汽車裝配廠氣動機(jī)械手的PLC控制

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電氣控制與電氣控制與PLCPLC技術(shù)技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：汽車裝配廠氣動機(jī)械手的汽車裝配廠氣動機(jī)械手的PLCPLC控制控制院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 2014.6.302014.7.11 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 自動化學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)（論文）題目汽車裝配廠氣動機(jī)械手的PLC控制課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)實(shí)現(xiàn)功能

2、實(shí)現(xiàn)功能按下啟動開關(guān)，執(zhí)行一次將工件由 A 處傳送到 B 處動作，工作過程為原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位。上升、下降、左移、右移的執(zhí)行是利用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成（注意：只要電磁閥線圈通電，則一直保持對應(yīng)的動作不變直到相反動作的電磁閥線圈通電為止）；夾緊和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，斷電執(zhí)行放松動作。設(shè)備上裝有上、下、左、右四個限位開關(guān)，回到原位時點(diǎn)亮原位指示燈,各動作間隔 0.5s。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、根據(jù)系統(tǒng)功能，確定總體控制方案（包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成框圖，分析各部分的作用）2、分析系統(tǒng)的功能與任務(wù)，確定輸入輸出信號和類型，選擇 PL

3、C 型號和擴(kuò)展模塊。3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 與輸入/輸出信號的外部接線；4、按系統(tǒng)的控制要求，用梯形圖設(shè)計(jì)程序；并上機(jī)調(diào)試、完善程序；5、按學(xué)校規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在 4000 字以上。技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：電磁閥工作電壓 24V，電流 500mA。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，確定系統(tǒng)的組成（2 天）2、建立 I/O 分配，完成外部接線設(shè)計(jì)（1 天）3、按系統(tǒng)的控制要求，完成梯形圖設(shè)計(jì)（2 天）4、上機(jī)調(diào)試、修改程序（2 天）5、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（2 天）6、答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年

4、 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II摘 要在生產(chǎn)中廣泛存在著很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬運(yùn)笨重物體或在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣和放射性等惡劣的環(huán)境下工作。針對上述問題，本次課程設(shè)計(jì)利用 PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)了氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)，來代替人進(jìn)行正常工作，大大提高生產(chǎn)的機(jī)械化水平和勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。 本次課程設(shè)計(jì)為氣動機(jī)械手的 PLC 控制。根據(jù)輸入端子共有 14 個端子，輸出端子共有 6 個端子，故此 PLC 類型選用的是 CPU226，CPU226 有 24 個輸出端

5、子，16 個輸出端子。本系統(tǒng)利用 4 個限位開關(guān)進(jìn)行位置檢測，再通過 PLC 做出相應(yīng)的控制，按給定的順序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的升降、左右移動、加緊松開等操作。上升、下降、左移、右移的執(zhí)行是利用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成，夾緊和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，斷電執(zhí)行放松動作。 本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用范圍。它操作簡單，具有良好的擴(kuò)展性和可靠性。PLC 軟件編程簡單，易于修改，只要通過修改相應(yīng)軟件程序，就實(shí)現(xiàn)更多更強(qiáng)的功能。因此在生產(chǎn)實(shí)際中具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；電磁閥；PLC；CPU226本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III目 錄第 1 章 緒

6、論 .1第 2 章 設(shè)計(jì)方案概述 .22.1 PLC 簡介.22.2 機(jī)械手的簡介 .22.2.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu).22.2.2 機(jī)械手的分類.32.2.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟.32.2.4 機(jī)械手工作過程.42.3 電磁閥的工作原理 .52.4 限位開關(guān)工作原理 .6第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .73.1 輸入輸出量統(tǒng)計(jì) .73.2 PLC 選型 .73.3 I/O 分配表.83.4 機(jī)械手的 PLC 控制 .83.5 原理接線圖 .8第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .104.1 STEP 7 MICRO/WIN32 軟件介紹.104.2 軟件調(diào)試 .104.2.1 程序的模擬調(diào)試 .104.2.2

