显像管搬运机械手课程设计

1、目录前言.11 课题的基本要求.42 总体设计.52.1 PLC选型.52.2 I/O点端子接线图.62.3 操作面板示意图.93 PLC程序设计.103.1 设计思想.103.2 显像管搬运机械手顺序功能图.113.3 PLC梯形图.14主程序梯形图.14通用程序梯形图.14自动程序梯形图 .15 3.3.4 手动程序梯形图20 3.3.5 复位程序梯形图.224 程序调试说明. .244.1 自动模拟调试.244.2 复位模拟调试.26结束语.27参考文献.28前言1、PLC的概念可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为核心，综合了微电子技术，自动化技术

2、，网络通讯技术于一体的通用工业控制装置。英文缩写为PC或PLC。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，更得到用户的好评。因而在机械、能源、化工、交通、电力等领域得到了越来越广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC,机器人和CAD/CAM）之一。2、PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 (2)硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，

3、已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。(3)PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。(4)PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器 可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (5)

4、易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 (6)系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外

5、部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (7)体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3 PLC应用领域(1) 用于顺序控制 顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。这是系统工作最基本的控制。(2) 用于过程控

6、制 过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。过程控制的目的就是，根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。是连续生产过程最常用的控制，过程控制的类型很多。(3) 用于运动控制 运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动PLC也已具备处理脉冲量的能力。(4)用于信息控制信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作

7、控制，还可用作系统的信息控制。(5) 用于远程控制远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。4 PLC应用于机械手控制近年来，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电气自动化、电气工程、供用电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的课程。 高等工科院校的培养目标的首要任务是培养具有创新精神和实践能力的各类技术人才，这种人才培养目标的实现必须有一定的实践教学环节。学生通过实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高独立工作能力和创新能力。 实训是各种实践性环节的综合训练，是工程

8、实用技能的训练。可编程控制器应用技术是先进的自动化控制技术，是亟待掌握的实用技术，对于这样一门应用性广、实践性强的专业课，必须通过各种形式的实训环节，构筑实践环境，强化工程意识，提高应用能力。 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。工业机械手就这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。电气方面有电机、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。机械手是由PLC输出三路来分别驱动左右移动、上下升降和

9、手部的夹紧放松。工业机械手模型可在空间按固定动作抓放单个物体，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业。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。它可在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。本文以西门子S7-200 CPU226的PLC为基础，介绍PLC在机械手搬运控制中的应用，并给出了详细的PLC程序设计过程。该程序已在工业机械手中获得了广泛应用，具有稳定、

10、可靠的性能。1 课题的基本控制要求题目：显像管搬运机械手控制设计搬运机械手包括：摆动缸、燕尾缸、下臂缸、吸盘升降缸、钳口合龙缸、吸盘、回转电机。每个汽缸的双向动作都有限位检测开关。控制流程如下图所示。其中“摆动到清洗机”动作执行，除了图中的前提条件外，还有“清洗机到位”的附加条件。1) 按停止按钮，完成当前循环后再停。2）按复位按钮，立即返回原位停止。 3）要求可以实现手动、单周期、连续控制。控制要求如图1.1所示。显像管搬运机械手工作循环流程图2 总体设计2.1 PLC选型显像管搬运机械手控制需要36个输入，17个输出，但CPU的集成输出形式和模块的电源规格有关。直流电源输入的CPU模块输出

11、为直流晶体管，采用交流电源输入的CPU模块的输出为继电器触点，内部带有光耦器件。根据本课题需要选择S7-200型PLC，PLC的CPU 选择(CPU226继电器输出,24输入，16输出）由于集成输入输出不够，需扩展模块，由此选择扩展模块（EM223 16入 24VDC/16出，继电器）。如下表所示S7-200 CPU模块的型号与订货号序号订货号注释CPU16ES7211-0AA23-OXB0CPU221 DC/DC/DC,6输入/4输出26ES7211-0BA23-OXB0CPU221继电器输出,6输入/4输出36ES7212-1AB23-OXB8CPU222 DC/DC/DC,8输入/6输出

12、46ES7212-1BB23-OXB8CPU222继电器输出,8输入/6输出56ES7214-1AD23-OXB8CPU224 DC/DC/DC,14输入/10输出66ES7214-1BD23-OXB8CPU224继电器输出,14输入/10输出76ES7214-2AD23-OXB8CPU224XP DC/DC/DC,14DI/10DO,2AI/1AO86ES7214-2BD23-OXB8CPU224XP 继电器输出,14DI/10DO,2AI/1AO96ES7216-2AD23-OXB8CPU226 DC/DC/DC,24输入/16输出106ES7216-2BD23-OXB8CPU226继电器

13、输出,24输入/16输出扩展模块116ES7 221-1BH22-OXA8EM221 16入 24VDC,开关量126ES7 221-1BF22-OXA8EM221 8入 24VDC,开关量136ES7 221-1EF22-OXA0EM221 8入 120/230VAC,开关量146ES7 222-1BF22-OXA8EM222 8出 24VDC,开关量156ES7 222-1EF22-OXA0EM222 8出 120/230VAC,0.5A开关量166ES7 222-1HF22-OXA8EM222 8出 继电器176ES7 222-1BD22-OXA0EM222 4出 24VDC 固态-MO

