基于S7-200PLC的坐标式 机械手控制系统设计

学号091401149《电气控制与可编程控制技术》课程设计（2009级本科）题目：基于S7-200PLC的坐标式机械手控制系统设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：曹国虎指导教师：张静职称：副教授完成日期：2012年12月14日课程设计任务书2012年秋季学期学生姓名曹国虎学号091401149专业方向电力系统班级09级（1）班题目名称基于S7-200PLC的坐标式机械抓手控制系统设计一、设计要求：设计一个基于S7-200PLC的坐标式机械抓手控制系统，实现下图的控制功能：二、设计任务及编写要求：学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行坐标式机械抓手控制系统设计、硬件系统设计、软件系统设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。1.设计出硬件系统的接线图，软件系统流程图等；2.进行PLC控制程序设计，做出程序梯形图；3.进行系统调试，实现坐标式机械抓手的控制要求。三、设计进度及安排：第一周：星期一、二讲解设计课题内容、布置任务及要求星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计星期五梯形图，控制面板图初步设计第二周：星期一、二PLCI/O接线图，梯形图，控制面板的修改星期三、四绘图，系统调试，写说明书及操作使用说明星期五完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩指导教师签字：年月日目录一、设计目的........................................................1二、设计任务及要求..................................................12.1控制要求....................................................12.2设计任务....................................................2三、系统的硬件设计..................................................23.1PLC的选型...................................................23.2I/O分配表...................................................33.3硬件接线图..................................................33.4PLC外围端子接线图...........................................4四、系统的软件设计..................................................44.1程序设计的流程图............................................44.2程序设计顺序功能图..........................................54.3程序设计梯形图..............................................7五、系统调试.......................................................11六、设计总结.......................................................16七、参考文献.......................................................171一、设计目的通过对S7-200PLC的坐标式机械抓手控制系统的工作原理分析、系统设计、编程及上机调试工作的实践，了解了电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握了外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。二、设计任务及要求2.1控制要求如图1坐标式机械抓手控制示意图所示，其控制要求主要有：图1机械手控制示意图原位下降夹紧上升左移下降放松上升右移123456789图2工作过程图21.只要D点有工件，机械手臂先下降，将工件抓取后上升；2.将工件抓取搬运到E点上方，机械手再次下降后放开工件；3.机械手臂上升，最后机械手臂回到原点；4.C缸在抓取或放开工件后，都需要10s的延时；5.当E点有工件且B缸已上升到LS4时，传送带电机转动以运走工件。2.2设计任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行基于S7-200PLC的坐标式机械抓手原理设计、硬件系统设计、软件系统设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1.设计出硬件系统的接线图、软件系统流程图等；2.进行PLC控制程序设计，做出程序梯形图；3.进行系统调试，实现坐标式机械抓手的控制要求。三、系统的硬件设计3.1PLC的选型S7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有6个输入点和7个输出点，因而选择S7-CPU224最为合适。CPU224主机数字量I/O点为14输入/10输出共24个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和数据存取空间；6个独立的30KHz高数计数器，2路独立的20KHz高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有将强控制能力的控制器。33.2I/O分配表表1I/O分配表：输入点输出点名称地址功能名称地址功能LS0I0.0启动按钮HLQ0.6原始位指示灯LS1I0.1左限位开关YV1Q0.0A臂左移LS2I0.2右限位开关YV2Q0.1A臂右移LS3I0.3下限位开关YV3Q0.2B臂上移LS4I0.4上限位开关YV4Q0.3B臂下移LS5I0.5E点有无工件YV5Q0.4抓手CYV6Q0.5电动机MC3.3硬件接线图原始位指示灯左移电磁阀上移电磁阀下移电磁阀S7-200CPU224LS1LS2LS3LS4LS5LS0YV1YV2YV3YV4YV5YV6HLI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5COM+LMQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6COM右移电磁阀启动按钮左限位开关右限位开关下限位开关上限位开关E有无工件抓手C电磁阀电动机电磁阀图3坐标式机械抓手控制系统的PLC硬件接线图43.4PLC外围端子接线图1L0.00.10.20.3*2L0.40.50.6*3L0.71.01.1NL1AC1M0.00.10.20.30.40.50.60.72M1.01.11.21.31.41.5ML+++24V电源输出L(+)L(+)L(+)N(-)N(-)N(-)120/240AC电源启动按钮左限限位开关右限限位开关下限限位开关上限限位开关E点有无工件左移电磁阀右移电磁阀上移电磁阀下移电磁阀抓手机磁阀电动机M指示灯图4PLC外围端子接线图四、系统的软件设计4.1程序设计的流程图程序设计流程图如图5示：5起始位置B下降C加紧B上升A左移B下降C松开B上升A右移M运转图5程序流程图4.2程序设计顺序功能图顺序功能图如图6所示6S0.0S0.1S0.2S0.3S0.4S0.5S0.6S0.7S1.0Q0.6接通Q0.3接通Q0.4接通，启动定时器T37Q0.2接通Q0.0接通Q0.3接通Q0.4断电，启动定时器T38Q0.2接通Q0.1接通，Q0.5接通SM0.1I0.0I0.3T37I0.4I0.1I0.3T38I0.4I0.5I0.2图6顺序功能图74.3程序设计梯形图891011五、系统调试图7初始状态的监控状态12图8机械手下降的监控状态图9抓手加紧的监控状态13图10机械手加紧物体后上升的监控状态图11机械手左移的监控状态14图12机械手夹着物体下降的监控状态图13机械手松开物体的监控状态15图14机械手松开物体后上升的监控状态图15机械手右移、电动机运转的监控状态16六、设计总结在经过两周的PLC课程设计的学习，我们都曾以为自己熟练地掌握了PLC课程设计的诀窍，但当自己真正的参与其中，真正的自己动手动脑之后，才发觉实际解决一项问题有多么困难。但在这个过程中，我们所收获的也是更加巨大的。在本次设计中，我学会了运用MicrosoftVisio画图软件绘制电气接线图。对电气的操作规范有了深刻的认识。在程序设计中首先要总体设计程序思路，然后分块设计。在程序设计中，通过亲自写程序，我更加理解了PLC基本指令的使用方法，也对基本指令的具体运用有了深刻的概念。通过这次课程设计，我对PLC的认识进一步加强，同时加强了自己的动手实际操作能力。当然本次课程设计是以小组形式开展，在这次设计中也更加认识到了小组团队合作的重要性，在合作中遇。17七、参考文献[1]张晓锋，张静.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社，2010.[2]宋伯生.PLC编程控制指南.北京：机械工业出版社，2007.[3]史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2004.[4]张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列).北京：清华大学出版社，2007.[5]王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：电子工业出版社，2010.