机电传动控制PLC课程设计--示教机械手

1目录前言...............................................................21.课程设计的任务和要求.............................................31.1课程设计的任务.................................................31.2设计要求..............................................31.3课程设计动作要求..............................................32.总体设计........................................................42.1PLC选型.......................................................42.2PLC端子分配设计...............................................52.3控制原理图..............................................63.PLC程序设计.....................................................83.1设计思想........................................................83.2顺序功能图设计..................................................83.3PLC梯形图设计..................................................10（1）主程序.......................................................10（2）公用子程序...................................................11（3）手动子程序...................................................12（4）自动子程序.................................................13（5）回原点程序...................................................174.程序模拟调试说明................................................19结束语............................................................23参考文献..........................................................242前言机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。31.课程设计的任务和要求1.1课程设计的任务（1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。1.2设计要求1）画出端子分配图和顺序功能图2）设计并调试PLC控制梯形图3）设计说明书1.2课程设计的动作要求示教机械手控制系统设计1．单循环为：1）从原点开始下降；2）吸工件，延时1秒；3）上升；4）右转；5）下降；6）放下工件，延时1秒；7）上升；8）左转，回原点。2．要求有四种工作方式：手动、单步、单周期、连续。3．连续时，循环5次结束，声光间断报警5秒。42.总体设计2.1PLC的选型在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统1、PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。2、PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统;模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。3、存储器容量的估算;存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。4、控制功能的选择;该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。综上所述，选择CPU型号为216的PLC。52.2PLC端子分配图示教机械手的端子分配图如图2.1所示：图2.1示教机械手端子分配图2.3控制原理图外部接线图如图2.2所示：6图2.2外部接线图7操作面板示意图如图2.3所示：图2.3操作面板示意图83.PLC程序设计3.1设计思想该机械手能完成手动，单步，单周期，连续工作，在主程序中，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的相互转换。在自动回原点方式下，I2.1为ON，执行“回原点”子程序。在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。程序的总体思想是启保停的编程方法。机械手的上升，下降，左行，右行，放松与夹紧，可用5个线圈来控制，机械手的上，下，左，右限位可用传感器或限位开关来控制。自动：当机械手处于起始位置时，上限位开关和左限位开关开关闭合。将控制旋钮调到连续，按下启动按钮，关闭上限位左限位，自动程序开始运行，机械手下降，关闭启动按钮。然后按下下限位开关，机械手开始吸工件并延时1S，延时完后按夹紧到位，机械手上升。按上限位，机械手右行。按右限位机械手下降。按下限位，机械手放工件并延时1S。延时完后上升，按上限位和左限位，则左行。完成后计数器加一，并重复上述操作则。手动：在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。每按一次启动，执行一步。3.2顺序功能图设计回原点顺序功能图如图3.1所示：图3.1回原点顺序功能图9自动程序顺序功能图：图3.2自动程序顺序功能图103.3PLC梯形图设计（1）主程序：图3.3是主程序SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。I2.1为ON，执行“回原点”子程序。在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。图3.31主程序结构11（2）图3.32为公用程序，用于处理各种方式都要执行的任务，以处理不同工作方式间的切换。机械手在原点的条件为，左限位开关I0.4.上限位开关I0.2的常开触点闭合，表示机械手松开的Q0.4的常闭触点闭合，此时“原点条件”M0.5为ON在开始执行用户程序（SM0.1为ON），或者系统处于手动状态或自动回原点状态(I2.0或I2.1为ON)时,初始步对应的M0.0将被置位，为进人单步，单周期和连续工作方式做好准备。如果此时M0.5为OF状态，M0.0将被复位，初始步为不活动步，无法进入单步，单周期或连续的工作方式工作。当系统处于手动工作方式时，必须将图3.2中除初始步以外的各步对应的存储器位(M2.0-M2.7)复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。在非连续方式下，I2.4的常闭触点断开，则启动后表示连续工作状态的标志M0.7复位。图3.32公用程序12(3)手动程序:图3.33为手动程序,为了保证系统的安全，在手动程序中设置了一些必要的连锁:1.设置上升和下降之间、左行和右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON。2.用限位开关I0.1-I0.4限制机械手移动的范围。3.用上限位开关I0.2的常开触点与控制左行和右行的Q0.3和Q0.2的线圈串联，使机械手只有升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。图3.33手动程序13(4)自动程序:图3.34为自动程序梯形图单周期、连续和单步这三种工作方式主要是用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分的。1.单步与非单步的区分。M0.6的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中，它们断开时禁止步的活动状态的转换。如果系统处于单步工作方式,I2.2为1状态，它的常闭触点断开，“转换允许”存储器位M0.6在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按启动按钮I2.6,M0.6处于0状态,启保停电路的启动电路处于断开状态,不会转换到下一步。一直要等到按下启动按钮I2.6,M0.6在I2.6的上升沿ON一个扫描周期,M0.6的常开触点接通，系统才会转换到下一步。系统工作在连续、单周期(非单步)工作方式时，,I2.2的常闭触点接通，使M0.6为1状态，串联在各启保停电路的启动电路中的M0.6的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。2.单周期与连续的区分：在连续工作方式下,I2.4为1状态。在初始步为活动步时按下启动按钮I2.6,M2.0变为1状态,机械手下降。与此同时，控制连续工作的MO.7的线圈“通电”并自锁。当机械手在步M2.7返回最左边时,I0.4为1状态，因为“连续”标志位M0.7为1状态，转换条件满足，系统将返回步M2.0,反复连续地工作下去。按下停止按钮I2.7后,M0.7变为0状态,但是机械手不会立即停止工作,在完成当前工作周期的全部操作后,机械手返回最左边，左限位开关I0.4为1状态,转换条件满足,系统才从步M2.7返回并停留在初始步。在单周期工作方式下,M0.7一直处于0状态。当机械手在最后一步M2.7返回最左边时，