7、程序的現(xiàn)場調(diào)試 .114.3 機(jī)械手的功能塊圖 .124.4 運(yùn)行程序-梯形圖 .13第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .16參考文獻(xiàn) .17本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；

8、其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的。氣動機(jī)械手是以壓縮空氣來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)械手。它的結(jié)構(gòu)簡單,動作迅速,成本低。在機(jī)械加工、裝配和熱處理等生產(chǎn)過程中被廣泛用來搬運(yùn)工件以及實(shí)現(xiàn)自動取料、上料、卸料等操作功能。氣動機(jī)械手具有氣源使用方便、不污染環(huán)境、動作靈活迅速、工作安全可靠、操作維修簡便以及適于在惡劣

9、環(huán)境下工作等特點(diǎn),因而在沖壓加工、注塑、機(jī)床下料、儀表及輕工業(yè)等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。 隨著工業(yè)自動化程度的提高,工業(yè)現(xiàn)場的很多重體力勞動必將由機(jī)器代替,這一方面可以減輕工人的勞動強(qiáng)度,而且還可以大大提高生產(chǎn)效率。目前，在一些企業(yè)中使用的氣動機(jī)械手，仍然采用繼電器-接觸器控制系統(tǒng)。其弊端主要表現(xiàn)在：大量的機(jī)械觸點(diǎn)電弧燒蝕和機(jī)械磨損，可靠性降低且壽命短；觸點(diǎn)的機(jī)械動作頻率低且存在抖動現(xiàn)象，控制精度低；接線多而復(fù)雜，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后就很難增加或改變功能，因此靈活性和擴(kuò)展性較差。隨著可編程控制器技術(shù)(PLC)的發(fā)展，其強(qiáng)大的控制能力不僅能完成復(fù)雜的繼電器控制邏輯，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量控制，具有可靠性高

10、、抗干擾能力強(qiáng)、易于擴(kuò)展、易實(shí)現(xiàn)工藝聯(lián)鎖和可在線修改等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域中起到了舉足輕重的作用?；趯S控制系統(tǒng)的強(qiáng)抗干擾能力的要求，對氣動機(jī)械手進(jìn)行了 PLC 控制，從根本上解決了上述弊端。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 2 章 設(shè)計(jì)方案概述2.1 PLC 簡介 可編程控制器（簡稱 PLC）：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)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)就是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換

11、與以物理實(shí)現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實(shí)現(xiàn)可以說是 PLC 實(shí)施控制的兩個基本點(diǎn)，同時物理實(shí)現(xiàn)也是 PLC 與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實(shí)際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用，所以 PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由微處理器（CPU） 、存儲器（RAM/ROM） 、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。2.2 機(jī)械手的簡介 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和

12、適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。2.2.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手是一個水平、垂直運(yùn)動的機(jī)械設(shè)備，用來將工件由一個工作臺搬到另一個工作臺。有上升、下降運(yùn)動，左移、右移運(yùn)動和夾緊、放松動作和位置控制。簡易機(jī)械手在各類全自動和半自動生產(chǎn)線上應(yīng)用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的動作由氣動缸驅(qū)動，氣動缸由

13、相應(yīng)的電磁閥來控制，電磁閥由 PLC 控制驅(qū)動執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖 2.1 為機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖。其中：1-執(zhí)行氣爪，2-水平伸縮氣缸，3-旋轉(zhuǎn)軸，4-豎直氣缸，5-底座，6-工件。圖 2.1 機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖2.2.2 機(jī)械手的分類機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機(jī)械手來

14、進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動機(jī)床或自動線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識，同時并熟悉掌握 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）32.2.3 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作，確定這些動作之間的關(guān)系及完成這些動作的順序。(

15、2)分配輸入、輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號給PLC 的,哪些外圍設(shè)備是接收來自 PLC 的信號的，同時還要將 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)與之一一對應(yīng),對 I/O 進(jìn)行分配。在此基礎(chǔ)上確定 PLC 的選型。(3)根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和所選 PLC 的 I/O 點(diǎn)的情況及高功能模塊的情況,設(shè)計(jì) PLC 用戶程序，此時可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。PLC 的用戶程序體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系，編程時可用編程器或計(jì)算機(jī)直接編程、修改，同時也可對 PLC 的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。(4)對所設(shè)計(jì)的 PLC 程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直至 PLC 完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所

