汽车装配厂气动机械手的PLC控制

辽宁工业大学电气控制与PLC技术课程设计（论文）题目：汽车装配厂气动机械手的PLC控制院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2014.6.30~2014.7.11本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目汽车装配厂气动机械手的PLC控制课程设计（论文）任务实现功能按下启动开关，执行一次将工件由A处传送到B处动作，工作过程为原位→下降→夹紧→上升→右移→下降→放松→上升→左移→原位。上升、下降、左移、右移的执行是利用双线圈二位电磁阀推动气缸完成（注意：只要电磁阀线圈通电，则一直保持对应的动作不变直到相反动作的电磁阀线圈通电为止）；夹紧和放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，断电执行放松动作。设备上装有上、下、左、右四个限位开关，回到原位时点亮原位指示灯,各动作间隔0.5s。设计任务及要求1、根据系统功能，确定总体控制方案（包括设计系统组成框图，分析各部分的作用）2、分析系统的功能与任务，确定输入输出信号和类型，选择PLC型号和扩展模块。3、建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的外部接线；4、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；并上机调试、完善程序；5、按学校规定格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数：电磁阀工作电压24V，电流500mA。进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统的组成（2天）2、建立I/O分配，完成外部接线设计（1天）3、按系统的控制要求，完成梯形图设计（2天）4、上机调试、修改程序（2天）5、撰写、打印设计说明书（2天）6、答辩（1天）指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要在生产中广泛存在着很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬运笨重物体或在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气和放射性等恶劣的环境下工作。针对上述问题，本次课程设计利用PLC技术设计了气动机械手控制系统，来代替人进行正常工作，大大提高生产的机械化水平和劳动生产率，保证产品质量、实现安全生产。本次课程设计为气动机械手的PLC控制。根据输入端子共有14个端子，输出端子共有6个端子，故此PLC类型选用的是CPU226，CPU226有24个输出端子，16个输出端子。本系统利用4个限位开关进行位置检测，再通过PLC做出相应的控制，按给定的顺序、轨迹和要求实现机械手的升降、左右移动、加紧松开等操作。上升、下降、左移、右移的执行是利用双线圈二位电磁阀推动气缸完成，夹紧和放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，断电执行放松动作。本系统具有很强的实用性和广泛的应用范围。它操作简单，具有良好的扩展性和可靠性。PLC软件编程简单，易于修改，只要通过修改相应软件程序，就实现更多更强的功能。因此在生产实际中具有很高的实际应用价值。关键词：机械手；电磁阀；PLC；CPU226本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................................1第2章设计方案概述..................................................22.1PLC简介.....................................................22.2机械手的简介.................................................22.2.1机械手的基本结构.......................................22.2.2机械手的分类...........................................32.2.3机械手控制系统设计步骤.................................32.2.4机械手工作过程.........................................42.3电磁阀的工作原理.............................................52.4限位开关工作原理.............................................6第3章硬件设计......................................................73.1输入输出量统计...............................................73.2PLC选型.....................................................73.3I/O分配表...................................................83.4机械手的PLC控制.............................................83.5原理接线图...................................................8第4章软件设计.....................................................104.1STEP7MICRO/WIN32软件介绍...............................104.2软件调试....................................................104.2.1程序的模拟调试........................................104.2.2程序的现场调试........................................114.3机械手的功能块图............................................124.4运行程序-梯形图.............................................13第5章课程设计总结.................................................16参考文献............................................................17本科生课程设计（论文）1第1章绪论工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的。气动机械手是以压缩空气来驱动执行机构运动的机械手。它的结构简单,动作迅速,成本低。在机械加工、装配和热处理等生产过程中被广泛用来搬运工件以及实现自动取料、上料、卸料等操作功能。气动机械手具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适于在恶劣环境下工作等特点,因而在冲压加工、注塑、机床下料、仪表及轻工业等行业中有着广阔的应用前景。随着工业自动化程度的提高,工业现场的很多重体力劳动必将由机器代替,这一方面可以减轻工人的劳动强度,而且还可以大大提高生产效率。目前，在一些企业中使用的气动机械手，仍然采用继电器-接触器控制系统。其弊端主要表现在：大量的机械触点电弧烧蚀和机械磨损，可靠性降低且寿命短；触点的机械动作频率低且存在抖动现象，控制精度低；接线多而复杂，一旦系统构成后就很难增加或改变功能，因此灵活性和扩展性较差。随着可编程控制器技术(PLC)的发展，其强大的控制能力不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且能实现模拟量控制，具有可靠性高、抗干扰能力强、易于扩展、易实现工艺联锁和可在线修改等优点，因此在工业自动化领域中起到了举足轻重的作用。基于对工厂控制系统的强抗干扰能力的要求，对气动机械手进行了PLC控制，从根本上解决了上述弊端。本科生课程设计（论文）2第2章设计方案概述2.1PLC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，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（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。2.2机械手的简介工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。2.2.1机械手的基本结构机械手是一个水平、垂直运动的机械设备，用来将工件由一个工作台搬到另一个工作台。有上升、下降运动，左移、右移运动和夹紧、放松动作和位置控制。简易机械手在各类全自动和半自动生产线上应用得十分广泛，主要用于零部件或成品在固定位置之间的移动，替代人工作业，实现生产自动化。本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，机械手的动作由气动缸驱动，气动缸由相应本科生课程设计（论文）3的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制驱动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。图2.1为机械手结构图。其中：1-执行气爪，2-水平伸缩气缸，3-旋转轴，4-竖直气缸，5-底座，6-工件。图2.1机械手结构图2.2.2机械手的分类机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。2.2.3机械手控制系统设计步骤