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1、课程名称：专业方向课程设计设计题目：基于PLC机械手控制系统设计一. 系统硬件要求：1、配置S7-200PLC的CPU模块和输入输出模块（考虑余量）2、配置控制面板，用档位开关3、配置2位LED数字管显示工件数量二. 系统功能要求：1、在2位LED数码显示器机械手所抓工件数（假设最大工件数为 99个，达到 99个工件数自动复位）。2、控制面板按键功能定义，以实现机械手的手动（回原点、调试），自动（单步、 半自动、全自动），并用指示灯指示工件所处的状态。3、用于主态元件设计实时监控画面（只作全自动模式时的监控画面）三. 工艺过程：机械手工作过程：机械手在生产线上的任务是将工件从 A处传送到B处。
2、根据外界情况，机械 手在空间上主要进行以下动作：机械手下降，机械手抓紧工件，机械手与工件上 升，机械手与工件有右移，机械手与工件下降，机械手放松工件，机械手上升， 机械手左移。控制器检测上，下，左，右限位开关的通断，决定当前的动作，通 过驱动系统输出，控制机械手的动作。同时，用两位数码管显示搬运工件的数量。（1）启动控制有2种，1个由启动开关安装在现场，1个由通过组态王软件控制。 在控制面板上，安装一个档位开关，分手动和自动两大档位，手动挡包括调试和 回原位两档，自动挡分单步、半自动和全自动三档，要求自动挡的操作必须在回 原位的基础上才能进行。原位 下降夹 上升 右移左移移放松下降下隔上升uU
3、11 /工件11右眼侍JX仃瞅位幵关右上何官卜凰位幵关卜限位夹累A7机械手上J1 上限負开关（5） 讥 呵I 于 与I 6 J .说 L：:B、 下眼位开关机械7M林培小盘圏四. PLC简介可编程控制器（简称PLC :是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环 境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑 运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟 式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换， 并将 这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个 基本点，
4、同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的 需要，应能排除干扰信号适应于工业现场， 输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器 （CP）存储器（RAM/ROM输入输出接口（ I/O ）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示:编程器电源系统程序存储器输入电路输出电齬五. PLC的工作原理1.1输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存 器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行 期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改
5、变， 而这些变化 必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。1.2程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将 相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 当最后一条 控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。1.3输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电 路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作， 这才形成PLC的实际输出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成 PLC个工作周期，由 此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。六. 机械手的PLC控制1.1控制特点
6、机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控 制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。 当旋钮打 向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮 才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。1.2系统控制示意图机械手传送工件系统示意图，如图1所示A曲左移限位二 0 左移Y4(4),X2上服位右移(T) 上升Y2右移限位孟1丫无工愕检测 上限位下隈傥下降0C 2 夹紧 ON .右移Hl OFF 5）戲松图1机械手传送示意及操作面板1.3输入和输出点分配表
7、及原理接线图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表1机械手传送系统输入和输出点分配表-旧SFKn a节送博阳业仙禺慷色 t*戶 W P 匪舄 栄黑騎晕 回*B32療理接銭图1.4操作
8、系统操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。图3机械手操作至统程序其原理是：把旋钮置于回原点，X16接通，系统自动回原点，丫5驱动指示灯亮。再把旋 钮置于手动，则X6接通，其常闭触头打开，程序不跳转（CJ为一跳转指令，如 果CJ驱动，则跳到指针P所指P0处），执行手动程序。之后，由于X7常闭触点， 当执行CJ指令时，跳转到P1所指的结束位置。如果旋钮置于自动位置，（既X6 常闭闭合、X7常闭打开）则程序执行时跳过手动程序，直接执行自动程序。1.5回原位程序回原位程序如图4所示。用S10S12作回零操作元件。应注意，当用S10S19 作回零操作时，在最后状态中在自
9、我复位前应使特殊继电器M8043置1。#1.6手动单步操作程序如图5所示。图中上升/下降，左移/右移都有联锁和限位保护。XQOOd M0d M0彳IM013-010T IX011H IX012加呃000T Iif XQ13JI001TQO2HI IJCQiqX003盘 ooqYDC5HI I11i-f卜M0X0L5X00!X00：丫0仙d I1 IISET Y001RST YOC1 YQOO firn图5手动单步操作程哼1.7自动操作程序X0接通，状自动操作状态转移见图6所示。当机械手处于原位时，按启动 态转移到S20,驱动下降Y0,当到达下限位使行程开关 X1接通，状态转移到S21, 而S2
10、0自动复位。S21驱动Y1置位，延时1秒，以使电磁力达到最大夹紧力。当TO接通，状态转移到S22,驱动丫2上升，当上升到达最高位，X2接通，状态 转移到S23o S23驱动Y3右移。移到最右位，X3接通，状态转移到S24下降。下降到最低位，X1接通，电 磁铁放松。为了使电磁力完全失掉，延时 1秒。延时时间到，T1接通，状态转 移到S26上升。上升到最高位，X2接通，状态转移到S27左移。左移到最左位， 使X4接通，返回初始状态，再开始第二次循环动作。在编写状态转移图时注意各状态元件只能使用一次，但它驱动的线圈，却可 以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。 因此步进顺控的编程，比起用基本 指令
11、编程较为容易，可读性较强。團6自动操作状卷转移團1.8机械手传送系统梯形图如图7所示。图中从第0行到第27行为回原位状态程序。从第28行到第66行，为手动单步操作程序。从第67行到第129行为自动操作程序。这三部分程序（又称为模块）是图3的操作系统运行的。回原位程序和自动操作程序。是用步进顺控方式编程。在各步进顺控末行，都以RET结束本步进顺控程序块。但两者又有不同。回原位程序不能自动返回初始态S1。而自动操作程序能自动返回初态 S2。14IT2027N80O2SET S2SI X01G 4STLJ一| 卜S1O-STLJ-14STLHdH | S20-STUX002su-STLS12-STL
12、363942455055X001X00772SCT S1T5SET S20 SET S1082 RST Y001Y000XD0184SET S21 RST YOOOSET YDO1 YOD287TO K1092SET S22 RST Y0O3-ISTL95roozY00497SET S3 SET SIS4STLT003100SET M0O43102SET S24RST S12roooS12105KOISET S2510TKETncS2 Y001 X002 KOtM X000-S21-fSTLS244STLX002 X004Y001-IIIIHX000 XOOS -IIHM0 X010-II_I
13、IHO XO11 I I1 IMO X012 X002 YOOO -II_I丨H片noX013X001Y002YOOSCJ FQ115SET Y001EST Y001YOOS120123S25 -STLRST Y001T1 K10T1H卜-TSTLHSET S2&T002SET S27S27-LSTLY004-IIIMOX014X0O2X0O4X003-IIIIIM0XO15X0O2K0Q3XO04YOO0Y004125128FlX004T I-RET61-11_IIP08Tmi十ffl7Y003CJ Pl.1Z9Eiro机械手传送系统梯形图七. 实践心得机械手的PLC控制课程设计通过了 1周的课程设计使我对机械设计过程有进 步了解，对机电产品的有关的控制知识有了深刻的认识。因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，女口：遗忘以前学过的专 业基础知识。通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际 工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合 型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。 通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用机械设计课程及其
