《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計說明書PLC機械手臂

1、 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 電氣控制與 plc課程設(shè)計評閱書 題目plc 機械手臂 學(xué)生姓名陳朝學(xué)號20090212051 指導(dǎo)教師評語及成績 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 答辯評語及成績 答辯教師簽名： 年 月 日 教研室意見 總成績： 室主任簽名： 年 月 日 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 目錄目錄 緒論緒論 一、plc 結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計 1、plc 的結(jié)構(gòu) 2、plc 的工作原理 3、plc 控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計原則及步驟 二、案機械手臂的設(shè)計方 1、機械手臂的控制內(nèi)容及要求 2、設(shè)備要求 三、機械手臂的總體設(shè)計 1、外部接線圖 2、

2、軟件設(shè)計部分 四、總結(jié) 五、參考文獻 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 緒論緒論 可編程控制器是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上 開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（programmable logic controller） ，即 plc，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。 它以微處理器為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時、 計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn) 過程。20 世紀 60 年代以前，汽車流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的 繼電器控制。在 60 年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，而汽車的

3、每一次更 新的周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動控制系統(tǒng)更新就越來越頻繁，原 來的繼電器控制就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，從而延緩了汽車的更新間。所 以人們就想能有一種通用性和靈活性較強的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制 系統(tǒng)。 plc 在制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應(yīng)用。1971 年，日本引進了 這項技術(shù)，并開始生產(chǎn)自己的 plc。1973 年，歐洲一些國家也研制出了自己的 plc。1974 年，我國也開始仿照美國的 plc 技術(shù)研制自己的 plc，終于在 1977 年研制出第一臺具有實用價值的 plc。 毫無疑問，plc 將在今后的工業(yè)生產(chǎn)中起到非常重要的作用。在 20 世紀 80 年

4、 代，美國的工業(yè)市場調(diào)查報告和 1989 年美國的一份分散控制系統(tǒng)（dcs）的調(diào) 研報告中，都能看出 plc 在工業(yè)控制中的重要作用。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 一、一、plcplc 的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計 1 1、plcplc 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) plc 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算 機相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，plc 的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。 整體式（又稱箱體式）結(jié)構(gòu)的 plc 由中央處理器（cpu） 、存儲器、輸入/輸 出（i/o）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內(nèi)。這

5、種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能 和控制規(guī)模固定，但靈活性較低。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 1-1 所示。 圖 1-1 整體式結(jié)構(gòu) 模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 plc 是將中央處理器（cpu） 、存儲器、輸入/ 輸出（i/o）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些 模塊根據(jù)控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線相互聯(lián)系。模塊式 的 plc 安裝完成后，需進行登記，以便 plc 對安裝在總線上的各模塊進行地址 確認，其特點是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性較高，可以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的 plc，但同時價格也較高?；窘Y(jié)構(gòu)框圖如圖 1-2 所示。 機 架

6、 編程器現(xiàn)場設(shè)備 其他 plc 或上位機 電源 模塊 cpu 模塊 通信 模塊 輸入 模塊 輸出 模塊 特殊 功能 模塊 電源 中央 處理器 （cpu） 輸入/輸出單元 存儲器 系 統(tǒng) 總 線 編程器 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 2 2、 plcplc 的工作原理的工作原理 plc 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器 控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作， 只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而 plc 則不同，它采用循 環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時，該線 圈觸點才會動作

7、，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說 plc 以“串行” 方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。 也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出， 而 plc 控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個階段才能完成控制過程。 3 3、 plcplc 控制系統(tǒng)的構(gòu)成控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計原則及步驟、設(shè)計原則及步驟 plc 控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。 對于整個 plc 控制系統(tǒng)來說，其硬件部分不僅包括選擇符合控制要求的 plc 機型、存儲器容量、電源模塊、輸入/輸出模塊、通信模塊、模擬量輸入/ 輸出模塊和特殊功能模塊等，還應(yīng)當(dāng)包括選

8、擇合適的可編程控制器外圍裝置、 設(shè)備與接口，如輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等） 、執(zhí)行裝置（接觸器、 繼電器等）和由執(zhí)行裝置控制的現(xiàn)場設(shè)備（水泵、鼓風(fēng)機、閥門等） 。 軟件部分主要包括對 plc 進行 i/o 點地址、內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器 等的分配，plc 控制程序的設(shè)計（梯形圖、語句表、流程圖等） ，還有一些技術(shù) 文件等。 plc 控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好地實現(xiàn)工藝提出 的控制要求。plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。 （1）根據(jù)工藝流程進行設(shè)計，力求控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 （2）在滿足控制要求

