机械手PLC课程设计(共13页)

精选优质文档-倾情为你奉上摘要 近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。例如：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。(4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5)宇宙及海洋的开发。目录第一章 PLC基础知识.11.1 PLC的结构及各部分的作用.21.2 PLC的工作原理.41.3PLC的程序编.5第二章 机械手动作编程控制及调试.62.1 实验目的.62.2机械结构和控制要求.62. 3 机械手动作的模拟实验面板图.62. 4 实验程序实验梯形图参考图.72.5 工作过程分析.92. 6 实验设备.102. 7 预习要求.102. 8 设计要求.102. 9设计总结.11参考书目.11第一章 可编程控制器简介可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。一、PLC的结构及各部分的作用 PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：图1-1-11、主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2、输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3、电源 图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4、编程 编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。实验装置提供的主机型号有西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。输入点数为14，输出点数为10；CPU226(AC/DC/RELAY)，输入点数为26，输出点数为14。二、PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。三、PLC的程序编制1、 编程元件 PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。 PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示表1-1-1元件名称符号编号范围功 能 说 明输入寄存器II0.0I1.5共14点接受外部输入设备的信号输出寄存器QQ0.0Q1.1共10点输出程序执行结果并驱动外部设备位存储器MM0.0M31.7在程序内部使用，不能提供外部输出 定时器 256(T0t255)T0,T64保持型通电延时1msT1T4,T65T68保持型通电延时10msT5T31,T69T95保持型通电延时100msT32,T96ON/OFF延时,1msT33T36,T97T100ON/OFF延时,10msT37T63,T101T255ON/OFF延时,100ms计数器CC0C255加法计数器，触点在程序内部使用高速计数器HCHC0HC5用来累计比CPU扫描速率更快的事件顺控继电器SS0.0S31.7提供控制程序的逻辑分段变量存储器VVB0.0VB5119.7数据处理用的数值存储元件局部存储器LLB0.0LB63.7使用临时的寄存器，作为暂时存储器特殊存储器SMSM0.0SM549.7CPU与用户之间交换信息特殊存储器SM(只读)SM0.0SM29.7接受外部信号累加寄存器ACAC0AC3用来存放计算的中间值2、编程语言 所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。1） 梯形图（语言）梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。梯形图中常用 图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点；用 （ ） 表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点： 梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。2）指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。下例为PLC实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：I0.1 Q0.0I0.0 KM 步序 指令语 器件号 SS ST I0.0 0 LD I0.0 KM Q0.0 1 O Q0.0 2 AN I0.1(1)继电接触控制线路图 (2)梯形图 3 = Q0.04 END第二章 机械手动作编程控制及调试一、 实验目的用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。二、机械结构和控制要求图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/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，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降三、机械手动作的模拟实验面板图：图6-11-1所示图6-11-1机械手动作的模拟控制面板 上图下框中的YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接主机的输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。上图中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。四、编制梯形图并写出实验程序，实验梯形图参考图12实验参考程序表6-11-1所示步序符号步序 符号0LD I0.2 上限为开关21OLD1A I0.4 左限位开关22LD M10.22AN M10.123A T373AN M10.224OLD4AN M10.325LD M10.35AN M10.426A I0.26AN M10.527OLD7AN M10.628LD M10.48AN M10.729A I0.39AN M11.030OLD10AN M11.131LD M10.511= M10.032A I0.112LD I0.433OLD13A M11.134LD M10.614O I0.5 停止按钮35A T3815= M10.036OLD16= M11.137LD M10.717LD M10.038A I0.218A I0.0 启动按钮39OLD19LD M10.140LD M11.020A I0.141A I0.4步序指 令步序指 令42OLD53= Q0.1 夹紧43SHRB M10.0, M10.1, +954LD M10.344LD M10.055O M10.745= Q0.556= Q0.2 上移46LD M10.157LD M10.447O M10.558= Q0.3 右移48= Q0.059LD M11.049LD M10.260= Q0.4 左移50S M20.0, 161LD M10.651TON T37, +1762R M20.0, 152LD M20.063TON T38, +15参考梯形图如下所示： 图6-11-2五、工作过程分析：当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.04均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。按下启动按钮，I0.0置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M10.1，下降阀输出继电器Q0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关I0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。当下降到位时，下限位开关I0.1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。机械手夹紧工件后，T37动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M10.2，上升电磁阀Q0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，I0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T38动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.0为“1”态，Q0.2开，停止上升，Q0.4线圈接通，I0.3断开，左移。到达左限位开关位置，I0.4触点接通，M11.0为“0”态，M11.1为1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0被置“1”，完成一个工作周期。再次按下启动按钮，将重复上述动作。六、实验设备1、THSMS-A型、THSMS-B型实验装置或THSMS-1型、THSMS-2型实验箱一台2、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台3、PC/PPI编程电缆一根4、锁紧导线若干七、预习要求阅读实验指导书，复习教材中有关的内容。八、设计要求整理出运行和监视程序时出现的现象。九、设计总结机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以控制的实现也可以相互借鉴。 对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所用的具体系统的情况，设计人员可以选用不同的方法来编写程序。 机械手高效的工作效率，准确的定位精度，以及简单的结构及控制方式是人手不能替代的，机械手的使用也将越来越广泛。 机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序轨迹极其它要求，实现抓取，搬运工件或操做工具的自动化装置。在我国由于大多数工业机器人所执行的工作为模拟人的手臂而工作，因而通常把工业机器人称做操作机械手。随着工业技术的发展，工业机器人与机械手的应用范围不断扩大，其技术性能也在不断提高。在国内，应用于生产实际的工业机器人特别是示教再现性机器人不断增多，而且计算机控制的也有所应用。在国外应用于生产实际的工业机器人多为示教再现型机器人，而且计算机控制的工业机器人占有相当比例。带有“触觉”，“视觉”等感觉的“智能机器人”正处于研制开发阶段。带有一定智能的工业机器人是工业机器人技术的发展方向。参考书目：1S7-200实验指导书2西门子S7-300 PLC应用教程3PLC程序设计和实例应用专心-专注-专业