plc控制技術(shù)課程設(shè)計---機(jī)械手動作的模擬實現(xiàn)

1、<p>　　機(jī)械手動作的模擬實現(xiàn)</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們常常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素危害或是物體太重，增加了公認(rèn)的勞動強度，甚至危及生命，自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。</p><p>　　在本設(shè)計介紹了可編程控制器的研究和關(guān)于機(jī)械

2、手的設(shè)計，描述了機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程，研究了基于PLC的機(jī)械手模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計，還了解了STEP7在接受控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用仿真軟件方針了機(jī)械手的動作實現(xiàn)，提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作工作效率。</p><p>　　關(guān)鍵字：機(jī)械手 PLC STEP7</p><p>　　第一章 課程

3、設(shè)計的題目及要求</p><p>　　1.1課程設(shè)計的題目及要求</p><p><b>　　1.1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　用PLC程序及實驗臺來設(shè)計線機(jī)械手動的模擬。</p><p><b>　　1.1.2控制要求</b></p><p>　　將一個工件由

4、A傳送到B處的機(jī)械手，上升、下降和左移、右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一定保持現(xiàn)有的機(jī)械動作，例如一旦下降的電磁閥通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，加緊、放松有單線圈二位電磁閥推動氣缸完成。線圈通電執(zhí)行加緊動作，線圈斷電執(zhí)行放松動作。設(shè)備上有上、下限位和左、右限位開關(guān)。它的工作過程如下所示，有8個動作即為:</p><p&g

5、t;　　原位→下降→夾緊→上升→右移</p><p><b>　　↓</b></p><p>　　↖左移←上升←放松←下降</p><p>　　啟動，停止用按鈕實現(xiàn)，限位開關(guān)用鈕子開關(guān)來實現(xiàn)，電磁閥和原位指示燈用發(fā)光二極管來模擬。</p><p>　　課程設(shè)計的目的及意義</p><p>　　機(jī)械

6、手是工業(yè)自動化領(lǐng)域經(jīng)常遇到的一個控制對象。近幾年隨著工業(yè)自動化</p><p>　　的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興科學(xué)。并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛的應(yīng)用</p><p>　　于鍛壓、沖擊、鍛造、焊接、裝配、機(jī)械加工、噴漆、熱處理等各個領(lǐng)域，特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高機(jī)械效率，改善勞動條件，減輕工人勞

7、動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。</p><p>　　可編程控制器（PLC）是專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實時工業(yè)控制裝置。隨著電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、

8、 </p><p>　　軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬控制等方面取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工業(yè)自動化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。</p><p>　　由于自動化可以節(jié)省大量

9、的人力、物力等，而PLC也具有其他控制功能所不具有的特殊優(yōu)越性，如通信性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方式簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛運用PLC。機(jī)械在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實采摘機(jī)械手來采摘果實、裝配生產(chǎn)線上用智能機(jī)械手等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制機(jī)械手還較少。本次課題設(shè)計的機(jī)械手就是通過PLC來實現(xiàn)的，通過此次設(shè)計可以進(jìn)一步PLC的相關(guān)知識，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實踐。</p>

10、;<p><b>　　可編程控制器簡介</b></p><p><b>　　PLC的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是一種工業(yè)計算機(jī)，只不過它比一般計算機(jī)具有更強的與于工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應(yīng)與控制要求的編程語言，故PLC與計算機(jī)的組成十分相似，如圖1-1所示</p><p>　

11、　圖1-1PLC結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　1.中央處理單元</b></p><p>　　與一般計算機(jī)一樣，中央處理單元（CPU）是PLC的核心，它按PLC系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC有條不絮地工作，其主要任務(wù)：</p><p>　　接受、存儲有編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并通過顯示器出程序的內(nèi)容和存儲地址。</p>&

12、lt;p>　　檢查、校驗用戶程序。</p><p><b>　　執(zhí)行用戶程序。</b></p><p>　　故障自診斷。診斷電源、PLC內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯誤。</p><p>　　2．存儲器 </p><p>　　PLC的存儲器可分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器及系統(tǒng)RAM存儲器等三種。&

