機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計說明書題 目 機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計 -數(shù)控加工中心刀具換刀系統(tǒng)的設(shè)計系 別 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 11級機電2班 姓 名 xiaoming 設(shè)計時間 2013年5月8日 指導(dǎo)教師 xiaoli 二一三年五月七日課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個數(shù)控加工中心刀具庫換刀系統(tǒng)。二、課程設(shè)計要求刀具由PLC控制來實現(xiàn)其功能。斗笠式刀庫裝6把刀，從上向下看順時針編號，如圖4-1所示。以機械手位置為基準(zhǔn)，刀號變大方向連續(xù)3把刀盤逆時針換刀；刀號變小連續(xù)2把刀采用順時針旋轉(zhuǎn)換刀。例如：假設(shè)1號刀為停留在機械手位置處時，調(diào)去1號刀時刀盤不

2、動作；調(diào)取5、6號刀時刀盤順時針旋轉(zhuǎn)，調(diào)去2、3、4號刀時，刀盤逆時針旋轉(zhuǎn)。三、課程設(shè)計的參數(shù)設(shè)置1、寄存器D0;機械手當(dāng)前位置寄存器。 2、寄存器D1：程序刀號寄存器。 3、寄存器D3：偏差寄存器。 4、參數(shù)K：參數(shù)K1、K2、K3、K4、K5、K6分別為1、2、3、4、5、6。四、課程設(shè)計過程第一節(jié) PLC基本介紹可編程控制器( Programmable Controller )簡稱PC,為了避免和通用計算機的簡稱PC同意，在很多書中對可編程控制器仍沿用PLC的簡稱。1968年美國的汽車工業(yè)首先提出了可編程控制器的概念，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司制造出了世界上第一臺PLC，這時的可編程控制

3、器只能用于執(zhí)行邏輯判斷、定時、計數(shù)等順序控制功能，所以稱為可編程控制器，簡稱PLC。PLC最早用于取代汽車生產(chǎn)線上的繼電器控制系統(tǒng)，隨即擴大到食品加工、制造冶金等工業(yè)部門可編程控制器在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上都類似于通用計算機，所不同的是可編程控制器還具有很多通用計算機所不具有的功能和結(jié)構(gòu)。PLC還有很多適應(yīng)于各種工業(yè)控制系統(tǒng)的模塊；PLC采用以傳統(tǒng)電氣圖為基礎(chǔ)的梯形圖語言編程，方法簡單且易于學(xué)習(xí)和掌握。所以在控制系統(tǒng)應(yīng)用方面PLC優(yōu)于計算機 ，它易于和控制系統(tǒng)相連接，可以方便靈活的構(gòu)成不同要求，不同規(guī)模的控制系統(tǒng)，其環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力強，所以可將可編程控制器稱工業(yè)控制計算機，由于這些特點，目前

4、可編程控制器已成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的重要支柱?？删幊炭刂破鞯幕窘M成：1、中央處理單元(CPU)中央處理器單元是PLC的核心，PLC的檔次越高CPU的位數(shù)越多，系統(tǒng)處理信息量越大，運算速度就越快，指令功能也越強。2、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 3、輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 4、電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重

5、要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 5、編程器編程器用于將用戶程序送入PLC的存儲器，是PLC最重要德外部設(shè)備。編程器可用于編程，也可以用來進(jìn)行程序修改和檢查，還可以對PLC工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。第二節(jié) 闡述PLC的工作原理可編控制器的工作原理：循環(huán)掃描工作方式，PLC在通電以后，PLC實際上是按照分時操作進(jìn)行工作的，此工作過程的循環(huán)掃描工作方式。當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新

6、三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。(一) 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯

7、形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一

8、個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 第三節(jié) 列出I/O配置表節(jié)點類型節(jié)點名稱節(jié)點作用 輸 入X001機械手位置檢測X002機械手位置檢測X003機械手位置檢測X004機械手位置檢測X005機械

9、手位置檢測X006機械手位置檢測X0011刀具號選擇X0012刀具號選擇X0013刀具號選擇X0014刀具號選擇X0015刀具號選擇X0016刀具號選擇 輸 出Y000刀具到位指示Y001刀盤旋轉(zhuǎn)指示Y002刀盤順轉(zhuǎn)Y003刀盤逆轉(zhuǎn)Y004換刀閃爍第四節(jié) 刀盤取刀示意圖如圖4-1所示，以1號刀位在機械手位置處為例。一、調(diào)取當(dāng)前刀號。機械手在1號刀位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)前刀號，D0=K1，兩值比較D0=D1，此時，到位指示燈直接亮起，接著換刀成功指示燈閃爍，表示換刀完成 。二、調(diào)取2（或3、4）號刀。機械手在1號位D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取2號刀，D1=K2，兩值比較D0<D1,此時，D0要先

10、加K6再減D1得D3，D3再和K3比較D3>K3,M10動作，刀盤逆轉(zhuǎn)。圖4-1(3) 如圖4-2， 調(diào)取5（或6）號刀，機械手在1號位置D0=K1，系統(tǒng)調(diào)取5號刀，D1=K5，兩值比較D0<D1，此時，D0要先加K6再減D1得D3，D3再和k3較， D3K3，M11、M12動作，刀盤順轉(zhuǎn)第五節(jié) 本系統(tǒng)梯形圖及指令指 令 表序步步進(jìn)指令 器件號0LDX0111MOVK1D06LDX0127MOVK2D012LDX01313MOVK3D018LDX01519MOVK1D024LDX01525MOVK530LDX01631MOVK1D036LDX00137ANIM538MOVK1D14

11、3SETM544LDX00245ANIM546MOVK2D151SETM552LDX00353ANIM554MOVK3D159SETM560LDX00461ANIM562MOVK4D167SETM568LDX00569ANIM570MOVK5D175SETM576LDX00677ANIM578MOVK6D183SETM584LDM585CMPD0D192MPS93ANDM094SUBD0D1101MRD102ANDM1103OUTY000104MRD105ANDM2106ADDD0K6113MPP114ANDM2115SUBD2D1122LDM5123CMPD3K3130MPS131ANDM1

12、0132ANIY000133ANIM20134OUTM18135MRD136ANDM11137ANIY000138ANIM20139OUTM19140MPP141ANDM12142ANIY000143ANIM20144OUTM20145LDM19146ORM20147OUTY002148LDM18149OUTY003150LDY000151OUTT1K50154LDY002155ORY003156OUTY001157LDY000158ANDM8013159OUTY004160LDT1161RSTM5162END第六節(jié) 本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人們對機電一體化技術(shù)提出了許多新的和更高的要求，制造業(yè)中的機電一體化應(yīng)用就是典型的實例。毫無疑問，機械制造自動化中的計算機數(shù)控、柔性制造、計算機集成制造及機器人等技術(shù)的發(fā)展代表了機電一體化的發(fā)展水平。 系統(tǒng)的表現(xiàn)特征之一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。第七節(jié) 本系統(tǒng)的改進(jìn) 選擇順應(yīng)性裝配機器人具有選擇順應(yīng)性的裝配機