机电一体化技术与系统课程设计

1、课程设计说明书郑州电力职业技术学院课程设计说明书题 目 机电一体化技术与系统课程设计 -数控加工中心刀具换刀系统的设计系 别 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 11级机电2班 姓 名 xiaoming 设计时间 2013年5月8日 指导教师 xiaoli 二一三年五月七日课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。斗笠式刀库装6把刀，从上向下看顺时针编号，如图4-1所示。以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续2把刀采用顺时针旋转换刀。例如：假设1号刀为停留在机械手位置处时，调去1号刀时刀盘不

2、动作；调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转，调去2、3、4号刀时，刀盘逆时针旋转。三、课程设计的参数设置1、寄存器D0;机械手当前位置寄存器。 2、寄存器D1：程序刀号寄存器。 3、寄存器D3：偏差寄存器。 4、参数K：参数K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为1、2、3、4、5、6。四、课程设计过程第一节 PLC基本介绍可编程控制器( Programmable Controller )简称PC,为了避免和通用计算机的简称PC同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司制造出了世界上第一台PLC，这时的可编程控制

3、器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程控制器，简称PLC。PLC最早用于取代汽车生产线上的继电器控制系统，随即扩大到食品加工、制造冶金等工业部门可编程控制器在其内部结构和功能上都类似于通用计算机，所不同的是可编程控制器还具有很多通用计算机所不具有的功能和结构。PLC还有很多适应于各种工业控制系统的模块；PLC采用以传统电气图为基础的梯形图语言编程，方法简单且易于学习和掌握。所以在控制系统应用方面PLC优于计算机 ，它易于和控制系统相连接，可以方便灵活的构成不同要求，不同规模的控制系统，其环境适应性和抗干扰能力强，所以可将可编程控制器称工业控制计算机，由于这些特点，目前

4、可编程控制器已成为工业自动控制系统的重要支柱。可编程控制器的基本组成：1、中央处理单元(CPU)中央处理器单元是PLC的核心，PLC的档次越高CPU的位数越多，系统处理信息量越大，运算速度就越快，指令功能也越强。2、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 3、输入输出接口电路 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 4、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重

5、要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 5、编程器编程器用于将用户程序送入PLC的存储器，是PLC最重要德外部设备。编程器可用于编程，也可以用来进行程序修改和检查，还可以对PLC工作状态进行监控。第二节 阐述PLC的工作原理可编控制器的工作原理：循环扫描工作方式，PLC在通电以后，PLC实际上是按照分时操作进行工作的，此工作过程的循环扫描工作方式。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新

6、三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一) 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯

7、形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一

8、个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 第三节 列出I/O配置表节点类型节点名称节点作用 输 入X001机械手位置检测X002机械手位置检测X003机械手位置检测X004机械手位置检测X005机械

9、手位置检测X006机械手位置检测X0011刀具号选择X0012刀具号选择X0013刀具号选择X0014刀具号选择X0015刀具号选择X0016刀具号选择 输 出Y000刀具到位指示Y001刀盘旋转指示Y002刀盘顺转Y003刀盘逆转Y004换刀闪烁第四节 刀盘取刀示意图如图4-1所示，以1号刀位在机械手位置处为例。一、调取当前刀号。机械手在1号刀位D0=K1，系统调取当前刀号，D0=K1，两值比较D0=D1，此时，到位指示灯直接亮起，接着换刀成功指示灯闪烁，表示换刀完成 。二、调取2（或3、4）号刀。机械手在1号位D0=K1，系统调取2号刀，D1=K2，两值比较D0<D1,此时，D0要先

10、加K6再减D1得D3，D3再和K3比较D3>K3,M10动作，刀盘逆转。图4-1(3) 如图4-2， 调取5（或6）号刀，机械手在1号位置D0=K1，系统调取5号刀，D1=K5，两值比较D0<D1，此时，D0要先加K6再减D1得D3，D3再和k3较， D3K3，M11、M12动作，刀盘顺转第五节 本系统梯形图及指令指 令 表序步步进指令 器件号0LDX0111MOVK1D06LDX0127MOVK2D012LDX01313MOVK3D018LDX01519MOVK1D024LDX01525MOVK530LDX01631MOVK1D036LDX00137ANIM538MOVK1D14

11、3SETM544LDX00245ANIM546MOVK2D151SETM552LDX00353ANIM554MOVK3D159SETM560LDX00461ANIM562MOVK4D167SETM568LDX00569ANIM570MOVK5D175SETM576LDX00677ANIM578MOVK6D183SETM584LDM585CMPD0D192MPS93ANDM094SUBD0D1101MRD102ANDM1103OUTY000104MRD105ANDM2106ADDD0K6113MPP114ANDM2115SUBD2D1122LDM5123CMPD3K3130MPS131ANDM1

12、0132ANIY000133ANIM20134OUTM18135MRD136ANDM11137ANIY000138ANIM20139OUTM19140MPP141ANDM12142ANIY000143ANIM20144OUTM20145LDM19146ORM20147OUTY002148LDM18149OUTY003150LDY000151OUTT1K50154LDY002155ORY003156OUTY001157LDY000158ANDM8013159OUTY004160LDT1161RSTM5162END第六节 本系统的开发环境随着科学技术的发展和社会经济的进步，人们对机电一体化技术提出了许多新的和更高的要求，制造业中的机电一体化应用就是典型的实例。毫无疑问，机械制造自动化中的计算机数控、柔性制造、计算机集成制造及机器人等技术的发展代表了机电一体化的发展水平。 系统的表现特征之一是系统结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。第七节 本系统的改进 选择顺应性装配机器人具有选择顺应性的装配机