件設(shè)備的選擇123.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).153.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì).18第四章設(shè)計(jì)小結(jié).29第五章謝辭.30參考文獻(xiàn).31南通職業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)-2-第一章概要1.1本課題的意義機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個(gè)重要組成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無法滿足該行業(yè)的需要。機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。1.2本文主要做的工作1.問題提出在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)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(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了。機(jī)械手的設(shè)計(jì)與操作也顯得日益重要。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來確定，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)；（2）選擇電氣傳動形式和電動機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；（3）選定PLC的型號；（4）編制PLC的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；（5）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；3.課題分析機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的部分動作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具的自動化裝置；本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)。各動作由氣壓驅(qū)動，并由電磁閥控制。動作順序及各動作時(shí)間的間隔采用按時(shí)間原則。機(jī)械手需要將工件從工作臺甲移送至工作臺乙上，其動作過程為下降，上升，右移，再下降，再上升，左移。這些動作均由電磁閥控制液壓系統(tǒng)來驅(qū)動完成此外，機(jī)械手在夾送工件右行到位后，如果工作臺乙上的工件尚未移走，機(jī)械手則停止運(yùn)動，待工作臺乙上的工件被運(yùn)走后，機(jī)械手才能下降。限為位開關(guān)SQ0.0,SQ0.1,SQ0.2,SQ0.3分別對機(jī)械手的上升,下降,左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn)進(jìn)行限位,并給出了動作到位的信號。而夾緊,放松動作的轉(zhuǎn)換則由時(shí)間繼電器控制。另外還有光電開關(guān)ST5來檢測工件是否移走.為下一個(gè)工作準(zhǔn)備。南通職業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)-3-1.3選擇設(shè)計(jì)方案目前機(jī)械手的控制有兩種方式，一單片機(jī)，二PLC.在機(jī)械手設(shè)計(jì)中相對PLC有以下優(yōu)點(diǎn)：可編程控制器（）由于其具有的高可靠性、編程方便、易于使用和修改，易于擴(kuò)展和維護(hù)，環(huán)境要求低、體積小巧，安裝調(diào)試方便，在工業(yè)控制中有著廣泛的應(yīng)用。SIMATICS7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的具有高性價(jià)比的小型可編程序控制器，由于它具有結(jié)構(gòu)小巧、可靠性高、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。S7-200已有兩代產(chǎn)品：第一代CPU模塊為CPU21X，配有4種類型主機(jī)，它們的CPU是CPU212、214、215、216；第二代CPU模塊為CPU22X，也有4種類型主機(jī)，它們的CPU是CPU221、222、224、226,不同類型的CPU具有不同的技術(shù)特征。S7-200PLC的最大優(yōu)點(diǎn)在于其靈活性及多功能性。靈活性是指其結(jié)構(gòu)配置靈活，可根據(jù)控制任務(wù)配置大小、功能不同的擴(kuò)展系統(tǒng)，使其使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的中小控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；多功能性一方面指它使用STEP7Micro/Win32，提供不同的編程語言和豐富的指令集，可以充分利用這些指令編寫解決復(fù)雜任務(wù)的程序，另一方面它具有豐富的通信功能，使用戶很容易地進(jìn)行組網(wǎng)，其通信和實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)點(diǎn)，使它成為解決復(fù)雜自動化方案的理想控制設(shè)備。也可選擇基于PIC16F877單片機(jī)的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的是機(jī)械手控制系統(tǒng)在PIC單片機(jī)中的實(shí)現(xiàn)問題.并從機(jī)械部分的工作原理,硬件接口的設(shè)計(jì)以及軟件部分方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)的構(gòu)想。但在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中單片機(jī)有一些缺點(diǎn)1.電路設(shè)計(jì)中，由于單片機(jī)系統(tǒng)的自保護(hù)能力差，因而需要配置較多的保護(hù)電路，以避免系統(tǒng)的崩潰。2.機(jī)技術(shù)的發(fā)展，雖然可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的在線編程，但是這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了機(jī)械手殊的系統(tǒng)對程序的增減、修改及運(yùn)行中的監(jiān)視等靈活性的要求。這些不靈活方便的話，會導(dǎo)致現(xiàn)場調(diào)試與維護(hù)變得很麻煩。3.體技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，使得單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力得到了很大的提高，但是還是很難滿足一些特殊場合，尤其是惡劣的環(huán)境下的抗干擾要求。4.PLC技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用PLC就能很好的解決單片機(jī)系統(tǒng)摧折的問題。基于PLC的控制系統(tǒng)安全、可靠、使用與維護(hù)方便。綜上所述本設(shè)計(jì)中采用PLC設(shè)計(jì)。南通職業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)-4-第二章PLC的概述2.1PLC基本知識在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更方便地了解PLC，本文對PLC的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識作一簡介，以期對各位網(wǎng)友有所幫助。一、PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定義：PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。PLC在FCS系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論。PLC作為一個(gè)站掛在高速總線上。充分發(fā)揮PLC在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢。另外，火力發(fā)電廠輔助車間，例如補(bǔ)給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間等，在這些車間的工藝過程多以順序控制為主。PLC對于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢。編者以為，輔助車間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進(jìn)行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對象上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30