16、要求的控制功能。(5)保存已完成的程序。2.2.4 機(jī)械手工作過程機(jī)械手在生產(chǎn)線上的任務(wù)是將工件從 A 處傳送到 B 處。根據(jù)外界情況，機(jī)械手在空間上主要進(jìn)行以下動作：機(jī)械手下降，機(jī)械手抓緊工件，機(jī)械手與工件上升，機(jī)械手與工件有右移，機(jī)械手與工件下降，機(jī)械手放松工件，機(jī)械手上升，機(jī)械手左移。控制器檢測上，下，左，右限位開關(guān)的通斷，決定當(dāng)前的動作，通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出，控制機(jī)械手的動作。同時，用兩位數(shù)碼管顯示搬運(yùn)工件的數(shù)量。啟動控制有兩種，一個由啟動開關(guān)安裝在現(xiàn)場，一個由通過組態(tài)網(wǎng)軟件控制。在控制面板上，安裝一個檔位開關(guān)，分手動和自動兩大檔位，手動擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動擋分單步、半自動和全自動

17、三檔，要求自動擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。啟動右限左限上限延時下限圖 2.2 機(jī)械手工作流程圖機(jī)械手的全部動作有汽缸驅(qū)動，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。例如當(dāng)下降電磁閥通電時，機(jī)原位下降夾緊上升右移停止左移上升松開下降本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機(jī)械手才上升；當(dāng)上升電磁閥端電時，機(jī)械手上升停止。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械的放松/加緊由一個單線圈兩位置電磁閥（稱為加緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時，機(jī)械手加緊，該線圈斷電時，機(jī)械手放松。圖 2

18、.3 機(jī)械手工作示意圖當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)時（即左限位開關(guān)和上限位開關(guān)合上），啟動以后，機(jī)械手移向 A 點(diǎn)，加緊工件，然后回到原位，移向 B 點(diǎn)，放下工件，再回到原位完成一次動作。當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺上的工件尚未搬走時，機(jī)械手應(yīng)自動停止下降。機(jī)械手的動作過程如圖 2.3 所示。從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止

19、；同時接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位時，碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。若此時右工作臺上無工作，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止；同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5點(diǎn)時，碰到左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動作完成一個周期。2.3 電磁閥的工作原理電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥

20、有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。所謂氣動系統(tǒng)，就是以氣體為介質(zhì)的控制系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)中，這種能源的介質(zhì)通常就是空氣。在真正使用的時候，通常把大氣中的空氣的體積加以壓縮，從而提高它的壓力。壓縮空氣主要通過作用于活塞或葉片來作功。 氣動系統(tǒng)中，電磁閥的作用就是在控制系統(tǒng)中按照控制的要求來調(diào)整壓縮空氣的各種狀態(tài)，氣動系統(tǒng)還需要其他元件的配合，其中包括動力元件、執(zhí)行元件、開關(guān)、顯示設(shè)備及其它輔助設(shè)

21、備。動力元件包括各種壓縮機(jī)，執(zhí)行元件包括各種氣缸。這些都是氣動系統(tǒng)中不可缺少的部分。而閥體是控制算法得以實(shí)現(xiàn)的重要設(shè)備。2.4 限位開關(guān)工作原理限位開關(guān)是一種不需要與運(yùn)動部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開關(guān)，當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動交流或直流電器或給計(jì)算機(jī)裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器，它即有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。限位開關(guān)的主要作用是檢測機(jī)械手升降、停止、起動。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6第 3 章 硬件設(shè)

