PLC课程设计（论文）-机械手操作控制装置设计

课程设计(论文)题目名称机械手控制装置设计课程名称PLC原理及应用学生姓名学号系专业电气工程系指导教师2012年12月20日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业10电力学生姓名学号题目名称机械手操作控制装置设计设计时间2012年12月5日—2012年12月17日课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306）课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。已知技术参数和条件机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。1、机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1.7S实现；5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排2012年12月5日-6日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2012年12月7日-8日：总体方案设计2012年12月9日-10日：外部接线图2012年12月11日-12日：梯形图设计2012年12月13日：系统调试改进2012年1月15日：整理书写设计说明书2012年12月16日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）：年月日七、主管教学主任意见主管主任（签字）：年月日八、备注指导教师（签字）：学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名系电气工程系专业班级10电力二班题目名称课程名称PLC课程设计一、学生自我总结虽然在这次课程设计中遇到过很多困难，但是在组员的不懈努力以及同学们的热心帮助下，我们终于完成了设计。在这个过程中，我收获颇丰，不仅学会了很多软件的使用，巩固强化了可编程序控制器知识，还充分认识到学好专业基础知识的重要性。同时我还认识到，实践和理论是相差甚远的，唯有在学习中加以实践，方能干好一件事情，因为社会需要的是实践型人才，因此在今后的学习中我会坚持理论与实践并重，努力使自己发展成为一名专业知识过硬而且动手能力强的人才。学生签名：年月日二、指导教师评定

评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘要PLC是在顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。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。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。同时机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。采用FX-2N系列PLC对机械手进行控制，大大提高了机械手的工作效率，节省了劳动成本，而且它的安全可靠性较高。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置PLC的程序实现。还可以根据机械手的动作顺序改变程序，使机械手通用性更好。本设计从硬件和软件两方面完成了机械手的设计，并对其作了简洁的描述。关键词:机械手；PLC控制；FX-2N系列目录摘要………………….…Ⅰ1PLC简介……….……….11.1基本结构…………...…………….……………….21.2工作原理…………...……………….…………….21.31功能特点…………...………………..………….22机械手简介…………...……………..33硬件电路设计……………….………43.1操作方式……………43.2输入和输出点分配………………….….………43.3硬件接线图…………...………….54软件设计……………..64.1顺序功能图………………….……64.2梯形图……….…………..….………74.3指令表……………………...…….…85总结………….….……11参考文献……………….………………121PLC简介1.1基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，硬件结构基本与微型计算机相同。（1）电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。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，可编程逻辑控制器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。（2）中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢，它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。（3）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。（4）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，作用是可编程逻辑控制器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，作用可编程逻辑控制器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。（5）功能模块如计数、定位等功能模块。（6）通信模块1.2工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分以下为五个阶段。（1）内部处理阶段PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。（2）通信服务阶段PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程设备键入的命令，更新编程设备的显示内容。（3）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。转入用户程序执行和输出刷新阶段后，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。（4）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器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。（5）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器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，才是可编程逻辑控制器的真正输出。功能特点PLC具有鲜明的特点：使用方便，编程简单功能强；性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便；适应性强，可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便。2机械手简介Mechanicalhand，也被称为自动手，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手可以减省工人、提高效率、降低成本、提高产品品质、提升工厂形象。机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。（1）执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。（2）传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。（3）控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。3硬件电路设计3.1操作方式设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。手动操作方式包括手动操作和回原点操作。手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。回原点：按下回原点按钮，使设备自动回归到原点位置。自动操作方式分单步运行、单周期运行和连续运行。单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。3.2输入和输出点分配PLC控制机械手传送系统输入和输出点分配如下表所示：表1输入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夹紧SB5X10电磁阀下降YV1Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11电磁阀夹紧YV2Y1上限行程SQ2X2单步上升SB7X12电磁阀上升YV3Y2右限行程SQ3X3单步下降SB8X13电磁阀右行YV4Y3左限行程SQ4X4单步左移SB9X14电磁阀左行YV5Y4停止SB2X5单步右移SB10X15原点指示ELY5手动操作SB3X6回原点SB11X16连续操作SB4X7工件检测SQ5X17硬件接线图考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用PLC作为核心控制器，各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作，同时考虑到工作流程和造价。所以我们采用日本三菱公司的FX2N-40MR型PLC。三菱FX2N系列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是FX系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：FX2N性能规格运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法（当执行END指令时）I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令：0.08μs应用指令：1.52至几百微秒，指令编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量8000步内置。系统总体接线图如下图所示：COM1COM1COMCOM2X0Y0X1X2X3Y1X4X5X6X7X10X11X12Y5X13X14X15X16X17X13X14X15Y5X16X17启动下限上限右限左限停止手动操作连续操作夹紧单步上升放松单步下降单步左移单步右移FX2N-40MRY3Y4夹紧电磁阀上升电磁阀右行电磁阀左行电磁阀原点指示灯下降电磁阀~220VY2电源回原点工件检测图1系统总体接线图4软件设计4.1顺序功能图MM11M12M2M20M21M22M23M10RETM27M26M25M24M1Y0Y3Y2SETY1T0K17RSTY1RSTY0Y2RSTY3Y4SETM8043Y0Y2RSTY1T1K17Y4RETX4X16X2X4X2·X4·X0·Y1X1T0X2X3·x17X1T1X2M8002