plc課程設(shè)計(jì) 機(jī)械手 電氣控制 plc.doc

課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程名稱(chēng)：PLC技術(shù)與工程應(yīng)用 課題名稱(chēng)：機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部名稱(chēng)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 2012年 06月20日 PLC技術(shù)與工程應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)目錄1 引言- 1 -2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)- 2 - 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理- 2 - 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表- 5 - 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)- 6 -3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 7 - 3.1 程序流程圖- 7 - 3.2 控制程序設(shè)計(jì)思路- 8 -4 程序調(diào)試- 9 - 4.1 調(diào)試設(shè)備- 9 - 4.2 遇到的問(wèn)題與解決方法- 9 -5 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 10 -6 心得體會(huì)- 11 -參考文獻(xiàn)- 12 -附錄 程序清單- 13 - 23 -機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言機(jī)械手是工業(yè)控制和加工中經(jīng)常用到的執(zhí)行部件，具有能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境、效率高、安全穩(wěn)定和可進(jìn)行高強(qiáng)度工作的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上有廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。為工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)一個(gè)技術(shù)性能優(yōu)良的控制系統(tǒng)，對(duì)于提高工業(yè)機(jī)械手的整體技術(shù)性能來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。本設(shè)計(jì)正是針對(duì)這一課題，選擇了可編程控制器(PLC)作為工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，這對(duì)提升工業(yè)機(jī)械手的整體技術(shù)性能起到了良好的作用。 本設(shè)計(jì)的電動(dòng)組合機(jī)械手分別由四個(gè)不同功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)及相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置構(gòu)成；它們是：旋轉(zhuǎn)電機(jī)、水平（X軸）伸縮運(yùn)行電機(jī)、垂直（Y軸）升降運(yùn)行電機(jī)、手爪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，是一個(gè)三軸多位置的機(jī)械裝置?？梢酝瓿闪憬M件的組裝、移送等任務(wù)。限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)械手是否到達(dá)固定位置?？删幊炭刂破?PLC)控制機(jī)械手的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的單步和連續(xù)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)可編程控制器(PLC)選用西門(mén)子（SIEMENS）公司S7-200系列的CPU224XP。機(jī)械手的開(kāi)關(guān)量信號(hào)直接輸入PLC，PLC輸出的控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而控制電動(dòng)機(jī)正向或反向運(yùn)行。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1 機(jī)械手的相關(guān)介紹機(jī)械手實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)手臂的左右擺動(dòng)、伸出與退回、上下移動(dòng)、機(jī)械手指的夾緊與張開(kāi)等四自由度動(dòng)作。圖1. 機(jī)械手實(shí)驗(yàn)設(shè)備該設(shè)備四自由度動(dòng)作由四臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)可進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。