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1、 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 电气控制与 PLC课程设计评阅书 题目PLC 机械手臂 学生姓名陈朝学号20090212051 指导教师评语及成绩 指导教师签名： 年 月 日 答辩评语及成绩 答辩教师签名： 年 月 日 教研室意见 总成绩： 室主任签名： 年 月 日 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 目录目录 绪论绪论 一、PLC 结构、工作原理及系统设计 1、PLC 的结构 2、PLC 的工作原理 3、PLC 控制系统的构成、设计原则及步骤 二、案机械手臂的设计方 1、机械手臂的控制内容及要求 2、设备要求 三、机械手臂的总体设计 1、外部接线图 2、
2、软件设计部分 四、总结 五、参考文献 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 绪论绪论 可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上 开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，即 PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。 它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、 计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产 过程。20 世纪 60 年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的 继电器控制。在 60 年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的
3、每一次更 新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原 来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。所 以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制 系统。 PLC 在制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。1971 年，日本引进了 这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。 毫无疑问，PLC 将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在 20 世纪 80 年
4、 代，美国的工业市场调查报告和 1989 年美国的一份分散控制系统（DCS）的调 研报告中，都能看出 PLC 在工业控制中的重要作用。 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 一、一、PLCPLC 的结构、工作原理及系统设计的结构、工作原理及系统设计 1 1、PLCPLC 的结构的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算 机相同。根据结构形式的不同，PLC 的基本结构分为整体式和模块式结构两类。 整体式（又称箱体式）结构的 PLC 由中央处理器（CPU） 、存储器、输入/输 出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这
5、种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能 和控制规模固定，但灵活性较低。其基本结构框图如图 1-1 所示。 图 1-1 整体式结构 模块式（又称组合式）结构的 PLC 是将中央处理器（CPU） 、存储器、输入/ 输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些 模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式 的 PLC 安装完成后，需进行登记，以便 PLC 对安装在总线上的各模块进行地址 确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的 PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图 1-2 所示。 机 架
6、 编程器现场设备 其他 PLC 或上位机 电源 模块 CPU 模块 通信 模块 输入 模块 输出 模块 特殊 功能 模块 电源 中央 处理器 （CPU） 输入/输出单元 存储器 系 统 总 线 编程器 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 2 2、 PLCPLC 的工作原理的工作原理 PLC 与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器 控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作， 只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而 PLC 则不同，它采用循 环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线 圈触点才会动作
7、，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说 PLC 以“串行” 方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。 也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出， 而 PLC 控制则需要输入传送、执行程序指令、输出 3 个阶段才能完成控制过程。 3 3、 PLCPLC 控制系统的构成控制系统的构成、设计原则及步骤、设计原则及步骤 PLC 控制系统由硬件部分和软件部分组成。 对于整个 PLC 控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的 PLC 机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/ 输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选
8、择合适的可编程控制器外围装置、 设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等） 、执行装置（接触器、 继电器等）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等） 。 软件部分主要包括对 PLC 进行 I/O 点地址、内部继电器、定时器、计数器 等的分配，PLC 控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等） ，还有一些技术 文件等。 PLC 控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出 的控制要求。PLC 控制系统的设计应遵循以下原则。 （1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 （2）在满足控制要求
9、的前提下，尽量减少 PLC 系统硬件费用。 （3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑 PLC 的可扩 展性。 （3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。 一般 PLC 控制系统的设计步骤如图 1-7 所示，具体操作如下。 （1）控制要求分析 在设计 PLC 控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控 制对象和控制要求，这样才 能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的 控制系统。 （2）确定输入/输出设备 根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出 设备（接触器、继电器等） ，根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定 PL
10、C 的 I/0 点数。 （3）选择合适 PLC 确定 PLC 的 I/0 点数后，就根据 I/0 点数、控制要求等来进行 PLC 的选择。 选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。 （4）I/0 点数分配 点数分配就是规定 PLC 的 I/0 端子和输入/输出设备。 （5）PLC 程序设计 首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的 设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。 （6）模拟调试 程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟 量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。 （7）现场联机调
11、试 现场联机调试就是将 PLC 与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序 存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 （8）整理技术文件 这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O 接线原理 图、程序清单和使用说明书等。 控制要求分析 开始设计 设计结束 确定输入输出设备 现场模拟调试 选择合适的 PLC I/O 点数分配 PLC 程序设计 模拟调试 整理技术文件 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 二、机械手臂的设计方案二、机械手臂的设计方案 1 1、机械手臂的控制内容及要求、机械手臂的控制内容及要求
12、 （1）机械手传送工件系统示意图 机械手电控系统，除了有许多工步特点外，还要求有连续控制和手动控制等操 作方式。工作方式的选择可以很方便的在操作面板上表示出来。当旋钮打向回 回原点时，系统自动回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成 各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮 才能实现。 （2）下图是机械手控制程序的步骤和方法。 2、设备要求、设备要求 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 （1）当设备启动后，旋钮开关转向回原点，设备处于待命状态。 （2）旋钮开关打向手动，整个设备需要点东状态。 （3）旋钮开关打向自动，设备会自动运行程序。 三
13、三、机械手臂的总体设计机械手臂的总体设计 1 1、外部接线图外部接线图 2 2、软件设计部分、软件设计部分 各个器件和 PLC 软元件及简单说明下图 。 地址 对应的外部设备 I0.0 启动按钮开关 I0.1 停止按钮开关 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 I0.2 急停 I0.3 手动 I0.4 自动 I0.5 回原点 I1.1 上升限位开关 I1.2 下降限位开关 I1.3 左移限位开关 I1.4 右移限位开关 I1.5 放松限位开关 I1.0 夹紧限位开关 Q0.1 上升 Q0.2 下降 Q0.3 左移 Q0.4 右移 Q0.5 放松 Q0.0 夹紧 机电一体化系统设计
14、 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 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 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 四、总结四、总结 本次 PLC 课程设计，我们用 PLC 控制机械手模仿人手和臂的某些
22、动作功能， 用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁 重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全， 因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由 手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的 部件。运动机构，使手臂完成各种移动或复合运动来实现规定的动作。 在设计过程中，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结 合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们 懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大 量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和
23、互联网成了我们很好的助手。在查 阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料 的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们 肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。 机电一体化系统设计 课程设计说明书 共 页 第 页 五、参考文献五、参考文献 1程宪平主编.机电传动与控制.武汉：华中科技大学出版社， 2003. 2邓星钟.机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社. 3王永华编.现代电气控制及 PLC 应用技术.北京：北京航空航天 出版社，2008 4殷洪义主编.可编程控制器选择设计与维护.北京：机械工业出 版社，2002 5程子
24、华，PLC 原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006 6高钦和，可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教育 出版社，2004 ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKu
25、pxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7
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