《可编程控制器》课程设计-坐标式机械手设计.doc

设 计 说 明 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 坐标式机械手 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院电气工程系2017年 3 月 1日目录目录21、引言31.1背景31.2设计内容及目的32、系统总体方案设计42.1 系统硬件配置及组成原理42.1.1系统硬件配置42.1.2 PLC系统的结构组成42.2 系统变量定义及分配表42.3 系统接线图设计53、控制系统程序设计63.1 控制程序流程图设计63.2 控制系统的设计思路及设计程序64、控制系统的上位机设计84.1 人机界面选择84.2 人机界面设计85、系统调试及结果分析95.1 PLC程序调试及解决的问题105.2 PLC与上位机联调105.3 结果分析10结束语11参考文献12附录：程序梯形图131、引言1.1背景机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 （3）宇宙及海洋的开发。 （4）军事工程及生物医学方面的研究和试验。 （5）可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（6）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。该设计是利用PLC控制按钮的开与关来实现机械手对物体的搬运过程。 通过按钮来进行对机械手的控制，不仅有自动控制简单方便，而且还有手动控制以满足条件的需要。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：坐标式机械手PLC程序设计。（1）动作顺序：机械手从原点位置起始下移到A处下限位从A处夹紧物体后上升至上限位右移至右限位机械手下降至B处下限位将物体放置在B处后上升至上限位左移至左限位（原点）为一个循环。（2）上限、A、B下限、左限、右限分别由限位开关控制；机械手设立起动和停止开关。（3）机械手夹紧或松开的工作状态以及到达每一个工位时，均应有状态显示。（4）机械手的夹紧和放松动作均应有1s延时，然后上升；机械手每到达一个位置均有0.5s的停顿延时，然后进行下一个动作。（5）若机械手停止时不在原点位置，可通过手动开关分别控制机械手的上升和左移，使之回到原点。（6）要求循环工作1小时时，判断机械手是否夹有物体，若没有，则立即自动停止工作并警铃报警；若夹有物体，则继续工作至物体放置到B位后自动停止工作并警铃报警。2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理图2-1 机械手结构图2.1.1系统硬件配置根据本设计要求，输入变量有启动开关，停止开关，上、左、右限位开关，下限位开关1、2，手动上升和手动左行共9个；输出变量有上行、下行、左行、右行、夹紧、放松、状态显示和警铃共8个。选择224xp型号的PLC。2.1.2 PLC系统的结构组成1）PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。表2-1 I/O信号的定义和地址分配表输入输出信号名称地址符号信号名称地址符号启动按钮I0.0下行Q0.0下限位开关1I0.1SQ1上行Q0.1上限位开关I0.2SQ2右行Q0.2右限位开关I0.3SQ3左行Q0.3下限位开关2I0.4SQ4夹紧Q0.4左限位开关I0.5SQ5放松Q0.5停止按钮I0.6状态显示Q0.6手动上升I0.7警铃Q0.7手动左移I1.02.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的8个输入继电器和8个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224xp)，这种机型的I/O点数分别为14/10；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此坐标式机械手控制的接线图可如图所示。图2-2机械手控制系统接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的机械手控制系统采用顺序控制，具体流程如图3-1所示：图3-1 顺序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序按照图3-1进行程序的主体编写，为实现每到一个工位均有状态显示和0.5s的停顿，在每步前添加一个寄存器和0.5s的定时器，并在寄存器为1时状态显示，寄存器地址为M1.2M2.1，定时器地址为T40T47；使用6s的T37和600的C1形成定时一小时，若时间到时夹有物体，M1.1为1，若没有物体则M2.2为1。图3-2 机械手1小时定时控制图4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用维控软件来制作。人机界面比起手动控制更加简单方便，无需到现场操作，而且人机界面数据显示更加明了。4.2 人机界面设计人机界面分为主界面和控制界面。图4-1 机械手主界面图图4-2 控制界面图5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224xp，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试如下图。图5-1 S7-2000仿真图图5-2 上位机实际运行图5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用维控来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开维控软件，选择自己的工程，运行并与上位机通信，下载程序至上位机。运行上位机的人机界面。5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，我发现使用上位机比使用硬件更加简单方便，无需担心硬件因系统老化而产生的短路等问题，而且更加清楚明了。结束语经过两个星期的设计，虽然过程中有不少问题和缺点，但在张老师的帮助和自己的努力下终于完成了自己的课程设计，在此向老师表示由衷的感谢。虽然仍有些许瑕疵，如程序过长等，只能以后在加以修改。本次的课程设计，我的题目为坐标式机械手，是机械工程中比较常出现课题。经过本次的课程设计，我也发现了自身的不足，例如PLC课程中的一些通用指令没有真正地理解、仍有许多指令有待学习等等。虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，遇到问题时，我仍然积极和同学进行交流讨论，进一步锻炼了我的合作能力，不仅锻炼了本人的PLC程序设计能力，也对上位机的使用更加熟悉，相信如果以后从