机械制造行业显像管搬运机械手课程设计

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1、 沈阳理工大学 (机械制造行业)显像管搬 运机械手课程设计 (机械制造行业)显像管搬 运机械手课程设计 沈阳理工大学 目录 前言 1 课题的基本要求.4 2 总体设计.5 2.1PLC 选 型. .5 2.2I/O 点及地址分配.7 2.3PLC 端子接 线. .9 2.4 操作面板示意图.11 3PLC 程序设计.12 3.1 设计思 想. .12 3.2 显像管搬运机械手顺序功能 图.13 3.3PLC 梯形 图. .15 沈阳理工大学 3.3.1 自动梯形图15 3.3.2 复位梯形图.25 3.3.3 手动梯形图.26 4 程序调试说 明. .28 结束 语. .29 参考文 献. .

2、30 前言 1、PLC 的概念 可编程控制器（ProgrammableController）是以微处理器为核心，综合了微 电子技术，自动化技术，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） 。 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

3、输出有关 的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的 1/101/100，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，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

4、。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)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

5、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

6、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

7、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。 4PLC 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

8、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

9、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

10、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 S7-200CPU226 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、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，

11、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。 图 1.1 显像管搬运机械手工作循环流程图 2 总体设计 2.1PLC 选型 显像管搬运机械手控制需要 33 个输入，16 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 CPU(CPU226 继电器输出,24 输入，16 输出）由于集成输入不够，

12、需扩展模 块，由此选择扩展模块（EM22316 入 24VDC/16 出，继电器） 。如表 2.1 所示 表 2.1S7-200CPU 模块的型号与订货号 序号订货号注释 CPU 16ES7211-0AA23-OXB0CPU221DCDC,6 输入/4 输出 26ES7211-0BA23-OXB0CPU221 继电器输出,6 输入/4 输出 36ES7212-1AB23-OXB8CPU222DCDC,8 输入/6 输出 46ES7212-1BB23-OXB8CPU222 继电器输出,8 输入/6 输出 56ES7214-1AD23-OXB8CPU224DCDC,14 输入/10 输出 66ES

13、7214-1BD23-OXB8CPU224 继电器输出,14 输入/10 输出 76ES7214-2AD23-OXB8CPU224XPDCDC,14DI/10DO,2AI/1AO 86ES7214-2BD23-OXB8CPU224XP 继电器输出,14DI/10DO,2AI/1AO 96ES7216-2AD23-OXB8CPU226DCDC,24 输入/16 输出 106ES7216-2BD23-OXB8CPU226 继电器输出,24 输入/16 输出 扩展模块 116ES7221-1BH22-OXA8EM22116 入 24VDC,开关量 126ES7221-1BF22-OXA8EM2218

14、 入 24VDC,开关量 136ES7221-1EF22-OXA0EM2218 入 120/230VAC,开关量 146ES7222-1BF22-OXA8EM2228 出 24VDC,开关量 156ES7222-1EF22-OXA0EM2228 出 120/230VAC,0.5A 开关量 166ES7222-1HF22-OXA8EM2228 出继电器 176ES7222-1BD22-OXA0EM2224 出 24VDC 固态-MOSFET 186ES7222-1HD22-OXA0EM2228 出继电器干触点 196ES7223-1BF22-OXA8EM2234 入/4 出 24VDC,开关量 206ES7223-1HF22-OXA8EM2234 入 24VDC/4 出,继电器 216ES7223-1BH22-OXA8EM2238 入/8 出 24VDC,开关量