机电传动控制PLC课程设计示教机械手.docx
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机电传动控制PLC课程设计示教机械手
-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1
机电传动控制PLC课程设计--示教机械手
前言...............................................................2
1.课程设计的任务和要求.............................................3
1.1课程设计的任务.................................................3
1.2设计要求..............................................3
1.3课程设计动作要求..............................................3
2.总体设计........................................................4
2.1PLC选型.......................................................4
2.2PLC端子分配设计...............................................5
2.3控制原理图..............................................6
3.PLC程序设计.....................................................8
3.1设计思想........................................................8
3.2顺序功能图设计..................................................8
3.3PLC梯形图设计..................................................10
(1)主程序.......................................................10
(2)公用子程序...................................................11
(3)手动子程序...................................................12
(4)自动子程序.................................................13
(5)回原点程序...................................................17
4.程序模拟调试说明................................................19
结束语............................................................23
参考文献..........................................................24
前言
机械手的积极作用正日益为人们所认识,其一,它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。
因为,它能大大地改善工人的劳动条件,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因此,受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合,应用得更为广泛。
在我国,近代几年来也有较快的发展,并取得一定的成果,受到各工业部门的重视。
在生产过程中,经常要对流水线上的产品进行分捡,本课题拟开发物料搬运机械手,采用的德国西门子S7-200系列PLC,对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。
我们利用可编程技术,结合相应的硬件装置,控制机械手完成各种动作。
机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。
单就机电而言,它的发展大体上经历了成组拖动,单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。
所谓成组拖动,就是一台电动机拖动一根天轴,再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械,这种生产方式效率低,劳动条件差,一旦电动机放生故障,将造成成组机械的停车;所谓但电动机的拖动,就是用一台电动机拖动一台生产机械,它虽然较成组拖动前进了一步,但当一台生产机械的运动部件较多时,机械传动机构复杂;多电动机拖动,即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动,这种拖动的方式不仅大大的简化了生产机械的传动机构,而且控制灵活,为生产机械的自动化提供了有利的条件。
1.课程设计的任务和要求
1.1课程设计的任务
(1)完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
1.2设计要求
1)画出端子分配图和顺序功能图
2)设计并调试PLC控制梯形图
3)设计说明书
1.2课程设计的动作要求
示教机械手控制系统设计
1.单循环为:
1)从原点开始下降;2)吸工件,延时1秒;3)上升;4)右转;5)下降;6)放下工件,延时1秒;7)上升;8)左转,回原点。
2.要求有四种工作方式:
手动、单步、单周期、连续。
3.连续时,循环5次结束,声光间断报警5秒。
2.总体设计
2.1PLC的选型
在选择PLC时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统
1、PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。
2、PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发,通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定,因此用户选择的余地较小,用于小型控制系统;模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡,因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数,功能扩展方便灵活,一般用于大中型控制系统。
输入输出(I/O)点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展余量后,作为输入输出点数估算数据。
3、存储器容量的估算;存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。
大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。
4、控制功能的选择;该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
综上所述,选择CPU型号为216的PLC。
2.2PLC端子分配图
示教机械手的端子分配图如图2.1所示:
图2.1示教机械手端子分配图
2.3控制原理图
外部接线图如图2.2所示:
图2.2外部接线图
操作面板示意图如图2.3所示:
图2.3操作面板示意图
3.PLC程序设计
3.1设计思想
该机械手能完成手动,单步,单周期,连续工作,在主程序中,SM0.0的常开触点一直闭合,公用程序是无条件执行的。
用于处理各种工作方式都要执行的任务,以及处理不同工作方式之间的相互转换。
在自动回原点方式下,I2.1为ON,执行“回原点”子程序。