13、lt;/p><p>　　系統(tǒng)程序存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接改變。它使PLC具有基本的智能功能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。</p><p><b>　　用戶程序存儲器</b></p><p>　　根據(jù)控制要求而編寫的應(yīng)用程序稱為用戶程序。</p><p><b&

14、gt;　　系統(tǒng)RAM存儲區(qū)</b></p><p>　　系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映像以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、</p><p>　　計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等存儲器。</p><p><b>　　3.輸入/輸出單元</b></p><p>　　輸入/輸出單元是PLC與工業(yè)現(xiàn)場連接的

15、接口。</p><p>　　輸入單元用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等發(fā)出開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器等發(fā)來的模擬量輸入信號。</p><p><b>　　4．電源適配器</b></p><p><b>　　5．I/O擴(kuò)展口<

16、;/b></p><p><b>　　6．設(shè)備通信接口</b></p><p><b>　　7．編程器</b></p><p><b>　　8.其他設(shè)備</b></p><p><b>　　PLC的工作原理</b></p><p&

17、gt;　　最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器、接觸器構(gòu)成的的控制裝</p><p>　　置，但這兩者的運行方式是不相同的。</p><p>　　眾所周知，繼電器控制裝置采用硬邏輯并行的運行方式，及如果某繼電器的線圈通電或斷電，那么該繼電器所有觸點，無論在繼電器控制線路的那個位置上都會同時動作。</p><p>　　PLC的CPU則采用順序掃描用戶程序的運行

18、方式，如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，那么該線圈的所有觸點不會立即動作，必須等掃描到該點時才動作。</p><p><b>　　上電處理</b></p><p><b>　　PL的掃描過程</b></p><p><b>　　出錯處理</b></p><p><b

19、>　　PLC的功能和特點</b></p><p>　　PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在自動化和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)占重主要地位。</p><p><b>　　功能控制</b></p><p><b>　　1）邏輯控制</b></p><p><b>　　

20、2）定時控制</b></p><p><b>　　3）計數(shù)控制</b></p><p><b>　　4）順序控制</b></p><p>　　2．?dāng)?shù)據(jù)采集、存儲與處理功能</p><p><b>　　1）數(shù)學(xué)運算</b></p><p>&l

21、t;b>　　2）數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　3）模擬數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　3.輸入/輸出接口調(diào)理功能</p><p><b>　　4.通信、聯(lián)網(wǎng)</b></p><p><b>　　5.人機(jī)界面功能</b></p>

22、;<p><b>　　6.編程、調(diào)試</b></p><p><b>　　PLC特點</b></p><p><b>　　可靠性高</b></p><p>　　豐富的I/O接口模塊</p><p><b>　　采用模塊化結(jié)構(gòu)</b></

23、p><p><b>　　運行速度模塊</b></p><p><b>　　功能完善</b></p><p><b>　　編程間單，易于使用</b></p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便</p><p>　　維修方便，維修工作量小</p>

24、<p>　　設(shè)計機(jī)械手動作使用工具</p><p>　　3.1 編程軟件step7的介紹</p><p>　　Step7編程軟件用于STMATIC S7、C7和M7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。為了在PC機(jī)上使用STEP7,必須配置MPI通信卡或PC/MPI通信適配器，將計算機(jī)接入MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，以便下載和上載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)S

25、TEP7允許多個用戶同時處理一個工程項目，但不允許多個用戶同時對一個項目進(jìn)行寫操作。</p><p>　　在STEP7中，一個自動化系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)以項目的形式進(jìn)行組織管理。一個項目包含了一下的三類數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模塊參數(shù)。</p><p>　　2.通信網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.可編程模塊的程

26、序。</p><p>　　上述數(shù)據(jù)都是以對象的形式存儲，STEP7采用目錄式結(jié)構(gòu)管理項目中的所有對象，對象從上到下有三個層次：</p><p><b>　　第一層：項目</b></p><p>　　第二層：通訊子網(wǎng)、PLC站或S7程序；</p><p>　　第三層：第二層下面的具體對象，是第二次定，</p>

27、<p>　　3.2 仿真軟件S7-200的介紹</p><p>　　S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或項鏈成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性價比/價格比。</p><p>　　機(jī)械手動作模擬實現(xiàn)的設(shè)計