14、SFET186ES7 222-1HD22-OXA0EM222 8出 继电器 干触点196ES7 223-1BF22-OXA8EM223 4入/4出 24VDC ,开关量206ES7 223-1HF22-OXA8EM223 4入 24VDC /4出,继电器216ES7 223-1BH22-OXA8EM223 8入/8出 24VDC ,开关量226ES7 223-1PH22-OXA8EM223 8入 24VDC /8出,继电器236ES7 223-1BL22-OXA8EM223 16入/16出 24VDC ,开关量246ES7 223-1PL22-OXA8EM223 16入 24VDC /16出,

15、继电器 2.2 I/O点端子接线图搬运机械手包括：摆动缸、燕尾缸、下臂缸、吸盘升降缸、钳口合龙缸、吸盘、回转电机，每个汽缸的双向动作都有限位检测开关。清洗机还有 “清洗机到位”的附加条件，选择自动控制输入、输出的同时按任务要求还有手动控制，所以I/O分配的时候还得选择手动控制输入，具体输入详见I/O端子接线图。2.3 操作面板示意图工作方式选择开关3个位置分别对应3种工作方式，操作面板上的旋钮是控制手动、单周期、连续，而左下部的15个按钮是手动按钮。出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源，具体控制如图2.3。3 PLC程序设计3.1设计思想 机械手的控制要求和运行过程比较复杂，在这基础上

16、我的设计思想是将一个复杂的控制过程分解为若干个工作状态，弄清楚各工作的工作细节（状态功能、转移条件和转移方向）再根据总的控制顺序要求，将这些工作状态联系起来，就构成了这个程序设计的主要路线。选择控制方案的时候，可用子程序和自动顺序控制，我选择了子程序控制，设计思想是用单独的自动子程序控制单周期和连续。在子程序中加入手动程序跟复位子程序。 在这个课题中，有多种不同的工况，对本课题要求的机械手控制要求我按以下几.4种工况设置：（1）手动工作1）调试工作（手动要求）：利用按钮对机械手每一动作单独进行控制。例如，按“下降”按钮，机械手下降；按“上升”按钮，机械手上升。2）回原位：因为机械手在自动工况下

17、必须从原点开始安工序工作。如果机械手因某种原因不在原点位置，可用手动使机械手置于原点位置（机械手在下面和左边，且钳口处于打开状态，摆动缸处于前位置）（2）自动工作1）单周期工作：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，返回原点后停止。2）连续工作按下启动按钮，机械手从原点开始安工序自动反复连续循环工作，直到按下停止按钮或者复位按钮，机械手自动停机；所以在设计中，设计了一个“启保停回路”来判断有没有按停止按钮以及控制连续步。3.2 显像管搬运机械手顺序功能图机械手的控制要求和运行过程比较复杂，将控制过程分解为若干个工作状态，各工作有自己的的工作细节，也有总的控制顺序要求，将

18、这些工作状态联系起来，就构成了这个程序设计的主要路线，也就是顺序功能图，它可以明确的表达机械手执行动作的过程，具体如图3.1。3.3 PLC梯形图主程序梯形图通用程序梯形图自动程序梯形图自动程序设计当I2.3接通，M4.1连续步接通。通过起保停电路使得程序连续进行。若M4.1未接通，则程序进行单周期。3.3.4手动程序梯形图执行手动程序，通过各个手动触点进行程序的进行。3.3.5复位程序梯形图 当触点置复位触点时，程序通过初始限位从而使得复位达到效果。4 程序模拟调试说明4.1自动程序调试说明当程序进入自动子程序机械手在初始位置时，程序开始执行，通过限位开关从而控制程序的进行，燕尾缩回显像管输

19、出并行燕尾伸出，转盘回转并行吸盘上升，摆动复位，回转复位4.2复位模拟调试当复位开关打开，程序停止并且通过初始限位回到初始位置。复位图在调试时应对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。在模拟调试过程中如果程序中某些定时器或计数器的设定值过小，我们来不及反应，我们可以适当增加时间，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。另外，对开关的开和结束语查阅了很多本资料，里面都有讲机械手在实际生活中的应用，能按固定程序抓取、搬运物件。我做的题目是显像管搬运机械手控制系统。通过上课老师的讲解和自己各方面的查资料。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。PLC是应用在工业环境中的东西，是模拟量和数字量的转换，在我们完成这个课题的同时，学习写程序是我们的任务之一，但是完成程序后还得仔细检查错误，一步一步的进行调试，直至完成课题的控制要求，我把这次课程设计当作一个世纪实践，在完成了课题的要求时，我对PLC的工作原理和使用方法有了深刻的理解，在对理论的运用中，提高了我们的学习能力，在实际模拟中，也提高了我的动手能力。 在程序的编写过