22、計(jì)3.1 輸入輸出量統(tǒng)計(jì)輸入量：啟動、停止、單步操作、連續(xù)操作、上升、下降、左移、右移、夾緊、松開、上限位信號、下限位信號、左限位信號、右限位信號等 14 個輸入量。輸出量：原點(diǎn)指示信號、上升信號、下降信號、左移信號、右移信號、夾緊松開等 6 個輸出量。3.2 PLC 選型S7-200 的種類：（1）CPU221：內(nèi)置 10 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。（2）CPU222：內(nèi)置 14 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。（3）CPU224：內(nèi)置 24 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。（4）CPU226：內(nèi)置 40 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。電源為 220V 交流電。選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)

23、用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加。當(dāng) CPU 的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時，就要進(jìn)行 I/O 的擴(kuò)展。I/O 擴(kuò)展包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。不同的CPU 有不同的擴(kuò)展規(guī)范，它主要受 CPU 的功能限制。故因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。根據(jù)所有的輸入輸出端子的數(shù)量以及 I/O

24、分配表。PLC 選用 CPU224。CPU224，它具有 14 點(diǎn)輸入/10 點(diǎn)輸出，I/O點(diǎn)數(shù)共計(jì) 24 點(diǎn)，它有七個擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時鐘。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）73.3 I/O 分配表選用 S7-200 系列的 CPU224PLC，機(jī)械手的控制關(guān)系用 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)，PLC 需要 14 個輸入端子，6 個輸出端子。表 3.1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出端子分配表3.4 機(jī)械手的 PLC 控制機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，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地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)

25、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(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。3.5 原理接線圖名名 稱稱代號代號輸入輸入名名 稱稱代號代號輸入輸入名名 稱稱代號代號輸出輸出下限位開關(guān)SQ1I0.0右移按鈕SB7I1.0下降電磁閥YV1Q0.0上限位開關(guān)SQ2I0.1夾緊按鈕SB8I1.1上升電磁閥YV2Q0.1右限位開關(guān)SQ3I0.2單步開關(guān)I1.2右行電磁閥YV3Q0.2左限位開關(guān)SQ4I0.3連續(xù)開關(guān)I1.3左行電磁閥YV4Q0.3上升按鈕SB3I0.4啟動按鈕SB1I1.4夾放電磁閥YV5Q0.4左移按鈕SB4I0.5停止按鈕SB2I1.

26、5指示燈LEDQ0.5松開按鈕SB5I0.6下降按鈕SB6I0.7本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8 啟動按鈕 SB1 接 I1.4，停止按鈕 SB2 接 I1.5，機(jī)械手上升、左移、松開、下降、右移、夾緊按鈕 SB3，SB4，SB5，SB6，SB7，SB8 分別接 I0.4-I1.1。工作臺物品檢測限位開關(guān) SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，分別連接到 CPU224 的 I0.0-I0.3。下降電磁閥 YV1，上升電磁閥 YV2， ，右移電磁閥 YV3, 左移電磁閥 YV4，夾放電磁閥 YV5，原點(diǎn)指示燈 LED 分別連接到 CPU224 的 Q0.0Q0.5。圖 3.1 PLC 原理接線圖本科生課程設(shè)

27、計(jì)（論文）9第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 STEP 7 Micro/WIN32 軟件介紹STEP 7-MWIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，是西門子公司專門為 SIMTIC S7-200 系列 PLC 設(shè)計(jì)開發(fā)的。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)功能。用戶可以利用該軟件開發(fā)程序，也可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該軟件是 SIMATIC S7-200 擁護(hù)不可缺少的開發(fā)工具。4.2 軟件調(diào)試調(diào)試是保證所提供的設(shè)備能夠正常運(yùn)行的必須程序。編好程序后，用各種手段進(jìn)行查錯和排錯的過程。作為程序的正確性不僅僅表現(xiàn)在正常功能的完成上，更重要的是對意外情況的正確處理?？傮w來說，P

28、LC 的調(diào)試分為兩個調(diào)試過程：模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試，但是在此之前，有一個環(huán)節(jié)不能少，否則就可能發(fā)生問題，那就是對 PLC 外部接線作仔細(xì)檢查，一定要保證外部接線的準(zhǔn)確無誤?？梢杂檬孪染帉懞玫脑囼?yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查來查找接線故障。但是為安全著想，最好是將電路斷開，當(dāng)確認(rèn)接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。 4.2.1 程序的模擬調(diào)試 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?PLC 后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通斷狀態(tài)

