顯像管搬運(yùn)機(jī)械手課程設(shè)計(jì)

1、目錄前言.11 課題的基本要求.42 總體設(shè)計(jì).52.1 PLC選型.52.2 I/O點(diǎn)端子接線圖.62.3 操作面板示意圖.93 PLC程序設(shè)計(jì).103.1 設(shè)計(jì)思想.103.2 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手順序功能圖.113.3 PLC梯形圖.14主程序梯形圖.14通用程序梯形圖.14自動(dòng)程序梯形圖 .15 3.3.4 手動(dòng)程序梯形圖20 3.3.5 復(fù)位程序梯形圖.224 程序調(diào)試說(shuō)明. .244.1 自動(dòng)模擬調(diào)試.244.2 復(fù)位模擬調(diào)試.26結(jié)束語(yǔ).27參考文獻(xiàn).28前言1、PLC的概念可編程控制器（Programmable Controller）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)

2、，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置。英文縮寫(xiě)為PC或PLC。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更得到用戶的好評(píng)。因而在機(jī)械、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC,機(jī)器人和CAD/CAM）之一。2、PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)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(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 (2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，

3、已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。(3)PLC的安裝接線方便，一般用接線端子連接外部接線。(4)PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器 可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)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(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (5)

4、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。 (6)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外

5、部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 (7)體積小，重量輕，能耗低 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(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3 PLC應(yīng)用領(lǐng)域(1) 用于順序控制 順序控制是根據(jù)有關(guān)輸入開(kāi)關(guān)量的當(dāng)前與歷史的狀況，產(chǎn)生所要求的開(kāi)關(guān)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。(2) 用于過(guò)程控

6、制 過(guò)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(guò)程控制的目的就是，根據(jù)有關(guān)模擬量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況，產(chǎn)生所要求的開(kāi)關(guān)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(guò)程最常用的控制，過(guò)程控制的類型很多。(3) 用于運(yùn)動(dòng)控制 運(yùn)動(dòng)控制主要指，對(duì)工作對(duì)象的位置、速度及加速度所作的控制?？梢允菃巫鴺?biāo)，即控制對(duì)象作直線運(yùn)動(dòng)；也可是多坐標(biāo)的，控制對(duì)象的平面、立體，以至于角度變換等運(yùn)動(dòng)PLC也已具備處理脈沖量的能力。(4)用于信息控制信息控制也稱數(shù)據(jù)處理，是指數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作

7、控制，還可用作系統(tǒng)的信息控制。(5) 用于遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制是指，對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實(shí)施檢測(cè)與控制。4 PLC應(yīng)用于機(jī)械手控制近年來(lái)，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(yīng)用日益廣泛普及。為此，各高校的電氣自動(dòng)化、電氣工程、供用電技術(shù)、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)相繼開(kāi)設(shè)了有關(guān)可編程控制器原理及應(yīng)用的課程。 高等工科院校的培養(yǎng)目標(biāo)的首要任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的各類技術(shù)人才，這種人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須有一定的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練與鍛煉，才能在實(shí)踐中不斷鞏固和加深理論知識(shí)，提高獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力。 實(shí)訓(xùn)是各種實(shí)踐性環(huán)節(jié)的綜合訓(xùn)練，是工程

8、實(shí)用技能的訓(xùn)練。可編程控制器應(yīng)用技術(shù)是先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)，是亟待掌握的實(shí)用技術(shù)，對(duì)于這樣一門(mén)應(yīng)用性廣、實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課，必須通過(guò)各種形式的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，構(gòu)筑實(shí)踐環(huán)境，強(qiáng)化工程意識(shí)，提高應(yīng)用能力。 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(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。工業(yè)機(jī)械手就這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。電氣方面有電機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。機(jī)械手是由PLC輸出三路來(lái)分別驅(qū)動(dòng)左右移動(dòng)、上下升降和

9、手部的夾緊放松。工業(yè)機(jī)械手模型可在空間按固定動(dòng)作抓放單個(gè)物體，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它可在空間抓、放、搬運(yùn)物體等，動(dòng)作靈活多樣，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)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(mén)子S7-200 CPU226的PLC為基礎(chǔ)，介紹PLC在機(jī)械手搬運(yùn)控制中的應(yīng)用，并給出了詳細(xì)的PLC程序設(shè)計(jì)過(guò)程。該程序已在工業(yè)機(jī)械手中獲得了廣泛應(yīng)用，具有穩(wěn)定、

