plc机械手操作控制装置课程设计报告书.pdf

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1、. . . PLC课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 设计题目： plc 机械手操作控制装置课程设计 设计报告格式 20分 设计内容60 分 10 分 10 分 总计 得分 封 面 3 页面 布局 5 目 录 格 式 3 图 表 质 量 4 间距、 行距、 字体 6 工 艺 过 程 分 析 8 系 统 控 制 要 求 8 I/O 分 配 5 设 备 选 型 5 电气原理图系 统 程 序 设 计 10 动 手 实 践 能 力 10 总 印 象 评 分 10 主 电 路 8 控 制 电 路 8 外 围 接 线 图 8 . . . 目录 前言 3 一 设计目的及主要内容 4

2、1.1 设计目的 . 4 1.2. 主要内容 4 二 气动机械手的操作要求及功能 4 2.1. 操作要求 . 4 2.2 操作功能 5 三 PLC及机械手的选择和论证 6 3.1PLC 6 3.1.1 PLC 简介 . 6 3.1.2 PLC 的结构及基本配置. 6 3.1.3 PLC 的选择及论证 . . 7 3.2 机械手 . 7 3.2.1 机械手简介 . 7 3.2.2 机械手的选择 . 8 四 硬件电路设计及描述 8 4.1 操作方式 . 8 4.2 输入与输出分配表及I/O 分配接线 . 9 五 软件电路设计及描述 . 10 5.1 机械手的操作系统程序 10 5.2 回原位程序

3、10 5.3 手动单步操作程序 11 5.4 自动操作程序 12 5.5 机械臂传送系统梯形图 12 5.6 指令语句表 13 六 心得体会 15 参考文献 . 16 . . . 前言 大学四年的本科学习即将结束， 毕业设计是其中最后一个环节， 是对以前所 学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用 PLC的技术得到愈来愈广泛的应用。 可编程序控制器（ Programmable Logic Controller） ，简称 PLC ，是在继电 顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随 着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强

4、大，更多地具有计 算机的功能，所以又简称 PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER） ， 但是为了不和 PERSONAL COMPUTER混淆，仍习惯称为 PLC 。目前 PLC已经在智能化、 网络化方面取得了很 好的发展，并且现今已出现SOFTPLC，更是 PLC领域无限的发展前景。本文主要 通过气动机械臂的PLC控制来介绍 PLC的具体应用，让我们更熟悉PLC ，为今后 学习打下基础。 机械手采用 plc 控制，具有可靠性高， 改变程序灵活等优点。 无论进行时间 控制还是控制或混合控制， 都可以通过设置 plc 的程序实现。可以根据机械手的 动作顺序改变程序，是机械手通用性更好

5、。 采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工 作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。 . . . 一设计目的及主要内容 1.1 设计目的 1、培养 plc 设计能力； 2、扩展知识结构； 3、培养综合运用能力； 4、是课 堂教学的有益补充。通过本次课程设计， 进一步加强自己对机械手和PLC的认识， 以及它们在生活中广泛应用。 1.2 主要内容 1. 正确选用机械手和 PLC类 2. 绘制 I/O 分配 3.设计梯形图 4. 指令语句 5. 模拟调试 二气动机械手的操作要求及功能 2.1 操作要求 气动机械手的动作示意图如图1 所示，气动机械手的功能

6、是将工件从A处移 送到 B处。控制要求为： 1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁 阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动； 2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2 、YV1 ；右行、左行的电磁阀线圈为 YV3 、YV4 ； 3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈 断电时松开工件； 4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S 实现； 5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1 、SQ2 、SQ3 、 SQ4来实现； . . . 2.2 操作功能 机械手的操作面板如图2 所示。机械手能实现手动、回原位

7、、单步、单周期 和连续等五种工作方式。 1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作； 2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位； 3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步； 4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期； 5、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续 循环工作，直到按下停止安钮； 6、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较 低位置运行时碰到其他工件； 7、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。 . . . 三PLC及机械手的选择和论证 3.1 PLC

8、3.1.1 PLC 简介 可编程控制器（简称PLC ） ：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业 环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序， 执行逻 辑运算 , 顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模 拟式输入 / 输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程 简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界 潮流。 3.1.2 PLC 的结构及基本配置 一般讲， PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC ，有一块 CPU板、I/O

9、板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分 成若干型号，并按I/O 点数又有若干规格。对模块式PLC ，有 CPU 模块、 I/O 模 块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC ，都属于总线式开 放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。 CPU ：PLC中的 CPU是 PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一 . . . 个 CPU 。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联 系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定 了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC不

10、可缺少的组成单元。 存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。 I/O 模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O 接口模块与外界联系的。 电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU 模块合二为一的，有些是分开的， 其主要用途是为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路 提供 24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC 或 110VAC ，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。 PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1. 编程设备 2. 监控设备 3. 存储设备 . 4. 输入输出设备

11、. 3.1.3 PLC 选择及论证 考虑到机械手工作的稳定性、 可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方 便性，采用 PLC作为核心控制器， 各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工 作，同时考虑到工作流程和造价。所以我们采用日本三菱公司的FX2N-32MR型 PLC(16点输入、 16 点输出) 。三菱 FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度， 高性能的产品，是 FX系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：FX2N性能 规格运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O 控制方法 批次处理方法（当执 行 END 指令时） I/O 指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.08s应用指令： 1.5