9、的前提下，盡量減少 plc 系統(tǒng)硬件費用。 （3）考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮 plc 的可擴 展性。 （3）控制系統(tǒng)使用和維護方便、安全可靠。 一般 plc 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖 1-7 所示，具體操作如下。 （1）控制要求分析 在設(shè)計 plc 控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進行細致的分析，詳細了解控 制對象和控制要求，這樣才 能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計出令人滿意的 控制系統(tǒng)。 （2）確定輸入/輸出設(shè)備 根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出 設(shè)備（接觸器、繼電器等） ，根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量確定 pl

10、c 的 i/0 點數(shù)。 （3）選擇合適 plc 確定 plc 的 i/0 點數(shù)后，就根據(jù) i/0 點數(shù)、控制要求等來進行 plc 的選擇。 選擇包括機型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。 （4）i/0 點數(shù)分配 點數(shù)分配就是規(guī)定 plc 的 i/0 端子和輸入/輸出設(shè)備。 （5）plc 程序設(shè)計 首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號和輸出要控制的 設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進行程序編制。 （6）模擬調(diào)試 程序編制好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬 量，進行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。 （7）現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)

11、試 現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試就是將 plc 與現(xiàn)場設(shè)備進行調(diào)試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序 存在的實際問題，然后經(jīng)過修正后使其滿足控制要求。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 （8）整理技術(shù)文件 這一步主要包括整理與設(shè)計有關(guān)的文檔，包括設(shè)計說明書、i/o 接線原理 圖、程序清單和使用說明書等。 控制要求分析 開始設(shè)計 設(shè)計結(jié)束 確定輸入輸出設(shè)備 現(xiàn)場模擬調(diào)試 選擇合適的 plc i/o 點數(shù)分配 plc 程序設(shè)計 模擬調(diào)試 整理技術(shù)文件 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 二、機械手臂的設(shè)計方案二、機械手臂的設(shè)計方案 1 1、機械手臂的控制內(nèi)容及要求、機械手臂的控制內(nèi)容及要求

12、 （1）機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖 機械手電控系統(tǒng)，除了有許多工步特點外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操 作方式。工作方式的選擇可以很方便的在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回 回原點時，系統(tǒng)自動回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成 各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕 才能實現(xiàn)。 （2）下圖是機械手控制程序的步驟和方法。 2、設(shè)備要求、設(shè)備要求 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 （1）當(dāng)設(shè)備啟動后，旋鈕開關(guān)轉(zhuǎn)向回原點，設(shè)備處于待命狀態(tài)。 （2）旋鈕開關(guān)打向手動，整個設(shè)備需要點東狀態(tài)。 （3）旋鈕開關(guān)打向自動，設(shè)備會自動運行程序。 三

13、三、機械手臂的總體設(shè)計機械手臂的總體設(shè)計 1 1、外部接線圖外部接線圖 2 2、軟件設(shè)計部分、軟件設(shè)計部分 各個器件和 plc 軟元件及簡單說明下圖 。 地址 對應(yīng)的外部設(shè)備 i0.0 啟動按鈕開關(guān) i0.1 停止按鈕開關(guān) 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 i0.2 急停 i0.3 手動 i0.4 自動 i0.5 回原點 i1.1 上升限位開關(guān) i1.2 下降限位開關(guān) i1.3 左移限位開關(guān) i1.4 右移限位開關(guān) i1.5 放松限位開關(guān) i1.0 夾緊限位開關(guān) q0.1 上升 q0.2 下降 q0.3 左移 q0.4 右移 q0.5 放松 q0.0 夾緊 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

14、 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 ldld sm0.1sm0.1 = = m0.0m0.0 ldld m0.0m0.0 o o m4.1m4.1 anan i0.1i0.1 = = m4.1m4.1 ldld i0.0i0.0 a a

15、m4.1m4.1 o o m0.1m0.1 anan i0.1i0.1 = = m0.1m0.1 ldld m0.1m0.1 anan i0.2i0.2 lpslps a a i0.4i0.4 = = m0.2m0.2 lrdlrd a a i0.3i0.3 anan m2.1m2.1 anan m2.2m2.2 = = m2.0m2.0 lpplpp a a i0.5i0.5 = = m3.0m3.0 ldld m0.2m0.2 a a i2.1i2.1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 o o m0.3m0.3 anan m0.4m0.4 a a i0.4i0.4 ana

16、n i0.2i0.2 = = m0.3m0.3 ldld m0.3m0.3 a a i2.2i2.2 o o m0.4m0.4 anan m0.5m0.5 anan i0.2i0.2 a a i0.4i0.4 = = m0.4m0.4 ldld m0.4m0.4 a a i2.0i2.0 o o m0.5m0.5 anan m0.6m0.6 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m0.5m0.5 ldld m0.5m0.5 a a i2.1i2.1 o o m0.6m0.6 anan m0.7m0.7 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m0.

