基于PLC的机械手臂控制课程设计

课程设计说明书课程设计说明书课程名称:电气控制PLC课程设计课程代码:XXXXXXXX题目:基于PLC机械手控制系统学生姓名:XX学号:XXXXXXXXXXXXX年级/专业/班:XXXX级电气自动化X班学院(直属系):XXXXXXX学院指导教师:XX学院名称：XXXXXX专业：XXX年级：2013级机械手控制系统设计一、选题背景及题目来源工业实际项目，可在天科TKPLC-A实验装置机械手装置的模拟控制实验区完成本模拟实验。二、训练目的（1）通过使用各基本指令，进一步熟悉掌握PLC的编程和程序调试；（2）学会绘制电气原理图及接线图；（3）选择电气元器件；（4）完成系统硬件和软件设计；（5）完成模拟实验；（6）编写技术文件。三、要求实现的功能启动机械手，将物体从A处移动到B处，机械手将完成原位、下降、抓取、上升、右移、下降、放松、上升、左移、循环或者回到原位动作过程。在执行动作时由限位开关对机械手位置进行控制，并且由双线圈二位电磁阀推动气缸完成。提出改进方案：在机械手夹紧过程进行探究，增加压力传感器用于机械手爪压力并进行反馈控制；增加超声波传感器检测物体是否滑落。当物体出现滑落或操作错误时发出报警等。四、实验设备1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台2、天科TKPLC-A实验装置3、机械手模块五、设计任务（1）根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；（2）绘制电气原理图及PLCI/O接线图；（3）设计软件系统；（4）组成控制系统；（5）进行系统调试，实现（三）所要求的控制功能，完成模拟实验。（6）撰写课程设计说明书。六、参考资料1、天科TKPLC-A实验装置实验手册2、《S7-200可编程序控制器手册》，西门子技术服务中心，四川省机械研究设计院，2000.93、《现代电器控制及PLC应用技术》第2版，王永华，北京航空航天大学出版社指导教师：XX签名日期：2015年06月1日课程设计说明书摘要可编程控制器是一种以微处理器为核心的工业控制装置。它采用了可编程序的存储器，可以再其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时器、计数器和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的设备或生产过程。可编程控制器结构简单、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，应用范围广。本课题设计了机械手控制系统。主要应用于机床加工工件的装卸，装配印制板电路板，组装零部件；劳动条件较差，危险等场合。采用西门子公司S7-200系列，CPU224型PLC进行实验，运用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程，并通过TKPLC-A型可编程控制器实验箱机械手装置模拟控制实验区完成本模拟实验。主要功能是循环地将物件从A地运往B地。为了使动作操作更加准确，加入压力传感器、超声波传感器，进行检测改进。该装置涵盖了可编程控制技术、位置控制技术、检测技术等。由PLC接收来自外部的输入信号（包括开关机、限位指令、传感器信号指令等），并控制双线圈二位电磁阀来控制机械手的夹紧和松开。在设计过程中，包括流程图、原理图、主电路图。关键词：PLC、机械手、传感器、检测技术课程设计说明书目录引言........................................................................1第1章机械手控制系统方案设计..............................................21.1方案设计原则.............................................................21.2系统的整体设计要求.....................................................21.3控制系统的设计...........................................................31.3.1继电器控制系统...........................................31.3.2单片机控制................................................31.3.3工业控制计算机控制........................................31.3.4可编程序控制器控制........................................4第2章机械手控制系统的硬件设计............................................52.1硬件选型...............................................................52.1.1PLC机型选择..............................................52.1.2PLC容量选择..............................................62.1.3I/O模块的选择............................................62.1.4电源模块的选择............................................72.2机械手的基本构造及PLCI/O点分配.......................................82.2.1系统组成.................................................82.2.2执行机构.................................................92.2.3、机械手PLC的模拟实验面板................................112.2.4机械手PLC的I/O分配....................................122.3主电路的设计...........................................................132.3.1机械结构和控制要求......................................132.3.2主电路图的设计..........................................13第3章机械手控制系统的软件设计...........................................143.1程序设计的一般方法......................................................143.1.1经验设计法..............................................153.1.2逻辑设计法..............................................153.1.3顺序设计法...............................................153.2PLC控制的相关流程图...................................................163.2.1控制流程图..............................................163.3可编程控制器梯形图....................................................173.3.1可编程控制器梯形图简介...................................173.3.2相关程序段..............................................17课程设计说明书3.3.3改进方案设计............................................20第4章系统调试...........................................................24结论.......................................................................29设计总结...................................................................30谢辞.......................................................................31参考文献...................................................................32附件1......................................................................33附件2......................................................................34课程设计说明书1引言为了提高产品质量，缩短生产周期，适应产品迅速更新换代的要求，产品生产正向缩短生产周期、降低成本、提高生产质量等方向发展。在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但是由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以至现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是中小型企业实现物件搬运的自动控制，机械手的自动控制势必是摆在我们眼前的一大课题，借助实验室设备熟悉工业生产中PLC的应用，了解不同公司的可编程控制器的型号和原理，熟悉其编程方式，而机械手的控制更常见于工业生产中，几乎大部分的工厂都离不开机械手，其应用领域广。计算机的出现给大规模工业自动化带来了曙光。1968年，美国最大的汽车制造厂商通用汽车（GM）公司提出了公开招标方案，设想将功能完备、灵活、通用的计算机技术与继电器便于使用的特点相结合，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向过程、面向问题“自然语言”编程，生产一种新型的工业通用继电器，使人们不必花费大量的精力进行计算机编程，也能像继电器那样方便的使用。这个方案首先得到了美国数字设备（DEC）公司的积极响应，并中标。该公司于1969年研制出了第一台符合招标要求的工业控制器，命名为可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER），简称PLC（有的称为PC),并在GM公司的汽车自动装配线上实验获得了成功。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，备受国内外技术人员和工商业界厂商的极大关注，生产PLC的厂商云起。随着大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断得到增强，产品得到飞速发展。采用基于PLC的控制系统来取代园林单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性，对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔是市场前景。用PLC进行开关量控制的实例很多，在冶金、机械、纺织、轻工、化工、铁路等行业几乎都需要它，例如灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、机械手系统、生产流水线等方面的逻辑控制，都广泛应用PLC来取代传统的继电器控制。本次设计是将PLC用于机械手的设计的控制，对学习与实用是很好的结合。课程设计说明书2第1章机械手控制系统方案设计1.