左右擺動(dòng)由齒輪組嚙合實(shí)現(xiàn)減速傳動(dòng)；伸出與退回、上下移動(dòng)由直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠-螺母結(jié)構(gòu)完成；機(jī)械手指的夾緊與張開(kāi)由直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)連桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備共有8個(gè)動(dòng)作，由控制器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)。每個(gè)自由度運(yùn)行極限位置設(shè)置了兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)，用于判斷當(dāng)前動(dòng)作是否到位。該設(shè)備共有8個(gè)行程開(kāi)關(guān)作為控制器的輸入信號(hào)。設(shè)計(jì)輸入輸出接口電路 (如圖2所示) 的目的是為解決機(jī)械手設(shè)備輸出驅(qū)動(dòng)單元、輸入檢測(cè)單元與PLC之間的信號(hào)接口問(wèn)題。圖中上層電路板是驅(qū)動(dòng)電路板，下層電路板左側(cè)是輸入接口電路板，右側(cè)是輸出接口電路板。圖2. 輸入輸出接口電路板輸入接口電路板原理圖如圖3所示，其功能是將設(shè)備上行程開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電平信號(hào)(邏輯1：24V DC ；邏輯0：0V DC)。板上設(shè)有光電隔離電路，將內(nèi)外電源隔離，以保護(hù)設(shè)備安全。圖3. 輸入接口電路板電氣原理圖本設(shè)備8個(gè)輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng)輸入接口電路板的8根輸入信號(hào)線。各信號(hào)線對(duì)應(yīng)的行程開(kāi)關(guān)如表1所示。表1. 輸入信號(hào)線與行程開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)關(guān)系表輸入信號(hào)線序號(hào)(自左到右)對(duì)應(yīng)行程開(kāi)關(guān)備 注1左轉(zhuǎn)到位2右轉(zhuǎn)到位3退回到位4伸出到位5上移到位6下移到位7手指張開(kāi)到位8手指夾緊到位輸出接口(如圖4所示)由兩塊電路板構(gòu)成：驅(qū)動(dòng)電路板和輸出接口電路板。它們的功能是將PLC輸出的控制信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而控制電動(dòng)機(jī)正向或反向運(yùn)行。輸出接口電路板上也設(shè)有光電隔離電路，可將內(nèi)外電源隔離。左圖為驅(qū)動(dòng)電路板電氣原理圖，繼電器A吸合、B釋放，對(duì)應(yīng)的電機(jī)正轉(zhuǎn)；繼電器A釋放、B吸合，對(duì)應(yīng)的電機(jī)反轉(zhuǎn)；繼電器A、B同時(shí)釋放，電機(jī)停止運(yùn)行；不允許二者都吸合。右圖為輸出接口電路板電氣原理圖，當(dāng)PLC輸出的某路控制信號(hào)有效時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)有效，從而可以使得對(duì)應(yīng)的繼電器吸合。圖4. 輸出接口電路電氣原理圖(左圖為驅(qū)動(dòng)電路板，右圖為輸出接口電路板)本設(shè)備有8個(gè)輸出控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)輸出接口電路板的8根輸出信號(hào)線。各輸出信號(hào)線對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作關(guān)系如表2所示。表2. 輸出信號(hào)線與電動(dòng)機(jī)動(dòng)作對(duì)應(yīng)關(guān)系表輸出信號(hào)線序號(hào)(自左到右)對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)備 注1擺動(dòng)電機(jī)左轉(zhuǎn)2擺動(dòng)電機(jī)右轉(zhuǎn)3水平電機(jī)伸出4水平電機(jī)退回5垂直電機(jī)上移6垂直電機(jī)下移7手指電機(jī)張開(kāi)8手指電機(jī)夾緊2.1.2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成圖5如下：圖5. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)組成由上圖5可知，該機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)除機(jī)械手設(shè)備外，還由安裝有編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6的計(jì)算機(jī)，西門(mén)子（SIEMENS）公司S7-200系列的CPU224XP，PPI通信電纜等組成。2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表該系統(tǒng)有12個(gè)輸入點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的分配表如下表（表3）所示。表3. 輸入點(diǎn)地址分配表名稱(chēng)地址單步啟動(dòng)按鈕I0.0連續(xù)啟動(dòng)按鈕I1.0停止按鈕I1.4復(fù)位按鈕I1.1左轉(zhuǎn)到位開(kāi)關(guān)I0.1右轉(zhuǎn)到位開(kāi)關(guān)I0.2退回到位開(kāi)關(guān)I0.3伸出到位開(kāi)關(guān)I0.4上移到位開(kāi)關(guān)I0.5下移到位開(kāi)關(guān)I0.6手指張開(kāi)到位開(kāi)關(guān)I1.2手指夾緊到位開(kāi)關(guān)I1.3該系統(tǒng)有8個(gè)輸入點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的分配表如表4所示。