PLC机械手控制系统设计5.doc

专业方向设计任务书题目名称：基于PLC机械手控制系统设计 专业 自动化 班级 自升101 姓名 学号 学校：青岛理工大学自动化学院 指导教师：赵宏才、刘素花、赵景波、 邢丽娟、 王永秀、丁新平、史贺男 2011年12月22日课程设计任务书课程名称：专业方向课程设计设计题目：基于PLC机械手控制系统设计与监控系统硬件要求：1、 配置S7-200PLC的CPU模块和输入输出模块（考虑余量）2、 配置控制面板，用档位开关3、 配置2位LED数字管显示工件数量(选作）4、 用组态王软件设计监控界面，实现上位机监控系统功能要求：1、 在2位LED数码显示器机械手所抓工件数（假设最大工件数为99个，达到99个工件数自动复位）。2、 控制面板按键功能定义，以实现机械手的手动（回原点、调试），自动（单步、半自动、全自动），并用指示灯指示工件所处的状态。3、 用于组态软设计实时监控画面（只作全自动模式时的监控画面），并建立与S7-200的变量设置其它要去：1、 每位同学独立完成本设计。2、依据题目要求，提出系统设计方案。3、设计系统电路原理图。4、 调试系统硬件电路、功能程序。5、 装订：顺序为：封面，任务书，目录，正文，参考文献，附录1（源程序），附录2（控制系统电路原理图纸）；课设字数不少于2000字成绩评语工艺过程：机械手工作过程：机械手在生产线上的任务是将工件从A处传送到B处。根据外界情况，机械手在空间上主要进行以下动作：机械手下降，机械手抓紧工件，机械手与工件上升，机械手与工件有右移，机械手与工件下降，机械手放松工件，机械手上升，机械手左移。控制器检测上，下，左，右限位开关的通断，决定当前的动作，通过驱动系统输出，控制机械手的动作。同时，用两位数码管显示搬运工件的数量。（1） 启动控制有2种，1个由启动开关安装在现场，1个由通过组态王软件控制。在控制面板上，安装一个档位开关，分手动和自动两大档位，手动挡包括调试和回原位两档，自动挡分单步、半自动和全自动三档，要求自动挡的操作必须在回原位的基础上才能进行。原位 下降 夹紧 上升 右移左移 上移 放松 下降具体要求：档位开关扳动到调试位时，使I0.0接通，此条件下，分别按动上升、下降、左移、右移、加紧、松开按钮，可以完成相应的动作（注意：互锁）档位开关扳动到回原位操作时，使I0.1接通，按动回原位按钮，机械手能自动判断当前的位置找到最优回原点路径，按动停止按钮时能够停止操作，若再按动回原位按钮时可继续进行回原位操作，在论文中，要论述机械手在不同位置时回原位的路径。自动操作：经回原位操作完毕后，才能进行自动操作状态单步：经回原位操作完毕后，档位开关放在单步位置，按动启动按钮，机械手走一步，再按动启动按钮，再走一步.半自动：经回原位操作完毕后，档位开关放在半自动位置，按动一下启动按钮，机械手执行一个过程，再按动一下启动按钮，再执行一次过程。全自动：经回原位操作完毕后，档位开关放在全自动位置，按动一下启动按钮，机械手周而复始动作直到按停止按钮，则执行一个过程后机械手停止工作。在全自动过程中，每循环一次LED显示增加1,99次后，重新计数。 目 录第一章 plc 简介第二章 1 i/o 配置表 2 选型 3 plc 的输入输出端子分配接线图第三章 机械手的plc控制 1 控制的特点 2 系统控制示意图 3 操作系统 4 回原位程序 5 手动单步操作系统 6 自动操作系统 7 机械手传送系统梯形图第四章 组态软件界面 1 原位 2 运行中 3 plc 与组态软件的连接 4 操作面板第五章 1 参考文献 2 附录1 3 附录2 第一章一、 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。可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示： 第二章1、I/O配置表共需十二个数字输入点，一个数字输出点，七个模拟量输出点。主机模块1模块2模块3模块4CPU2262AQ2AQ2AQ2AQI0.0 Q0.0AQW0AQW4AQW8AQW12I0.1 AQW2AQW6AQW10AQW14I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3S7-200中的CPU226的最大负载电流为1000mA，四个EM232模块的负载电流为80mA，符合要求。机械手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SB1X0.1自动操作SB5X1.0电磁阀下降YV1Y0下限行程SQ1X0.1单步SB6X1.1电磁阀夹紧YV2Y1上限行程SQ2X0.2调试SB7X1.2电磁阀上升YV3Y2右限行程SQ3X0.3回复SB8X1.3电磁阀右行YV4Y3左限行程SQ4X0.4电磁阀左行YV5Y4停止SB2X0.5上行灯指示EL1Y5手动操作SB3X0.6下行灯指示EL2Y6半自动操作SB4X0.7数字指示EL3Y72、选型S7-200丰富的种类：CPU221：内置10个数字量I/O点，不可扩充；CPU222：内置14个数字量I/O点，可扩充到78路数字量I/O或10路模拟量I/O；CPU224：内置24个数字量I/O点，可扩充到168路数字量I/O或35路模拟量I/O；CPU226：内置40个数字量I/O点，可扩充到248路数字量I/O或35路模拟量I/O；主机为S7-200中的CPU226，因为他能扩展七个模块。模块1-模块4为EM232，它是模拟量输出模块，每个模块有两个输出通道。电源为220V交流电。主机为西门子S7-200中的CPU226，因为他能扩展七个模块。模块1-模块4为EM232，它是模拟量输出模块，每个模块有两个输出通道，能够满足需要。电源为220V交流电。选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。3、PLC的输入输出端子分配接线图 第三章1、控制特点机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，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地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地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。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。2、系统控制示意图机械手传送工件系统示意图，如图1所示 图1 机械手传送示意及操作面板3、操作系统 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，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。4、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、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。6、自动操作程序自动操作状态转移见图6所示。当机械手处于原位时，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。8、机械手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。 第四章 组态软件界面1、 原位2、运行中 （上行、下行灯绿色为有效）3、PLC与组态软件的连接组态软件与PLC的连接使用的是设备目录下的DDE，再从DDE中选PLC，PLC为西门子系列中的S7-200系列中的PPI方式。4.操作面板上行下行调试回复单步半自动自动手动自动（面板中有上行、下行指示灯，数字计算单位，档位开关，单步按钮。） 第五章1 参考文献 百度文库 可编程序控制器原理及应用2 附录1 源程序if (运行标志=1) if (次数=0&次