28、 4.1設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　1)計算輸入輸出點，編寫I/O對應(yīng)及內(nèi)部元件使用表。</p><p>　　2）編寫PLC控制程序，要求可以實現(xiàn)手動，單周期及連續(xù)工作三種操作方式。 3）完成實驗所需的硬件連接。 4）利用試驗臺上的開關(guān)、按鈕、小指示燈等，模擬演示其工作過程。</p>

29、;<p>　　5）完成課程設(shè)計報告</p><p>　　4.2 PLC的I/O分配</p><p>　　4.3 PLC外部輸入輸出接線圖</p><p>　　4.4 PLC程序設(shè)計</p><p>　　4.4.1工作過程分析</p><p>　　在整體結(jié)果中使用跳轉(zhuǎn)指令，手動指令I(lǐng)1.O打開時，執(zhí)行手動程

30、序；在單周期指令I(lǐng)O.5打開時，執(zhí)行周期程序；在連續(xù)指令。則程序結(jié)構(gòu)件附錄1； </p><p><b>　　單周期工作過程分析</b></p><p>　　當(dāng)機(jī)械手處于原位時，上升限位開關(guān)1O.2、左限位開關(guān)IO.4均處于接通（“1”狀態(tài)），移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端接通，使M1.O置“1”，HL線圈接通，原位指示燈亮。</p><

31、;p><b>　　連續(xù)工作</b></p><p>　　連續(xù)工作操作，只需在單周期返回程序改為：到達(dá)左限位開關(guān)位置，IO.4觸點接通，M2.O變?yōu)椤?”態(tài)，M1.1為“1”態(tài)，移位寄存器全部復(fù)位，機(jī)械手下降。自動程序控制圖見附錄二。</p><p><b>　　手動操作</b></p><p>　　左右運行時，接通手

32、動左右移位開關(guān)T1.1，斷開其他運行方向，按下啟動按鈕機(jī)械手右行，按下停止按鈕機(jī)械手左行；</p><p>　　夾緊與松開時，接通手動送移位開關(guān)T1.2，斷開其他運行方向的開關(guān)，按下啟動按鈕機(jī)械手夾緊，按下停止按鈕機(jī)械手松開。 </p><p>　　上下運行時，接通手動上下移位開關(guān)T1.3斷開其他運行方向的開關(guān)，按下啟動按鈕機(jī)械手上升，按下停止。</p><p>

33、;　　手動操作程序圖件附錄三。</p><p><b>　　PLC仿真介紹</b></p><p>　　本設(shè)計中使用SETP7進(jìn)行編譯，使用S7-200進(jìn)行仿真，在仿真中，用小指示燈代表運行狀態(tài)，軟件模擬開關(guān)代表開關(guān)按鈕，通過編譯、仿真，實現(xiàn)了機(jī)械手的運行過程，包括手動和自動兩個狀態(tài)，在自動中分為單周期和連續(xù)兩個狀態(tài)。</p><p>　　編譯

34、到仿真器的過稱為：</p><p>　　1）通過SETP7編譯，保存導(dǎo)出，AML格式的文件。</p><p>　　2）然后再裝載到S7-200中進(jìn)行仿真。</p><p>　　裝載過程如下圖所示：</p><p><b>　　第六章 結(jié)論</b></p><p>　　在本次課題設(shè)計中，大小球分

35、揀控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動化控制程度，減少了大量中間繼電器、時間繼電器、硬件連接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時。采用PLC進(jìn)行控制可方便改善生產(chǎn)流程，增強控制功能。通過本次設(shè)計，可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改行相關(guān)參數(shù)。實現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作要求。機(jī)械手控制系統(tǒng)具有很大的靈活性和可操作性。</p><p>　　利用STEP7和S7—200軟件進(jìn)行編譯、仿真，方便快捷，不

36、學(xué)要花時間在實驗臺上連線等?？梢灾苯臃抡妫奖憧旖?。在本次課程設(shè)計中，為設(shè)計節(jié)約了很多時間。</p><p>　　另外這次課程設(shè)計對于我們來說意義非凡，對我們來說是一次值得珍惜的機(jī)會。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】張萬忠、劉明芹 《電器與PLC控制技術(shù)》 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009</