机电一体化技术与系统课程设计详解

课程设计说明书郑州电力职业技术学院课程设计说明书题 目 机电一体化技术与系统课程设计-数控加工中心刀具换刀系统的设计系别机电工程系专业机电一体化班级 11级机电2班姓名xiaoming设计时间 2013 年5月8日指导教师xiaoli二。一三年五月七日课程设计任务书一、课程设计任务设计一个数控加工中心刀具库换刀系统。二、课程设计要求刀具由PLC控制来实现其功能。斗笠式刀库装 6把刀，从上向下看顺时针编号，如图 4-1所示。以机械手位置为基准，刀号变大方向连续3把刀盘逆时针换刀；刀号变小连续2把刀采用顺时针旋转换刀。例如：假设 1号刀为停留在机械手位置处时，调去 1号刀时 刀盘不动作；调取5、6号刀时刀盘顺时针旋转，调去 2、3、4号刀时，刀盘逆时针旋转。三、课程设计的参数设置1、寄存器D0；机械手当前位置寄存器。2、寄存器D1:程序刀号寄存器。3、寄存器D3:偏差寄存器。4、参数 K:参数 K1、K2、K& K4 KS K6分别为 1、2、3、4、5、6。四、课程设计过程第一节PLC基本介绍可编程控制器(Programmable Controller ) 简称PC,为了避免和通用计算机的简称PC同意，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。1968年美国的汽车工业首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司制造出了世界上第一台PLG这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、定时、计数等顺序 控制功能，所以称为可编程控制器，简称PLG PLC最早用于取代汽车生产线上的继电器控 制系统，随即扩大到食品加工、制造冶金等工业部门可编程控制器在其内部结构和功能上都类似于通用计算机，所不同的是可编程控制器还具有很多通用计算机所不具有的功能和结构。PLC还有很多适应于各种工业控制系统的模块；PLC采用以传统电气图为基础的梯形图语言编程，方法简单且易于学习和掌握。所以 在控制系统应用方面PLC优于计算机，它易于和控制系统相连接，可以方便灵活的构成不 同要求，不同规模的控制系统，其环境适应性和抗干扰能力强， 所以可将可编程控制器称工 业控制计算机，由于这些特点，目前可编程控制器已成为工业自动控制系统的重要支柱。可编程控制器的基本组成：1、中央处理单元(CPU)中央处理器单元是PLC的核心，PLC的档次越高CPU勺位数越多，系统处理信息量越大， 运算速度就越快，指令功能也越强。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。3、输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。4、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源 系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网5、编程器编程器用于将用户程序送入PLC的存储器，是PLC最重要德外部设备。编程器可用于编程，也可以用来进行程序修改和检查，还可以对PLC工作状态进行监控。第二节阐述PLC的工作原理可编控制器的工作原理：循环扫描工作方式，PLC在通电以后，PLC实际上是按照分时操作进行工作的，此工作过程的循环扫描工作方式。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序 执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期 问，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它 们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输 出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号 的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的 控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑 运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统 RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面 的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被 刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程 序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O指令则可以直接存取 I/O点。即使 用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第三节列出I/O配置表节点类型节点名称节点作用轴入X001机械手位置检测X002机械手位置检测X003机械手位置检测X004机械手位置检测X005机械手位置检测X006机械手位置检测X0011刀具号选择X0012刀具号选择X0013刀具号选择X0014刀具号选择X0015刀具号选择X0016刀具号选择出输Y000刀具到位寸斤Y001刀盘旋转指示Y002刀盘顺转Y003刀盘逆转Y004换刀闪烁第四节刀盘取刀示意图如图4-1所示，以1号刀位在机械手位置处为例。一、调取当前刀号。机械手在1号刀位D0=K1,系统调取当前刀号，D0=K1,两值比较D0=D1,此时，到位指示灯直接亮起，接着换刀成功指示灯闪烁，表示换 刀完成。二、调取2 （或3、4）号刀。机械手在 1号位D0=K1,系统调取2号刀，D1=K2, 两值比较 D0K3,M10动作， 刀盘逆转。-14 -图4-1 如图4-2 ,调取5 （或6）号刀，机械手在 1号位置D0=K1,系统调取5号刀，D1=K5,两值比较 D0D1,止匕时，D0要先加 K6再减D1得D3, D3再和k3较,K011X012X013K014K015K001 M5HIK002 M5TIX003 M5TIX004 M5K005 M5TIK006 M5TIM5D3K3, M11、M12动作，刀盘顺转 第五节 本系统梯形图及指令4MOVKIBOTMOVK2DO-MovK3DO-MOVK4DO4JiovK5DO-DrtOVK6DOHJIOVKIDISET M5 NtO K2 DI SETM51D!K)VS3DISETM5WVK4DISETM51WVK5DISETM51MOVK6DISETM5(CMPDODIMCISUBDODID3(YOW，MDDOK6D2，SUBD2DID3指令表在止步进指令器彳牛号0LDX0111MOVK1D06LDX0127MOVK2D012LDX01313MOVK3D018LDX01519MOVK11D024LDX01525MOVK530LDX016131MOVK1D036LDX00137ANIM538MOVK1D143SETM5441LDX00245ANIM546MOVK2D151SETM552LDX00353ANIM554MOVK3D159SETM560LDX00461ANIM562MOVK4D167SETM568LDX00569ANIM570MOVK5D175SETM576LDX00677ANIM578MOVK6D183SETM584LDM585CMPD0D192MPS93ANDM094SUBD0D1101MRD102ANDM1103OUTY000104MRD105ANDM2106ADDD0K61131MPP114ANDM2115SUBD2D11221LDM5123CMPD3K3130MPS1311ANDM10132ANIY000133ANIM20134OUTM18135MRD136ANDM11137ANIY0001381ANIM20139OUTM19140MPP1411ANDM12142ANIY000143ANIM20144OUTM20145LDM19146ORM20147OUTY002148LDM18149OUTY003150LDY000151OUTT1K50154LDY002155ORY003156OUTY001157LDY000158ANDM8013159OUTY004160LDT1161RSTM5162END第六节本系统的开发环境随着科学技术的发展和社会经济的进步， 人们对机电一体化技术提出了许多新的和更 高的要求，制造业中的机电一体化应用就是典型的实例。毫无疑问，机械制造自动化中的 计算机数控、柔性制造、计算机集成制造及机器人等技术的发展代表了机电一体化的发展 水平。系统的表现特征之一是系统结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。第七节本系统的改进选择顺应性装配机器人具有选择顺应性的装配机器人的手臂，这种机器人在 水平方向具有顺应性，而在垂直方向则有很大的刚性，最适合于装配作业使 用，它有大臂回转、小臂回转、腕部升降与回转四个自由度。人工智能化在机电一体化中的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要的应用。提高机电一体化产品的设计水平和加快设计水平是 改进该系统的重要方法。五、指导教师评价1 .指导教师评语：指导教师签名:2 .成绩评定:签名：年 月 日