机电控制plc设计 课程设计-气动机械手控制系统设计

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1、1机电控制 课程课程设计说明书课程名称： 机电控制 PLC 设计 设计题目： 气动机械手控制系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 设计时间： 2010 12 10 2内容摘要机械手是工业自动控制领域中经常用到的一种能够自动抓取、操作的装置，多用于自动生产线、自动机的上下料、数控设备的自动换刀装置中。由于气动技术是以压缩空气为介质，以气源为动力的能源传递技术，其工作可靠性高、使用寿命长、对环境没有污染，所以在机械手的驱动系统中常采用气动技术。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用

2、。因此，对气动机械手的研究具有重要的实际价值。关键词：机械手 PLC 自动控制 气动技术3目录第一章 引言 3第二章 PLC 的发展2.1 PLC 的由来和发展 32.2 可编程控制器的概念 42.3 PLC 基本结构和工作原理 5第三章 气动机械手控制系统设计3.1 I/o 地址分配表 73.2 PLC 系统选择 73.3 PLC 的输入输出设备接线图 73.4 系统控制方案流程图 93.5 程序设计和梯形图 10第四章 总结 总结 19致谢 20参考文献 214第一章 引言引言PLC 技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平。它与数控技术，工业机器人技术已成为机械工业自动化和 CIM 的三

3、大支柱。据预测，在 90 年代，美、日、德等发达国家的控制屏将完全由 PLC 所占据。由于 PLC 吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速，使它已远远超出单纯取代继电器的应用领域，远远超出逻辑控制的范畴，在从单机自动化到整条生产线自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从 FMS、工业机器人到大型分散型控制系统中都担当着重要角色。第二章 PLC 的发展2.1 PLC 的由来和发展1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要

4、求，即：1） 编程简单方便，可在现场修改程序；2） 硬件维护方便，最好是插件式结构；3） 可靠性要高于继电器控制装置；4） 体积小于继电器控制装置；5） 可将数据直接送入管理计算机；6） 成本上可与继电器柜竞争；7） 输入可以是交流 115V；8） 输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀；9） 扩展时，原有系统只需做很小的改动；10） 用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。5根据招标要求，1969 年美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台PLC（PDP 14 型 ），并在通用汽车公司自动装配线上试用，获得了成功，从而开创了工业控制新时期。PLC 问世以来，其发展极为迅速。

5、由最初的 1 位机发展为 8 位机，现在的大型 PLC 已采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。目前，世界上有 PLC 生产厂 200 多家，比较著名的有美国的 A-B 公司、通用电气公司，日本的三菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。生产的 PLC 品种繁多，产品的更新换代也极快，著名的生产公司几乎每 12 年即可推出一种新产品。PLC 的结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，PLC 在规模和功能上正朝着两个方向发展。一方面，大型PLC 不断向大容量、高速度、多功能的方向发展，能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控

6、制。另一方面，小型 PLC 向超小型、简易、廉价方向发展，能真正完全取代最小的继电接触器系统，适应单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。另外，不断增强 PLC 的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力开发智能 I/O 模块，极大地增强 PLC 的过程控制能力，提高它的适应性和可靠性；不断使 PLC 的编程语言与编程工具向标准化和高级化方向发展2.2 可编程控制器概述(1)可编程控制器是当今工业控制领域占主导地位的一种新型自动控制装置，微电子技术和计算机技术的发展是 PLC 出现的技术基础和物质基础，GM10 是促使其问世的直接原因。目前，PLC 正向着标准化、小型化、大容量、高

7、速度、多功能等方面发展。(2) PLC 专为工业环境而设计，具有抗干扰能力强、可靠性高、通用性好、功能强、编程简单、使用维护方便等特点，主要应用于开关量控制、模拟量控制、数字控制及通信联网等到领域。 (3) PLC 按结构形式分为整体式和模块式两类；按功能和 I/O 点数可分为低档机（小型、超小型）、中档机（中型）、高档机（大型、超大型）三类。衡量 PLC 性能的指标主要有：I/O 总点数、用户程序存储容量、指令总数、扫描速度、内部寄存器配置及特殊功能模块等。(4) PLC 常用的编程语言有梯形图、语句表、流程图及高级语言等，其中梯形图、语句表最常用。 (5) PLC 主要由 CPU、存储器、

8、I/O 模块、电源模块、I/O 扩展模块、外设6接口及编程器等部分组成；软件部分包括系统软件和用户软件两大部分。(6) PLC 的工作方式是采用循环扫描工作方式，每一循环包含了自诊断、与编程器等的通信、输入采样、执行用户程序、输出刷新五个阶段。小型 PLC 使用集中输入、集中输出工作方式，这大大提高了 PLC 工作的可靠性和抗干扰能力。(7) 扫描周期的大小与扫描速度、用户程序长短、I/O 点数及其刷新速度、连接外设的多少等因素有关。(8) 继电接触器控制采用硬逻辑“并行”运行的方式，而可编程序控制器采用循环扫描的工作方式，其逻辑关系是用程序实现而不是实际电路。 2.3 PCL 的基本结构和工

