糖袋抽重机械手PLC控制系统设计.doc

糖袋抽重机械手PLC控制系统设计目 录1、概况. . .32、控制要求. . . .33、选择I/O设备. 54、选择PLC型号. 55、系统的硬件设计. 56、系统的软件设计. 57、联机通调. . . .148、总结.149、主要参考文献.141、概况伊力特糖业公司糖袋抽重机械手的任务是将糖袋从输送皮带A搬上电子台秤B抽重,如下图0-1所示。机械手的初始位置在原位，按下启动按钮后，机械手将依次完成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移八个动作，实现机械手一个周期的动作。设计该机械手的PLC控制系统。 图0-1 机械手的工作示意图2、控制要求图1-1为机械手的动作流程图，机械手的所有动作均采用电、液控制、液压驱动。它的上升/下降和左移/右移均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。控制要求如下：机械手动作转换靠限位开关来控制，限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手进行下降、上升、右行、左行动作的限位，并给出了动作到位的信号。而夹紧、放松动作的转换是由时间继电器来控制的。另外，还安装了光电开关SP，负责监测电子台秤上的工件是否已移走，从而产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。机械手要求按一定的顺序动作，其流程如图1-1所示。 图1-1 机械手的动作流程图起动时，机械手从原点开始按顺序动作。停止时，机械手停止在现行工步上，重新启动时，机械手按停止前的动作继续进行。为满足生产要求，机械手设置手动工作方式和自动工作方式，而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。手动工作方式：利用按扭对机械手每一步动作单独进行控制，例如，按“上升”按扭，机械手上升；按“下降”按扭，机械手下降。此种工作方式可使机械手置原位。单步工作方式：从原点开始，按自动工作循环的工序，每按一下起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。单周期工作方式：按下启动按钮，从原点开始，机械手按工序自动完成一个周期的动作后，停在原位。连续工作方式：机构在原位时，按下起动按钮，机构自动连续执行周期动作，当按下停止按钮时，机械手保持当前状态。重新恢复后机械手按停止前的动作继续进行。3、选择I/O设备由机械手执行机械可知：1） 输入为14个开关量信号。由限位开关、按钮、光电开关组成。2） 输出为6个开关量信号。由24V电液控制、液压驱动线圈和指示灯组成。4、选择PLC型号根据控制要求，PLC控制系统选用SIEMENS公司S7-200系列CPU224，因为I/O点数不够，另外选择扩展模块EM221。5、系统的硬件设计1）分配PLC I/O地址、内部辅助继电器的地址。表4-1为PLC I/O和所用内部辅助继电器地址分配表。2)绘制PLC输入输出接线端子图.根据表4-1可以绘制出PLC输入输出接线端子图,如图4-1所示。6、系统的软件设计（1）设计控制系统流程图或功能表图 控制系统流程图见图5-1。（2）PLC控制系统程序设计表4-1 I/O和所用内部辅助继电器地址分配表序号符号功能描述序号符号功能描述1100起动13114上升2101下限14115左移3102上限15120右移4103右限16121加紧5104左限17122放松6105无工件检测18123复位7106停止19Q0.0下降8107手动20Q0.1夹紧/放松9110单步21Q0.2上升10111单周期22Q0.3右移11112连续23Q0.4左移12113下降24Q0.5原位指示图4-1 PLC输入输出接线端子图图5-1控制系用流程图1）整体设计。为使程序结构简洁、明了，把手动程序和自动程序分别编成相对独立子程序模块，通过调用指令进行功能选择。当工件方式选择开关选择手动工作方式时，I0.7接通，执行手动工作程序；当工作方式选择开关选择自动方式（单步、单周、连续）时，I1.0、 I1.1、 I1.2分别接通，执行自动控制程序。整体设计的梯形图（主程序）如图5-2所示。 图5-2主程序梯形图2）手动控制程序。手动操作不需要按工序顺序动作，可以按普通继电接触器控制系统来设计。手动控制的梯形图见子程序0。手动按钮I1.3 、I1.4、 I1.5、I2.0、 I2.1、 I2.2分别控制下降、上升、左移、右移、夹紧、放松各个动作。为了保持系统的安全运行，设置了一些必要的联锁保护，其中在左右移动的控制环节中加入了I0.2作上限连锁。