表4. 輸出點(diǎn)地址分配表名稱(chēng)地址擺動(dòng)電機(jī)左轉(zhuǎn)Q0.1擺動(dòng)電機(jī)右轉(zhuǎn)Q0.2水平電機(jī)伸出Q0.3名稱(chēng)地址水平電機(jī)退回Q0.4垂直電機(jī)上移Q0.5垂直電機(jī)下移Q0.6手指電機(jī)張開(kāi)Q0.7手指電機(jī)夾緊Q1.02.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的接線圖如下圖6所示。圖6. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)接線圖3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 程序流程圖該系統(tǒng)程序流程圖如下圖7所示。圖6. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)程序流程圖程序流程圖說(shuō)明：1、機(jī)械手處于原位，右限位、上限位、退回到位和手指張開(kāi)到位行程開(kāi)關(guān)均被壓下。如不在原位可按下復(fù)位按鈕使其回到原位；2、按下單步模式下，機(jī)械手由原位開(kāi)始動(dòng)作，同時(shí)進(jìn)行伸出和下行，后進(jìn)行手指夾緊地址，之后同時(shí)進(jìn)行上行和左轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行下行動(dòng)作，再進(jìn)行手指張開(kāi)動(dòng)作，最后同時(shí)進(jìn)行上行和退回動(dòng)作；3、按下連續(xù)啟動(dòng)按鈕，上述動(dòng)作依次發(fā)生，但回到初始位置之后，繼續(xù)下一個(gè)工件的傳輸過(guò)程，按下停止按鈕，待本次工件傳輸工作結(jié)束后，停止運(yùn)行。3.2 控制程序設(shè)計(jì)思路此次機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)采用順序功能圖來(lái)編程，順序功能流程圖程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：1、以功能為主線，條理清楚，便于對(duì)程序操作的理解和溝通； 2、對(duì)大型的程序，可分工設(shè)計(jì)，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計(jì)時(shí)間和調(diào)試時(shí)間；3、常用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合； 4、只有在活動(dòng)步的命令和操作被執(zhí)行后，才對(duì)活動(dòng)步后的轉(zhuǎn)換進(jìn)行掃描，因此，整個(gè)程序的掃描時(shí)間要大大縮短。機(jī)械臂在上、下、左、右、伸出、退回、手指抓緊和松開(kāi)的控制中使用了S作為狀態(tài)條件。由于機(jī)械手運(yùn)行過(guò)程中有幾步可以同時(shí)動(dòng)作，于是采用順序控制的并行分支來(lái)完成，以節(jié)省運(yùn)行的時(shí)間，提高效率。其中可同時(shí)進(jìn)行的步驟執(zhí)行后等待完成后再進(jìn)行下一步。在機(jī)械手的上、下、左、右、伸出、退回、手指抓緊和松開(kāi)的控制中，使用軟件聯(lián)鎖觸點(diǎn)，替代了SM0.0。對(duì)于出現(xiàn)的重復(fù)使用左行、上行和下行動(dòng)作輸出驅(qū)動(dòng)，在SCR段先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在出現(xiàn)的最后在進(jìn)行合并輸出處理。4 程序調(diào)試4.1 調(diào)試設(shè)備根據(jù)控制系統(tǒng)的硬件及軟件的設(shè)計(jì)最后對(duì)本控制系進(jìn)行整體性的操作控制調(diào)試：首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫(xiě)入軟件中，然后點(diǎn)擊運(yùn)行并對(duì)其指出的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，修改完最終運(yùn)行無(wú)誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計(jì)的要求接好線，確定無(wú)誤后按下啟動(dòng)按鈕。啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)上行、下行、左行、右行燈均同時(shí)亮且一直亮著，這樣就不符合設(shè)計(jì)中每個(gè)動(dòng)作依次有序進(jìn)行操作的要求，務(wù)必對(duì)其進(jìn)行修正。在這種情況下我采取了以下操作：一：在沒(méi)有確定設(shè)備是否曾在問(wèn)題的情況下，首先我們對(duì)設(shè)備進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不曾在任何問(wèn)題，在這種情況下我選擇了再一次用先前的步驟來(lái)完成整個(gè)過(guò)程以確定初次的接線過(guò)程是否有誤，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的結(jié)果和先前一樣出現(xiàn)燈均亮。這樣方案一就以失敗告終。 二：通過(guò)對(duì)程序的再三檢查后，發(fā)現(xiàn)并未出現(xiàn)語(yǔ)法上的錯(cuò)誤。會(huì)不會(huì)是運(yùn)行的速度太快而出現(xiàn)一個(gè)周期接一個(gè)周期的快速運(yùn)行呢？