9、作原理2.3.1 PLC 的工作方式PLC 对用户程序的执行采用循环扫描的工作方式。PLC 开始运行时，CPU 对用户程序作周期性循环扫描，在无跳转指令或中断的情况下，CPU 从第一条指令开始顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，7然后又返回第一条指令开始新的一轮扫描，并周而复始地重复。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。 2.3.2 PLC 的工作原理PLC 采用循环扫描的工作方式，这是有别于微型计算机、继电接触器控制的重要特点。微机一般采用等待命令的工作方式。继电接触器控制系统采用硬逻辑“并行”运行的方式。PLC 采用循环扫描的工作方式，在工作过程中，如

10、果某个软继电器的线圈接通，该线圈的所有常开和常闭触点并不一定会立即动作，只有 CPU 扫描到该接点时才会动作：其常闭触点断开，常开触点闭合。也就是说，PLC 在任一时刻只能执行一条指令，是以“串行”方式工作，这样便避免了继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。2.3.3 PLC 的工作过程PLC 整个工作过程包含五个阶段：自诊断、与编程器等进行通信、输入采样、执行用户程序、输出刷新。PLC 的工作过程框图自 诊 断 与 编 程 器 、计 算 机 等 通 信 读 入现 场 信 号 执 行用 户 程 序 输 出结 果自 诊 断 与 编 程 器 、计 算 机 等 通 信 读 入现 场 信 号 执 行

11、用 户 程 序 输 出结 果输入和输出映像寄存器是在 PLC 的 RAM 工作区中将一特定区域的存储单元作为输入映像寄存器和输出映像寄存器的存储区。输入映像寄存器中存储着对应位输入“继电器”的通/断状态。高电平“1”为通，低电平“0”为断。此处“继电器”是指由系统软件程序贼予的具有继电器功能的“软继电器” 。每位输入映像寄存器也对应着 PLC 每个实际输入端的通/断状态。输入映像寄存器的内容只能被 PLC 中的 CPU 读出，而不能被改写。输出映像寄存器单元存储着对应位输出寄存器的状态。在执行用户程序时，输出映像寄存器既可被 PLC 的 CPU 读出，又可被 CPU 改写。 （1）输入映像寄存

12、器的状态取决于各输入端子在上一个刷新期间的状态；（2）程序执行阶段所需的输入、输出状态，由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出；8（3）输出映像寄存器的内容由程序中输出指令的执行结果决定；（4）输出锁存器中的内容由上一次输出刷新时输出映像寄存器的状态决定；（5）各输出端子的通断状态由输出锁存器的内容来决定。第三章 气动机械手控制系统设计3.1 I/o 地址分配表输入信号分配信号名称 元件名称 元件符号 地址编码下降停止 下限位开关 SQ1 I0.1上升停止 上限为开关 SQ2 I0.2右行停止 右限位开关 SQ3 I0.3左行停止 左限位开关 SQ4 I0.4上升 上升按钮 SB4 I0.5左行

13、 左行按钮 SB6 I0.6松开 松开按钮 SB8 I0.7下降 下降按钮 SB3 I1.0右行 右行按钮 SB5 I1.1夹紧 夹紧按钮 SB7 I1.2手动操作 手动开关 I2.0回原点操作 回原点开关 I2.1单步操作 单步开关 I2.2单周期操作 单周期开关 I2.3连续操作 连续开关 I2.4启动 启动按钮 SB1 I2.6停止 停止按钮 SB2 I2.7输出信号信号名称 元件名称 元件符号 地址编码下降 下降电磁阀 YV1 Q0.0夹松 夹松电磁阀 YV5 Q0.1上升 上升电磁阀 YV2 Q0.2右行 右行电磁阀 YV3 Q0.3左行 左行电磁阀 YV4 Q0.493.2 PLC

14、 系统选择根据 I/O 选分配查阅手册选择 S7-200 CPU226 基本单元（24 入/16 出）1 台 3.3 PLC 的输入输出设备接线图(见下页)10113.4 系统控制方案流程图原理：接通电源是系统启动开始扫描，扫描手动式判断手动按钮的是执行手动操作，扫描回原点开关，是执行回原点操作，扫描单步开关，是执行单步操作，扫描单周期开关，是检测是否在原点，是执行单周期操作，扫描连续操作，是检测是否在原点，是执行连续操作。除了连续操作以外，其他操作执行完以后自动重新扫描。NyNy yNy yN Ny yNNyyNNy等待检查手动开始停止单步程序回原点程序手动程序回原点单步单周期 回 原 点 连续是否在原点是否在原点是否在原点等待检查等待检查连续程序单周期程序123.5 程序设计和梯形图3.5.1 系统的硬件结构与工作方式机械手用来将工件从 A 点搬运到 B 点，输出 Q0.1 为 1 时工件被夹紧，为 0 时背松开。工作方式选择开关的 5 个位置分别对应于 5 种工作方式，操作面板左下部的 6 个按钮式手动