17、6m0.6 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 ldld m0.6m0.6 a a i2.4i2.4 o o m0.7m0.7 anan m1.0m1.0 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m0.7m0.7 ldld m0.7m0.7 a a i2.2i2.2 o o m1.0m1.0 anan m1.1m1.1 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m1.0m1.0 ldld m1.0m1.0 ldld i0.1i0.1 ctuctu c20,c20, 9 9 ldld m1.0m1.0 a a i2.5i2.5 o o m

18、1.1m1.1 anan m1.2m1.2 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m1.1m1.1 ldld m1.1m1.1 a a i2.1i2.1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 o o m1.2m1.2 anan m0.3m0.3 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 = = m1.2m1.2 ldld m1.2m1.2 a a i2.3i2.3 o o m0.3m0.3 a a i0.4i0.4 anan i0.2i0.2 anan m0.4m0.4 anan i0.1i0.1 = = m0.3m0.3 ldld m2.0m

19、2.0 a a i0.0i0.0 o o m2.1m2.1 anan m2.2m2.2 = = m2.1m2.1 ldld m2.1m2.1 a a i2.1i2.1 o o m2.2m2.2 anan m2.0m2.0 anan i2.3i2.3 = = m2.2m2.2 ldld m2.2m2.2 o o m2.0m2.0 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 a a i2.3i2.3 = = m2.0m2.0 ldld m3.0m3.0 lpslps a a i1.1i1.1 anan i2.1i2.1 = = m3.1m3.1 lrdlrd a a i1.2i1.2 an

20、an i2.2i2.2 = = m3.2m3.2 lrdlrd a a i1.3i1.3 anan i2.3i2.3 = = m3.3m3.3 lrdlrd a a i1.4i1.4 anan i2.4i2.4 = = m3.4m3.4 lrdlrd a a i1.5i1.5 anan i2.5i2.5 = = m3.5m3.5 lpplpp a a i1.0i1.0 anan i2.6i2.6 = = m3.6m3.6 ldld m0.5m0.5 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 o o m1.1m1.1 o o m2.1m2.1 o o m3.1m3.1 = = q0.1

21、q0.1 ldld m0.3m0.3 o o m0.7m0.7 o o m3.2m3.2 = = q0.2q0.2 ldld m1.2m1.2 o o m2.2m2.2 o o m3.3m3.3 = = q0.3q0.3 ldld m0.6m0.6 o o m3.4m3.4 = = q0.4q0.4 ldld m1.0m1.0 o o m3.5m3.5 = = q0.5q0.5 ldld m0.4m0.4 o o m3.6m3.6 = = q0.6q0.6 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 四、總結(jié)四、總結(jié) 本次 plc 課程設(shè)計，我們用 plc 控制機械手模仿人手和臂的某些

22、動作功能， 用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁 重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全， 因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由 手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的 部件。運動機構(gòu)，使手臂完成各種移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作。 在設(shè)計過程中，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié) 合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們 懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計中，我們還需要大 量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和

23、互聯(lián)網(wǎng)成了我們很好的助手。在查 閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不覺中我們查閱資料 的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們 肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 五、參考文獻五、參考文獻 1程憲平主編.機電傳動與控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2003. 2鄧星鐘.機電傳動控制. 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 3王永華編.現(xiàn)代電氣控制及 plc 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天 出版社，2008 4殷洪義主編.可編程控制器選擇設(shè)計與維護.北京：機械工業(yè)出 版社，2002 5程子

24、華，plc 原理與實例分析.北京:國防工業(yè)出版社，2006 6高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)及其設(shè)計實例.北京:高等教育 出版社，2004 ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3ce7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zku

25、pxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfca37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7

26、lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqnr2hjqkv2dzwtmpdjqkbcxmovdsjq ctjagjmdlskpgad2s0h0vmzgaht36gyuez7umank1ndreubeqdgrx0venqgnsyib2ilq3siqrnl4m56t7z8y8da5k0kupn5nzg4jvjdtffhyt82aogqkxo4vblmleiy2p7hthbho07rcfttxodydppdtqso7wxd0j6fkklgm4wodzplhtrr2xgqn13hqy59zu1gegdyqnihntavsieuefqcyfucjwd3vk5i7ykmhundmiz ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsd