機電傳動控制PLC課程設(shè)計--示教機械手

1、目錄前21. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求31.1課程設(shè)計的任務(wù)31.2設(shè)計要求31.3課程設(shè)計動作要求32. 總體設(shè)計42. 1 plc 選型42. 2 plc端子分配設(shè)計52. 3控制原理圖63. plc程序設(shè)計83. 1設(shè)計思想83.2順序功能圖設(shè)計83.3 plc梯形圖設(shè)計10(1) 主程序10(2) 公用子程序11(3) 手動子程序12(4) 自動子程序13(5) 回原點程序174. 程序模擬調(diào)試說明19結(jié)束語23參考文獻24刖g機械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識，其一，它能部分地代替人的勞動并 能達到生產(chǎn)工藝的耍求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為， 它能大大地改善工人的勞

2、動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因 此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研宂和應(yīng)用。尤其在高 溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快 的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對 流水線上的產(chǎn)品進行分撿，本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用的德國西門子 s7-200系列plc,對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。我們利用可編 程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。機電傳動以及控制系統(tǒng)總是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的。單就機電而言， 它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了成組拖動，單電動機拖動和多電動機拖動三個階段

3、。所謂 成組拖動，就是一臺電動機拖動一根天軸，再由天軸通過皮帶輪和皮帶分別拖動 各生產(chǎn)機械，這種生產(chǎn)方式效率低，勞動條件差，一旦電動機放生故障，將造成 成組機械的停車；所謂但電動機的拖動，就是用一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械， 它雖然較成組拖動前進了一步，但當(dāng)一臺生產(chǎn)機械的運動部件較多吋，機械傳動 機構(gòu)復(fù)雜；多電動機拖動，即是一臺生產(chǎn)機械的每一個運功部件分別由一臺電動 機拖動，這種拖動的方式不僅大大的簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)，而且控制靈活， 為生產(chǎn)機械的自動化提供了有利的條件。1. 課程設(shè)計的任務(wù)和要求1.1課程設(shè)計的任務(wù)（1）完成課程設(shè)計指導(dǎo)書所要求的控制循環(huán)。1.2設(shè)計要求1）畫出端子分配圖和

4、順序功能圖2）設(shè)計并調(diào)試plc控制梯形圖3）設(shè)計說明書1.2課程設(shè)計的動作要求示教機械手控制系統(tǒng)設(shè)計1. 單循環(huán)為：1）從原點開始下降；2）吸工件，延時1秒；3）上升；4）右轉(zhuǎn)；5）下降 6）放下工件，延時1秒；7）上升；8）左轉(zhuǎn)，回原點。2. 要求有四種工作方式：手動、單步、單周期、連續(xù)。3. 連續(xù)時，循環(huán)5次結(jié)束，聲光間斷報警5秒。2. 總體設(shè)計2. 1 plc的選型在選擇plc時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制耍求，明確控制任務(wù)和范 圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器 容量、確定plc的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的plc 和設(shè)計相應(yīng)

5、的控制系統(tǒng)1、plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制 室安裝兩類；按cpu字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng) 用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。2、plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制 室安裝兩類；按cpu字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng) 用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型plc的i/o點數(shù)固 定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng);模塊型plc提供多種1/0卡 件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點數(shù)，功能擴展方便 靈活，一般用于大屮型

6、控制系統(tǒng)。輸入輸出（i/o）點數(shù)的估算i/o點數(shù)估算 吋應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴 展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。3、存儲器容量的估算;存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲 單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序 容量小于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲 器容量的估算來替代。大體上都是按數(shù)字量i/o點數(shù)的1015倍，加上模擬i/o 點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25% 考慮余量。4、控制功能的選擇;該選擇包括運算功能、控制功能、通信功

7、能、編程功能、 診斷功能和處理速度等特性的選擇。綜上所述，選擇cpu型號為216的plc。2.2 plc端子分配圖示教機械手的端子分配圖如圖2.1所示:手動12.0回原點12.1單步t9 9 m 編單周期12.300.0機械手上升連續(xù)12.4下限位一10.100.1機械手下降上限位10.2q0.2機械手左行右限位一10.3左限位一丁10.400.3機械手右行上行1t11.000.4機械手夾緊下行一1t111.1q0.5 聲報警左什t11.2右行1t11.300.6 光報警吸工件1丁11.4放工件一1丁11.5啟動112.6停止112.7圖2.1示教機械手端子分配圖2.3控制原理圖外部接線閣如閣

8、2.2所示:上敝右限gefre上行下行左行 節(jié) ri件 ste件手動車步單醫(yī)浜連續(xù)商動上升左行節(jié)夾緊下矮圖2.2外部接線閣停止操作面板示意閣如閣2.3所示:3. plc程序設(shè)計3.1設(shè)計思想該機械手能完成手動，單步，單周期，連續(xù)工作，在主程序屮，sm0.0的常 幵觸點一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的 任務(wù)，以及處理不同工作方式之間的相互轉(zhuǎn)換。在自動回原點方式下，12.1為 on,執(zhí)行“回原點”子程序。在其他三種工作方式下執(zhí)行“自動”子程序。程 序的總體思想是啟保停的編程方法。機械手的上升，下降，左行，右行，放松與 夾緊，可用5個線圈來控制，機械手的上，不，左，右

9、限位可用傳感器或限位開 關(guān)來控制。自動：當(dāng)機械手處于起始位置時，上限位幵關(guān)和左限位開關(guān)開關(guān)閉合。將 控制旋鈕調(diào)到連續(xù)，按下啟動按鈕，關(guān)閉上限位左限位，自動程序開始運行，機 械手下降，關(guān)閉啟動按鈕。然后按下下限位開關(guān)，機械手開始吸工件并延時1s， 延時完后按夾緊到位，機械手上升。按上限位，機械手右行。按右限位機械手不 降。按下限位，機械手放工件并延吋1s。延時完后上升，按上限位和左限位， 則左行。完成后計數(shù)器加一，并重復(fù)上述操作則。手動：在手動方式下，12.0為0n，執(zhí)行“手動程序”子程序。每按一次啟 動，執(zhí)行一步。3.2順序功能圖設(shè)計原點順序功能圖如圖3.1所示:復(fù)位下降上升復(fù)位右行左行圖3.

10、1冋原點順序功能圖自動程序順序功能閣:蟲 5(12 0-12. 1t39下限位下限位上限位m0. 7*1布 6:m0.5m2- 1s 00. 4t37t37m2. 200. 010.2m2. 300.3上限位右限位mz0 q2. 1"no. 3m2. 4 q0. 1下38t38|o.2m3.1下洚上升右行下洚忪開上升左行5次mo. 7*c1q0.5q0.6t39圖3.2自動程序順序功能圖網(wǎng)絡(luò)43.3 plc梯形圖設(shè)計(1) 主程序：圖3.3是主程序sm0.0的常開觸點一直閉合，公用程序是無 條件執(zhí)行的。在手動方式下，12.0為0n，執(zhí)行“手動程序”子程序。12.1為on，執(zhí)行“回原點

11、”子程序。在其他三種工作方式下執(zhí)行“自動”子程序。1 m珀懷超 網(wǎng)絡(luò)注鋒smo.osbrt1 ien網(wǎng)絡(luò)212.0sbrjen網(wǎng)絡(luò)3sbr-3en12.4|isbr.2cki1 1un12.21 11112.31mt(2) 閣3.32為公用程序，用于處理各種方式都耍執(zhí)行的任務(wù)，以處理不同 工作方式間的切換。機械手在原點的條件為，左限位開關(guān)10.4.上限位開關(guān)10.2的 常幵觸點閉合，表示機械手松幵的q0.4的常閉觸點閉合，此吋“原點條件”m0.5 為on在開始執(zhí)行用戶程序(sm0.1為on),或者系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或自動回 原點狀態(tài)(12.0或12.1為on時,初始步對應(yīng)的m0.0將被罝位，為進

12、人單步，單周 期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時m0.5為of狀態(tài)，m0.0將被復(fù)位，初 始步為不活動步，無法進入單步，單周期或連續(xù)的工作方式工作。當(dāng)系統(tǒng)處于手動工作方式吋，必須將圖3.2中除初始步以外的各步對應(yīng)的存 儲器位(m2.0-m2.7)復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然 后乂返回自動方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動 作。在非連續(xù)方式下，12.4的常閉觸點斷開，則啟動后表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志 m0.7復(fù)位。網(wǎng)絡(luò)1 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題10.410.2q0.4m0.5ii1 ip ic )網(wǎng)絡(luò)2sh01m0.5iimo.o (s )1mo.o12.0m0.

13、5< «)1網(wǎng)格3120m2.011< «)8網(wǎng)絡(luò)4(3) 手動程序：圖3.33為手動程序,為了保證系統(tǒng)的安全，在手動程序中設(shè)置 了一些必要的連鎖：.設(shè)置上升和下降之間、左行和右行之間的互鎖，以防止功能 相反的兩個輸出同時為on。2.用限位幵關(guān)i0.1-i0.4限制機械手移動的范圍。3. 用上限位開關(guān)i0.2的常開觸點與控制左行和右行的q0.3和q0.2的線圈串聯(lián)， 使機械手只有升到最高位罝才能左右移動，以防止機械手在較低位罝運行時與別 的物體碰撩。11.3i0.3i0.2q0.2q0.3i ipi1 ipi()(4) 自動程序:閣3.34為自動程序梯形閣單周期

14、、連續(xù)和單步這三種工作方式 主要是用“連續(xù)”標(biāo)志m0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志m0.6來區(qū)分的。1. 單步與非單步的區(qū)分。m0.6的常開觸點接在每一個控制代表步的存儲器位的啟動電路中，它們斷開 時禁止步的活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。如果系統(tǒng)處于單步工作方式,12.2為1狀態(tài)，它的 常閉觸點斷開，“轉(zhuǎn)換允許”存儲器位m0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許 步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件滿足，如果沒有按啟動按 鈕12.6,m0.6處于0狀態(tài)，啟保停電路的啟動電路處于斷開狀態(tài)，不會轉(zhuǎn)換到下一 步。一直要等到按下啟動按鈕i2.6,mo.6在12.6的上升沿on 個掃描周期,m0.6 的常開觸點接通，系

15、統(tǒng)才會轉(zhuǎn)換到下一步。系統(tǒng)工作在連續(xù)、單周期(非單步)工 作方式時，12.2的常閉觸點接通，使m0.6為1狀態(tài)，串聯(lián)在各啟保停電路的 啟動電路屮的m0.6的常開觸點接通，允許步與步之間的正常轉(zhuǎn)換。2. 單周期與連續(xù)的區(qū)分：在連續(xù)工作方式下,12.4為1狀態(tài)。在初始步為活動步 時按下啟動按鈕i2.6,m2.o變?yōu)?狀態(tài),機械手下降。與此同時，控制連續(xù)工作的 m0.7的線圈“通電”并自鎖。當(dāng)機械手在步m2.7返回最左邊時,10.4為1狀態(tài), 因為“連續(xù)”標(biāo)志位m0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)將返回步m2.0,反復(fù) 連續(xù)地工作下去。按下停止按鈕12.7后,m0.7變?yōu)?狀態(tài),但是機械手不會立即 停

16、止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后,機械手返冋最左邊，左限位開關(guān) 10.4為1狀態(tài),轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)才從步m2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式下,m0.7 直處于0狀態(tài)。當(dāng)機械手在最后一步m2.7返回最左邊時，左限位開關(guān)10.4為1的狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)返回并停留在初 始步。網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題i網(wǎng)絡(luò)注si26i2.4i i1 hnm0.7i ii27pp im0.7c)1 1 p丄丄s丄丄廠g網(wǎng)絡(luò)8mz6mz410.1m0.6mz5< )網(wǎng)洛3im25t38m0.6m27m26-d i1 i1 h-nd ic )m26m26i0.2m0.6m20m30moom2.7i i1

17、 i1pipic )m27m31遷14milm0.5moot3911201 f1211 tmobr>t39 in ton pt 1 呂z07 m2ozoop ip i< :選15ti137in ton10. pt 18 §m2 7104q0.2-h i1，i()閣3.34自動程序梯形圖(5)自動回原點程序圖:在回原點工作方式下j2.1為on。按下啟動12.6,m1.0 變?yōu)閛n,機械手上升。升到上限位開關(guān)時,10.2為on,機械手左行，到左限位開關(guān) 時,10.4變?yōu)閛n,將步m1.1復(fù)位，同時將q0.4復(fù)位,機械手松開。這時原點條件 滿足，m0.5為on,在公用程序中，初

18、始步m0.0被置位，為進入單周期、連續(xù)和 單步工作方式做好了準(zhǔn)備，因此可以認(rèn)為步m0.0是步m1.1的后續(xù)步。12.1i2.6m1.1m1.0pc )m1.0q0.1c r)1q0.0m1.1i0.4m1.11網(wǎng)絡(luò)2t t1) 3) 4)q0.4l< r)1圖3.35自動冋原點程序4程序調(diào)試模擬調(diào)試說明在連續(xù)條件下完成一個工作周期：1. 按下上限位10. 2和左限位10. 4,開啟原點條件。2. 按下連續(xù)幵關(guān)12. 4之后按下啟動12. 6。開始執(zhí)行1,機械手下降。3. 關(guān)閉10. 2和10. 4,按下下限位10. 1，置位q0. 4機械手夾緊，計時器t37開 始計時1s。4. 計時器t37計時結(jié)朿后，執(zhí)行q0.0,機械手上升。5. 關(guān)閉下限位10. 1,按下上限位10. 2后開始執(zhí)行q0. 3右行。6. 按下右限位10. 3開始執(zhí)行q0. 1下降。7. 關(guān)閉上限位10.2,開啟下限位10. 1,復(fù)位q0.4,機械手松開。記計時器t38 幵始汁時1s。8. 計時器t38計時結(jié)朿后，執(zhí)行q0.0機械手上升。9. 關(guān)閉下限位10. 1開啟上限位10. 2,開始執(zhí)行q0.2,機械手左行。10. 到達左限位后完成一次循環(huán)，計數(shù)器加一圖4. 1機械手下降ios圖4. 2機械手夾緊