10、可靠的性能。1 課題的基本控制要求題目：顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制設(shè)計(jì)搬運(yùn)機(jī)械手包括：擺動(dòng)缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤(pán)升降缸、鉗口合龍缸、吸盤(pán)、回轉(zhuǎn)電機(jī)。每個(gè)汽缸的雙向動(dòng)作都有限位檢測(cè)開(kāi)關(guān)?？刂屏鞒倘缦聢D所示。其中“擺動(dòng)到清洗機(jī)”動(dòng)作執(zhí)行，除了圖中的前提條件外，還有“清洗機(jī)到位”的附加條件。1) 按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。2）按復(fù)位按鈕，立即返回原位停止。 3）要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、單周期、連續(xù)控制?？刂埔笕鐖D1.1所示。顯像管搬運(yùn)機(jī)械手工作循環(huán)流程圖2 總體設(shè)計(jì)2.1 PLC選型顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制需要36個(gè)輸入，17個(gè)輸出，但CPU的集成輸出形式和模塊的電源規(guī)格有關(guān)。直流電源輸入的CPU模塊輸出

11、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(diǎn)，內(nèi)部帶有光耦器件。根據(jù)本課題需要選擇S7-200型PLC，PLC的CPU 選擇(CPU226繼電器輸出,24輸入，16輸出）由于集成輸入輸出不夠，需擴(kuò)展模塊，由此選擇擴(kuò)展模塊（EM223 16入 24VDC/16出，繼電器）。如下表所示S7-200 CPU模塊的型號(hào)與訂貨號(hào)序號(hào)訂貨號(hào)注釋CPU16ES7211-0AA23-OXB0CPU221 DC/DC/DC,6輸入/4輸出26ES7211-0BA23-OXB0CPU221繼電器輸出,6輸入/4輸出36ES7212-1AB23-OXB8CPU222 DC/DC/DC,8輸入/6輸出

12、46ES7212-1BB23-OXB8CPU222繼電器輸出,8輸入/6輸出56ES7214-1AD23-OXB8CPU224 DC/DC/DC,14輸入/10輸出66ES7214-1BD23-OXB8CPU224繼電器輸出,14輸入/10輸出76ES7214-2AD23-OXB8CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO86ES7214-2BD23-OXB8CPU224XP 繼電器輸出,14DI/10DO,2AI/1AO96ES7216-2AD23-OXB8CPU226 DC/DC/DC,24輸入/16輸出106ES7216-2BD23-OXB8CPU226繼電器

13、輸出,24輸入/16輸出擴(kuò)展模塊116ES7 221-1BH22-OXA8EM221 16入 24VDC,開(kāi)關(guān)量126ES7 221-1BF22-OXA8EM221 8入 24VDC,開(kāi)關(guān)量136ES7 221-1EF22-OXA0EM221 8入 120/230VAC,開(kāi)關(guān)量146ES7 222-1BF22-OXA8EM222 8出 24VDC,開(kāi)關(guān)量156ES7 222-1EF22-OXA0EM222 8出 120/230VAC,0.5A開(kāi)關(guān)量166ES7 222-1HF22-OXA8EM222 8出 繼電器176ES7 222-1BD22-OXA0EM222 4出 24VDC 固態(tài)-MO

14、SFET186ES7 222-1HD22-OXA0EM222 8出 繼電器 干觸點(diǎn)196ES7 223-1BF22-OXA8EM223 4入/4出 24VDC ,開(kāi)關(guān)量206ES7 223-1HF22-OXA8EM223 4入 24VDC /4出,繼電器216ES7 223-1BH22-OXA8EM223 8入/8出 24VDC ,開(kāi)關(guān)量226ES7 223-1PH22-OXA8EM223 8入 24VDC /8出,繼電器236ES7 223-1BL22-OXA8EM223 16入/16出 24VDC ,開(kāi)關(guān)量246ES7 223-1PL22-OXA8EM223 16入 24VDC /16出,

15、繼電器 2.2 I/O點(diǎn)端子接線圖搬運(yùn)機(jī)械手包括：擺動(dòng)缸、燕尾缸、下臂缸、吸盤(pán)升降缸、鉗口合龍缸、吸盤(pán)、回轉(zhuǎn)電機(jī)，每個(gè)汽缸的雙向動(dòng)作都有限位檢測(cè)開(kāi)關(guān)。清洗機(jī)還有 “清洗機(jī)到位”的附加條件，選擇自動(dòng)控制輸入、輸出的同時(shí)按任務(wù)要求還有手動(dòng)控制，所以I/O分配的時(shí)候還得選擇手動(dòng)控制輸入，具體輸入詳見(jiàn)I/O端子接線圖。2.3 操作面板示意圖工作方式選擇開(kāi)關(guān)3個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)3種工作方式，操作面板上的旋鈕是控制手動(dòng)、單周期、連續(xù)，而左下部的15個(gè)按鈕是手動(dòng)按鈕。出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急停車(chē)”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源，具體控制如圖2.3。3 PLC程序設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思想 機(jī)械手的控制要求和運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜，在這基礎(chǔ)上