29、用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接 PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬剑械暮罄m(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時應(yīng)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(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及

30、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(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進(jìn)行。 4.2.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試 將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及 PLC 的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問題，應(yīng)對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則對相應(yīng)硬件和軟件部分作

31、適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時間的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）114.3 機(jī)械手的功能塊圖機(jī)械手手動、自動操作功能圖如圖4.1所示。 利用SM0.1特殊繼電器首次掃描功能，接通電源時，系統(tǒng)啟動，開始掃描手動操作還是自動操作。 SM0.1 I0.0 M0.1 T37 I0.4 T37 5 I0.5 M0.2 T38 T38 5 I0.6 M0.3 T39 T39 5 I0.7 M0.4 T40 T40 5 I1.1 M0.5 T41 M0.3 T41 5 M0.6 T42 T42 5 5 T43 T43 55圖 4.1

32、機(jī)械手手動、自動操作功能塊圖S0.0多少S0.1S0.2S0.3S0.4S0.5S0.6S0.7IN TONPT 100MS停止IN TONPT 100MSIN TONPT 100MSIN TONPT 100MSIN TONPT 100MSIN TONPT 100MSS1.1S1.2S1.3S1.4S1.5IN TONPT 100MSM0.7本科生課程設(shè)計(jì)（論文）124.4 運(yùn)行程序-梯形圖上升、下降、左移、右移的執(zhí)行是利用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成（注意：只要電磁閥線圈通電，則一直保持對應(yīng)的動作不變直到相反動作的電磁閥線圈通電為止） ；夾緊和放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行

33、夾緊動作，斷電執(zhí)行放松動作。設(shè)備上裝有上、下、左、右四個限位開關(guān)，回到原位時點(diǎn)亮原位指示燈,各動作間隔 0.5s。為了保證安全運(yùn)行，在手動程序中設(shè)置了一些必要的連鎖。設(shè)置上升與下降之間,左行與右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個輸出同時為 1.有限位開關(guān)限制機(jī)械手移動的范圍。機(jī)械手升到最高位置才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時與別的物體碰撞。當(dāng) I1.4=1 啟動開始（下降限位開關(guān)閉合） ；則 Q0.0=1（下降電磁閥閉合）下降到一定位置 I0.0=0（下降限位開關(guān)閉合）下降停止；經(jīng)過計(jì)數(shù)器 0.5 秒下一動作夾物 Q0.4=0 的物體放開，在經(jīng)過 0.5 秒機(jī)械手放松狀態(tài)下上升（Q0

34、.2=1）當(dāng)上升到一定位置 I0.1=1 上升停止。在經(jīng)過 0.5 秒進(jìn)行下一個動作左行，左行到一定位置 I0.3=1 左行停止。當(dāng) I1.4=1 啟動開始（下降限位開關(guān)閉合） ；則Q0.0=1（下降電磁閥閉合）下降到一定位置 I0.0=0（下降限位開關(guān)閉合）下降停止；經(jīng)過計(jì)數(shù)器 0.5 秒下一動作夾物 Q0.4=0 的物體放開，在經(jīng)過 0.5 秒機(jī)械手放松狀態(tài)下上升（Q0.2=1）當(dāng)上升到一定位置 I0.1=1 上升停止。在經(jīng)過 0.5 秒機(jī)械手左移到一定位置左限位開關(guān)閉合左行停止。原位指示燈點(diǎn)亮。手動操作根據(jù)要求按一個按鈕就執(zhí)行一個動作。如圖 4.2 所示為機(jī)械手的梯形圖。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14圖 4.2 機(jī)械手梯形圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次的 PLC 課程設(shè)計(jì)，對本學(xué)期學(xué)習(xí)的理論知識有了更深一步的理解，對自己的專業(yè)及其應(yīng)用有了進(jìn)一步的認(rèn)識，同時這次課程設(shè)計(jì)也為自己以后的工作有了一個全面的認(rèn)識。近年來，機(jī)械