12、2 至几百微秒，指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生 成 SFC类型程序程式容量 8000 步内置 。 3.2 机械手 3.2.1 机械手简介 mechanical hand 也被称为自动手， auto hand 能模仿人手和臂的某些动作 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。 机械手简述 : 机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂， 但基本的组成形式是相同的， 一般由执行机构、 传动系统、

13、 控制系统和辅助装置 组成。 1执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹 紧和松开工件， 与人的手指相仿， 能完成人手的类似动作。 手腕是连接手指与手 臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需 要做成移动。 2传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液 压传动、气压传动和电力传动等几种形式。 3. 控制系统 机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度 进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、 继电器、 控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机

14、构按要求进行动作 动作复 杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 3.2.2 机械手选择 由于机械手是在搬运中的应用， 所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机 械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。 四硬件电路设计及描述 4.1 操作方式 设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备 的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。 手动操作方式 -手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。 -回原点：按下回原点按钮， 使设备自动回归到原点位置。 自动操作方式 -单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。 -单周期运行：在原点位置时，

15、按下启动按钮设备自动运 行一个周期后停止原位； 途中按下停止按钮， 设备停止运行； 再按下启动按钮时， 设备从断点处继续运行， 直到原位停止。 . . . -连续运行：在原点位置按下启动按钮， 设备按既定工序 连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。 4.2 输入和输出点分配表及I/O 分配接线 表 1 机械臂传送系统输入和输出点分配表 名称代号输入名称代号输入名称代号输出 启动SB1 X0 左限位SQ1 X8 单周期SB13 X16 停止SB2 X1 右限位SQ3 X9 回原点启动SB14 X17 上升SB3 X2 上限位SQ2 X10 电磁阀下降YV1 Y0 下降SB4 X3

16、下限位SQ4 X11 电磁阀上升YV2 Y1 左移SB5 X4 手动SB9 X12 电磁阀左行YV3 Y2 右移SB6 X5 自动SB10 X13 电磁阀右行YV4 Y3 放松SB7 X6 回原点SB11 X14 电磁阀夹紧YV5 Y4 夹紧SB8 X7 单步SB12 X15 I/O 分配及接线图I . . . 五软件电路设计及描述 5.1 机械手的操作系统程序 操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3 所示。 其原理是： 把旋钮置于回原点， X16接通，系统自动回原点， Y5驱动指示灯亮。再把旋 钮置于手动，则 X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令

17、，如 果 CJ驱动，则跳到指针 P所指 P0处） ，执行手动程序。 之后，由于 X7常闭触点， 当执行 CJ指令时，跳转到 P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置， （既 X6 常闭闭合、 X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。 5.2 回原位程序 回原位程序如图 4 所示。用 S10S12作回零操作元件。应注意，当用 S10S19 作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置 1。 . . . 5.3 手动单步操作程序 如图 5 所示。图中上升 / 下降，左移 / 右移都有联锁和限位保护。 . . . 5.4 自动操作程序 自动操作状态转移见图6 所

18、示。 当机械臂处于原位时， 按启动 X0接通， 状态转移到S20，驱动下降Y0，当到 达下限位使行程开关X1接通，状态转 移到 S21，而 S20自动复位。 S21驱动 Y1置位，延时 1 秒，以使电磁力达到 最大夹紧力。当 T0接通，状态转移到 S22，驱动 Y2 上升，当上升到达最高 位，X2接通，状态转移到 S23。S23驱 动 Y3右移。 移到最右位， X3 接通，状态转移 到 S24下降。下降到最低位， X1接通， 电磁铁放松。为了使电磁力完全失掉， 延时 1 秒。延时时间到， T1 接通，状 态转移到 S26 上升。上升到最高位， X2接通，状态转移到S27左移。左移 到最左位，使

19、 X4接通，返回初始状态， 再开始第二次循环动作。 在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈， 却可 以使用多次， 但两者不能出现在连续位置上。因此步进顺控的编程， 比起用基本 指令编程较为容易，可读性较强。 5.5 机械臂传送系统梯形图 如图 7 所示。图中从第0 行到第 27 行为回原位状态程序。从第28 行到第 66 行，为手动单步操作程序。从第67 行到第 129 行为自动操作程序。这三部分 程序（又称为模块）是图3 的操作系统运行的。 回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行， 都以 RET结束本步进顺控程序块。 但两者又有不同。 回原位程

20、序不能自动返回初 . . . 始态 S1。而自动操作程序能自动返回初态S2。 . . . 5.6 指令语句表 . . . 心得体会 可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了 2 周的课程设计使 我对 plc 设计过程有进一步了解， 对 plc 产品的有关的控制知识有了深刻的认识。 因为理论知识学的不牢固， 在设计遇到了不少问题， 通过理论与实际的结合， 进一步提高观察、 分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应 社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果， 把理论运用于 实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知 识， 培养了我

21、综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产 实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精 神，为今后的学习和工作过程打下基础。 . . . 参考文献 可编程控制器原理与应用主编：周惠文电子工业出版社北京， 2007.8 可编程控制器原理与应用主编： 涂明武 北京航空航天出版社北京， 2008.8 PLC操作实训（三菱） 主编：孙德胜李伟 机械工业出版社北京， 2007.9 PLC应用技术主编：冯新强北京邮电大学出版社北京， 2009.4 欢迎您的光临，Word文档下载后可修改编辑. 双击可删除页眉页脚. 谢谢！让我们共同学习共同进步！学无止境.更上一层楼。