在帶著這個(gè)問(wèn)題的情況下把程序的每個(gè)動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)多家了一個(gè)stop指令加以驗(yàn)證，然后將程序?qū)懭隨TEP-7-Micro/WIN編程軟件中運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果顯示沒(méi)有錯(cuò)誤；再下載到可編程控制儀后接好線按下啟動(dòng)按鈕，發(fā)現(xiàn)指示燈會(huì)按照設(shè)計(jì)動(dòng)作的要求依次亮起而且程序也能按照設(shè)計(jì)的要求完成指定的單周期和多周期操作。這樣利用方案二就完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的調(diào)試。4.2 遇到的問(wèn)題與解決方法1、對(duì)于出現(xiàn)的重復(fù)使用左行、上行和下行動(dòng)作如何避免沖突？在SCR段先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在出現(xiàn)的最后在進(jìn)行合并輸出處理。2、怎樣使機(jī)械手的工作狀態(tài)清晰而簡(jiǎn)單呈現(xiàn)出來(lái)？ 采用功能圖進(jìn)行程序的編寫(xiě)與調(diào)試。3、在調(diào)試過(guò)程中如何發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤？ 通過(guò)監(jiān)視、查看符號(hào)表來(lái)查看狀態(tài)和數(shù)據(jù)。5 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)所采用上位監(jiān)控系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)的上STEP 7Micro WIN軟件，而進(jìn)行對(duì)程序和設(shè)備的系統(tǒng)內(nèi)部的監(jiān)控，主要的過(guò)程如下：熟悉STEP 7Micro WIN軟件的編程環(huán)境、編程方法和用STEP 7Micro WIN軟件編寫(xiě)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的程序。根據(jù)課目設(shè)計(jì)要求，編寫(xiě)程序。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和I/O地址的分配、標(biāo)釋。運(yùn)行機(jī)械手設(shè)備，打開(kāi)上位機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)，觀察課目設(shè)計(jì)程序，并監(jiān)控機(jī)械手設(shè)備是否正常情況下工作。對(duì)設(shè)備工作中的不足進(jìn)行修改，重新進(jìn)行觀察本軟件對(duì)程序?qū)嵤┝吮O(jiān)控，監(jiān)控部分剪影如圖7所示：圖7. 程序的上位機(jī)監(jiān)控圖另外本上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還對(duì)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行了監(jiān)控，如圖8所示：圖8、符號(hào)表的監(jiān)控圖6 心得體會(huì)學(xué)完P(guān)LC理論課程后我們做了課程設(shè)計(jì)，此次設(shè)計(jì)以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。我們做的是機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)。由于平時(shí)大家都是學(xué)的大多數(shù)是理論知識(shí)，沒(méi)有過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，拿到的時(shí)候都不知道怎么做。但通過(guò)各方面的查資料并向老師和同學(xué)請(qǐng)教。我們基本學(xué)會(huì)了PLC設(shè)計(jì)的步聚和基本方法。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了與人合作的意識(shí)與能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的掌握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到PLC中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。通過(guò)解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。通過(guò)合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒(méi)有過(guò)深入的交流，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人負(fù)責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問(wèn)題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見(jiàn)，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過(guò)程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說(shuō)明自己的想法。通過(guò)比較選出最好的方案。 鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究