在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。
程序的总体思想是启保停的编程方法。
机械手的上升,下降,左行,右行,放松与夹紧,可用5个线圈来控制,机械手的上,下,左,右限位可用传感器或限位开关来控制。
自动:
当机械手处于起始位置时,上限位开关和左限位开关开关闭合。
将控制旋钮调到连续,按下启动按钮,关闭上限位左限位,自动程序开始运行,机械手下降,关闭启动按钮。
然后按下下限位开关,机械手开始吸工件并延时1S,延时完后按夹紧到位,机械手上升。
按上限位,机械手右行。
按右限位机械手下降。
按下限位,机械手放工件并延时1S。
延时完后上升,按上限位和左限位,则左行。
完成后计数器加一,并重复上述操作则。
手动:
在手动方式下,I2.0为ON,执行“手动程序”子程序。
每按一次启动,执行一步。
3.2顺序功能图设计
回原点顺序功能图如图3.1所示:
图3.1回原点顺序功能图
自动程序顺序功能图:
图3.2自动程序顺序功能图
3.3PLC梯形图设计
(1)主程序:
图3.3是主程序SM0.0的常开触点一直闭合,公用程序是无条件执行的。
在手动方式下,I2.0为ON,执行“手动程序”子程序。
I2.1为ON,执行“回原点”子程序。
在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。
图3.31主程序结构
(2)图3.32为公用程序,用于处理各种方式都要执行的任务,以处理不同工作方式间的切换。
机械手在原点的条件为,左限位开关I0.4.上限位开关I0.2的常开触点闭合,表示机械手松开的Q0.4的常闭触点闭合,此时“原点条件”M0.5为ON在开始执行用户程序(SM0.1为ON),或者系统处于手动状态或自动回原点状态(I2.0或I2.1为ON)时,初始步对应的M0.0将被置位,为进人单步,单周期和连续工作方式做好准备。
如果此时M0.5为OF状态,M0.0将被复位,初始步为不活动步,无法进入单步,单周期或连续的工作方式工作。
当系统处于手动工作方式时,必须将图3.2中除初始步以外的各步对应的存储器位(M2.0-M2.7)复位,否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式,然后又返回自动方式时,可能会出现同时有两个活动步的异常情况,引起错误的动作。
在非连续方式下,I2.4的常闭触点断开,则启动后表示连续工作状态的标志M0.7复位。
图3.32公用程序
(3)手动程序:
图3.33为手动程序,为了保证系统的安全,在手动程序中设置了一些必要的连锁:
1.设置上升和下降之间、左行和右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON。
2.用限位开关I0.1-I0.4限制机械手移动的范围。
3.用上限位开关I0.2的常开触点与控制左行和右行的Q0.3和Q0.2的线圈串联,使机械手只有升到最高位置才能左右移动,以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。
图3.33手动程序
(4)自动程序:
图3.34为自动程序梯形图单周期、连续和单步这三种工作方式主要是用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分的。
1.单步与非单步的区分。
M0.6的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中,它们断开时禁止步的活动状态的转换。
如果系统处于单步工作方式,I2.2为1状态,它的常闭触点断开,“转换允许”存储器位M0.6在一般情况下为0状态,不允许步与步之间的转换。
当某一步的工作结束后,转换条件满足,如果没有按启动按钮I2.6,M0.6处于0状态,启保停电路的启动电路处于断开状态,不会转换到下一步。
一直要等到按下启动按钮I2.6,M0.6在I2.6的上升沿ON一个扫描周期,M0.6的常开触点接通,系统才会转换到下一步。
系统工作在连续、单周期(非单步)工作方式时,,I2.2的常闭触点接通,使M0.6为1状态,串联在各启保停电路的启动电路中的M0.6的常开触点接通,允许步与步之间的正常转换。
2.单周期与连续的区分:
在连续工作方式下,I2.4为1状态。
在初始步为活动步时按下启动按钮I2.6,M2.0变为1状态,机械手下降。
与此同时,控制连续工作的MO.7的线圈“通电”并自锁。
当机械手在步M2.7返回最左边时,I0.4为1状态,因为“连续”标志位M0.7为1状态,转换条件满足,系统将返回步M2.0,反复连续地工作下去。
按下停止按钮I2.7后,M0.7变为0状态,但是机械手不会立即停止工作,在完成当前工作周期的全部操作后,机械手返回最左边,左限位开关I0.4为1状态,转换条件满足,系统才从步M2.7返回并停留在初始步。
在单周期工作方式下,M0.7一直处于0状态。
当机械手在最后一步M2.7返回最左边时,左限位开关I0.4为1的状态,转换条件满足,系统返回并停留在初始步。
图3.34自动程序梯形图
(5)自动回原点程序图:
在回原点工作方式下,I2.1为ON。
按下启动I2.6,M1.0变为ON,机械手上升。
升到上限位开关时,I0.2为ON,机械手左行,到左限位开关时,I0.4变为ON,将步M1.1复位,同时将Q0.4复位,机械手松开。
这时原点条件满足,M0.5为ON,在公用程序中,初始步M0.0被置位,为进入单周期、连续和单步工作方式做好了准备,因此可以认为步M0.0是步M1.1的后续步。
图3.35自动回原点程序
4程序调试模拟调试说明
在连续条件下完成一个工作周期:
1.按下上限位I0.2和左限位I0.4,开启原点条件。
2.按下连续开关I2.4之后按下启动I2.6。
开始执行Q0.1,机械手下降。
3.关闭I0.2和I0.4,按下下限位I0.1,置位Q0.4机械手夹紧,计时器T37开始计时1S。
4.计时器T37计时结束后,执行Q0.0,机械手上升。
5.关闭下限位I0.1,按下上限位I0.2后开始执行Q0.3右行。
6.按下右限位I0.3开始执行Q0.1下降。
7.关闭上限位I0.2,开启下限位I0.1,复位Q0.4,机械手松开。
记计时器T38开始计时1S。
8.计时器T38计时结束后,执行Q0.0机械手上升。
9.关闭下限位I0.1开启上限位I0.2,开始执行Q0.2,机械手左行。
10.到达左限位后完成一次循环,计数器加一
图4.1机械手下降
图4.2机械手夹紧置位
图4.3机械手上升
图4.4机械手右行
图4.5机械手下降
图4.6机械手夹紧复位
图4.7机械手上升
图4.8机械手左行
图4.9左行到左限位,计数器加一开始下一循环
结束语
结束语就此课程设计就要告一段落,纵观整个设计过程,可以说在这一过程中我的收获很大,充分认识到自己的薄弱环节,通过论分析与实践的反复进行和论证,许多问题都有了较好的解决方案。
通过此次设计,让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解,也让我更加了解了关于PLC设计原理。
也为期末考试的PLC部分做了充分的复习。
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”。
通过这次综合实践,我更加看清了自己的不足之处。
为了搞好这次课程设计,通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下,最终基本达到了设计目的。
通过实践,巩固了理论知识的学习,提高了实际应用所学知识的能力,还积累了许多宝贵的经验。
参考文献
【1】陈白宁段智敏《机电传动控制》东北大学出版社2008
【2】廖常初《PLC编程及应用》机械工业出版社2002
【3】邓星钟《机电传动控制》华中理工大学出版社2001
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- 机电 传动 控制 PLC 课程设计 机械手
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