因为机械手只有处于上限位置（I0.2=1）时，才允许左右移动。由于夹紧、放松动作选用单线圈双位电磁阀控制，故在梯形图中用“置位”，“复位”指令来控制，该指令具有保持功能，并且也设置了机械联锁。只有当机械手处于下限（I0.1=1）时，才能进行夹紧和放松动作。手动控制和程序如图5-3所示。 图5-3手动程序梯形图（子程序0）3）自动操作程序。由于自动操作的动作较复杂，不容易直接设计出梯形图，可以先画出自动操作流程图，以表明动作的顺序和转换的条件，然后根据所采用的控制方法，设计梯形图就比较方便。机械手的自动操作流程图如图5-4所示。图中矩形方框表示其自动工作循环过程中的一个“工步”，方框中用文字表示该步的编号。方框的右边画出该步动作的执行元件，相邻两工步之间可以用有向线段连接，表明转换方向，有向线段上的小横线表示转换的条件，当转换条件得到满足时，便从上一工步转到下一工步。对于顺序控制可用多种方法进行编程，用移位寄存器也很容易实现这种控制功能，转换的条件有各行程开关及定时器的状态来决定。为保证运行的可靠性，在执行夹紧和放松动作时，分别用定时器T37和定时器T38作为转换的条件，并采用具有保持功能的继电器（MO.X）为夹紧电磁阀线圈供电。其工作过程分析如下：图5-4自动操作的梯形图程序 机构处于原位，上限位和左限位行程开关闭合，I0.1、I0.4接通，移位寄存器首位M1.0置“1”，Q0.5输出原位显示，机构当前处于原位。 按下起动按钮，I0.0接通，产生移位信号，使移位寄存器右移一位，M1.1置“1”（同时M1.0恢复为零），M1.1得电，Q0.0输出下降信号。 下降至下限位，下限位开关受压，I0.1接通，移位寄存器右移一位，移位结果使M1.2为“1”（其余为零），Q0.1接通，夹紧动作开始，同时T37接通，定时器开始计时。 经延时（与设定K值），T37触点接通，移位寄存器又右移一位，使M1.3置“1”（其余为零），Q0.2接通，机构上升。由于M1.2为1，夹紧动作继续执行。 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2接通，寄存器再右移一位，M1.4置“1”（其余为零），Q0.3接通，机构右行。 右行至右限位，I0.3接通，将寄存器中“1”移到M1.5，Q0.0得电，机构再次下降。 下降至下限位，下限位开关受压，移位寄存器又右移一位，使M1.6置“1”（其余为零），Q0.1复位，机构放松，放下搬运零件同时接通T38定时器，定时器开始计时。 延时时间到，T38常开点闭合，移位寄存器移位，M1.7置“1”（其余为零），Q0.2再次得电上升。 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2闭合，移位寄存器右移一位，M2.0置“1”（其余为零），Q0.4置“1”机构左行。左行至原位后，左限位开关受压，I0.4接通，寄存器仍右移一位，M2.1置“1”（其余为零），一个自动循环结束。自动操作程序中包含了单周或连续运动。程序执行单周或连续取决于工作方式选择开关。当选择连续方式时，I1.2使M0.0置“1”。当机构回到原位时，移位寄存器自动复位，并使M1.0为“1”。同时I1.2闭合，又获得一个移位信号，机构按顺序反复执行。当选择单周期操作方式时，I1.1使M0.0为“0”。当机构回到原位时，按下启动按扭，机构自动动作一个运动周期后停止在原位。自动操作的梯形图程序如图5-4所示。单步动作时每按一次起动按钮，机构按动作顺序向前步进一步。控制逻辑与自操作基本一致。所以只需在自动操作梯形图上添加步进控制逻辑。在图5-4中，移位寄存器的使能控制用M0.1的控制线路串接有一个梯形图块，该块的逻辑为I0.0I1.0+I1.0。当处于单步状态I1.0=1时，移位寄存器能否移位，取决于上一步是否完成和起动按钮是否按下。4）输出显示程序。机械手的运动主要包括上升、下降、左行、右行、夹紧、放松，在控制程序中M1.1、M1.5分别控制左右下降，M1.2控制夹紧，M1.6控制放松，M1.3、M1.7分别控制左右上升，M1.4、M2.0分别控制左、右运行，M1.0原位显示。据此可设计出输出控制和显示的梯形图程序如图5-5所示。图5-5输出控制和显示的梯形图程序（3）对照梯形图，编写程序清单。（4）调试程序。7、联机通调在控制柜（台）、现场施工和软件设计完成后，即可联机通调。如果不满足控制要求，可通过调整软件、硬件系统，直到满足要求为止。8、总结通过这次接口技术课程设计，使我进一步理解了所学过得理论知识和具体运用了这些知识。这次课程设计，也使自己对编程人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料。手册等工具书。通过对控制要求的分析和梯形图的设计做了一次练习。运用接口技术及有关课程的知识，结合