16、我的設(shè)計(jì)思想是將一個(gè)復(fù)雜的控制過(guò)程分解為若干個(gè)工作狀態(tài)，弄清楚各工作的工作細(xì)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(lái)，就構(gòu)成了這個(gè)程序設(shè)計(jì)的主要路線。選擇控制方案的時(shí)候，可用子程序和自動(dòng)順序控制，我選擇了子程序控制，設(shè)計(jì)思想是用單獨(dú)的自動(dòng)子程序控制單周期和連續(xù)。在子程序中加入手動(dòng)程序跟復(fù)位子程序。 在這個(gè)課題中，有多種不同的工況，對(duì)本課題要求的機(jī)械手控制要求我按以下幾.4種工況設(shè)置：（1）手動(dòng)工作1）調(diào)試工作（手動(dòng)要求）：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。例如，按“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按“上升”按鈕，機(jī)械手上升。2）回原位：因?yàn)闄C(jī)械手在自動(dòng)工況下

17、必須從原點(diǎn)開(kāi)始安工序工作。如果機(jī)械手因某種原因不在原點(diǎn)位置，可用手動(dòng)使機(jī)械手置于原點(diǎn)位置（機(jī)械手在下面和左邊，且鉗口處于打開(kāi)狀態(tài)，擺動(dòng)缸處于前位置）（2）自動(dòng)工作1）單周期工作：按下啟動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，返回原點(diǎn)后停止。2）連續(xù)工作按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始安工序自動(dòng)反復(fù)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕或者復(fù)位按鈕，機(jī)械手自動(dòng)停機(jī)；所以在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一個(gè)“啟保?；芈贰眮?lái)判斷有沒(méi)有按停止按鈕以及控制連續(xù)步。3.2 顯像管搬運(yùn)機(jī)械手順序功能圖機(jī)械手的控制要求和運(yùn)行過(guò)程比較復(fù)雜，將控制過(guò)程分解為若干個(gè)工作狀態(tài)，各工作有自己的的工作細(xì)節(jié)，也有總的控制順序要求，將

18、這些工作狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)，就構(gòu)成了這個(gè)程序設(shè)計(jì)的主要路線，也就是順序功能圖，它可以明確的表達(dá)機(jī)械手執(zhí)行動(dòng)作的過(guò)程，具體如圖3.1。3.3 PLC梯形圖主程序梯形圖通用程序梯形圖自動(dòng)程序梯形圖自動(dòng)程序設(shè)計(jì)當(dāng)I2.3接通，M4.1連續(xù)步接通。通過(guò)起保停電路使得程序連續(xù)進(jìn)行。若M4.1未接通，則程序進(jìn)行單周期。3.3.4手動(dòng)程序梯形圖執(zhí)行手動(dòng)程序，通過(guò)各個(gè)手動(dòng)觸點(diǎn)進(jìn)行程序的進(jìn)行。3.3.5復(fù)位程序梯形圖 當(dāng)觸點(diǎn)置復(fù)位觸點(diǎn)時(shí)，程序通過(guò)初始限位從而使得復(fù)位達(dá)到效果。4 程序模擬調(diào)試說(shuō)明4.1自動(dòng)程序調(diào)試說(shuō)明當(dāng)程序進(jìn)入自動(dòng)子程序機(jī)械手在初始位置時(shí)，程序開(kāi)始執(zhí)行，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)從而控制程序的進(jìn)行，燕尾縮回顯像管輸

19、出并行燕尾伸出，轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)并行吸盤(pán)上升，擺動(dòng)復(fù)位，回轉(zhuǎn)復(fù)位4.2復(fù)位模擬調(diào)試當(dāng)復(fù)位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，程序停止并且通過(guò)初始限位回到初始位置。復(fù)位圖在調(diào)試時(shí)應(yīng)對(duì)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，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)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。在模擬調(diào)試過(guò)程中如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)小，我們來(lái)不及反應(yīng)，我們可以適當(dāng)增加時(shí)間，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫(xiě)入它們的實(shí)際設(shè)定值。另外，對(duì)開(kāi)關(guān)的開(kāi)和結(jié)束語(yǔ)查閱了很多本資料，里面都有講機(jī)械手在實(shí)際生活中的應(yīng)用，能按固定程序抓取、搬運(yùn)物件。我做的題目是顯像管搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)。通過(guò)上課老師的講解和自己各方面的查資料。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。PLC是應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中的東西，是模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，在我們完成這個(gè)課題的同時(shí)，學(xué)習(xí)寫(xiě)程序是我們的任務(wù)之一，但是完成程序后還得仔細(xì)檢查錯(cuò)誤，一步一步的進(jìn)行調(diào)試，直至完成課題的控制要求，我把這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)作一個(gè)世紀(jì)實(shí)踐，在完成了課題的要求時(shí)，我對(duì)PLC的工作原理和使用方法有了深刻的理解，在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的學(xué)習(xí)能力，在實(shí)際模擬中，也提高了我的動(dòng)手能力。 在程序的編寫(xiě)過(guò)