搬运机械手PLC课程设计报告.doc

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1、等级:课 程 设 计课程名称电气控制及PLC课程设计课题名称搬运机械手控制系统设计专 业班 级学 号姓 名指导老师 年 月 日电气信息学院课程设计任务书课题名称搬运机械手控制系统设计姓 名专业班级学号指导老师课程设计时间教研室意见同意开题。 审核人： 一.任务及要求设计任务：以PLC为核心，设计一个搬运机械手控制系统，为此要求完成以下设计任务：1.根据搬运机械手的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。2.配置电器元件，选择PLC型号。3.绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。4.上机调试程序。5.编写

2、设计说明书。设计要求1.一般要求：（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足搬运机械手的工作过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987电气技术中的文字符号制定通则的有关规定。（3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。2.具体要求：（1）连续工作方式：在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。（2）单周工作方式：

3、在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地完成一个循环的工作下去。当搬运机械手完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。（3）单机手动工作方式：要求能对机械手和传送带A、B的拖动电机进行手动操作。二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。2.第一周星期二星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。3.第一周星期五：上机调试程序。4.

4、第二周星期一：指导编写设计说明书。5.第二周星期二星期四：编写设计说明书。6.第二周星期五：答辩。三.参考资料1 刘星平.PLC原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2014年。3 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，2013年。4 赖指南.PLC原理及应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。四.原始资料图1是搬运机械手工作示意图。 图1 搬运机械手工作示意图该机械手的任务是将传送带A上的物品搬运到传送带B。为使动作准确，安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ

5、4、SQ5。分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降等行程的检测，并给出动作到位的检测信号。另外还安装了光电开关SP。负责检测传送带A上的物品是否到位。此外，还设置了起动按钮SB1和停止按钮SB2，分别用以启动和停止机械手的动作。传送带A、B由电动机M1、M2拖动，M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，机械手的上、下、左、右、抓、放等动作由液压系统驱动，并分别由6个电磁阀YV1YV6来控制。操作工上班时，可以让传送带B一直处于运行状态，但机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图2所示。图2 搬运机械手动作步序图目 录第1章 概 述11.1 机械手概述11.2 控制要求11.

6、3 机械手控制系统设计步骤2第2章 控制方案论证42.1 可采取的控制方案42.2 PLC的选取4第3章 控制系统硬件电路设计63.1 控制面板及接口电路63.2 传送带A,B的主电路图及传送带B的控制电路图6第4章 控制系统软件设计84.1 控制系统软件设计原理84.2 控制系统的工作循环图及顺序功能图94.3 控制系统的梯形图程序10第5章 控制系统的调试13结束语14参考文献15附 录16附录1.指令语句16附录2.元器件清单18附录3.电气控制及PLC课程设计评分表19第1章 概 述1.1 机械手概述 图1-1是搬运机械手工作示意图。 图1-1 搬运机械手工作示意图该机械手的任务是将传

7、送带A上的物品搬运到传送带B。为使动作准确，安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5。分别对机械手进行抓紧、左旋、右旋、上升、下降等行程的检测，并给出动作到位的检测信号。另外还安装了光电开关SP。负责检测传送带A上的物品是否到位。此外，还设置了起动按钮SB1和停止按钮SB2，分别用以启动和停止机械手的动作。传送带A、B由电动机M1、M2拖动，M1、M2分别由接触器KM1、KM2控制，机械手的上、下、左、右、抓、放等动作由液压系统驱动，并分别由6个电磁阀YV1YV6来控制。操作工上班时，可以让传送带B一直处于运行状态，但机械手和传送带A要求按照一定的顺序动作，其步序图如图1-2所示。

8、1.2 控制要求（1）连续工作方式：在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。（2）单周工作方式：在搬运机械手处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求搬运机械手能够自动地完成一个循环的工作下去。当搬运机械手完成一个循环的工作图1-2 搬运机械手动作步序图并返回到初始状态时能自动停止。（3）单机手动工作方式：要求能对机械手和传送带A、B的拖动电机进行手动操作。1.3 机械手控制系统设计步骤根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。

9、(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的信号的,同时还要将PLC的输入、输出点及之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的选型。(3)根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。PLC的用户程序体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系,编程时可用编程器或计算机直接编程、修改,同时也可对PLC的工作状态、特殊功能进行设定。(4)对所设计的PLC程序进行调试和修改,直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。(5)保存已完成的程序。第

10、2章 控制方案论证2.1 可采取的控制方案 目前市场上最常见的控制器件主要就是PLC和单片机以及继电器。单片机是一种微型计算机，顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。继电器属于中继电气元件，顾名思意，就是通过它可以中断、续合电路回路，以达到控制电路工作状态的目的。其特点是以小电流控制大电流，能频繁通、断线路，工作效率高，其触点通过电流的能力几十到上百安不

11、等，主要用及负载主线路的通断执行常及过载保护热继电器串联组合使用，但体型相对较大。由此可见单片机主要是应用在一些集成度高的，精细的电子设备当中，而对于一些大型的工业设备的控制，而继电器主要控制对象是电动机，也可用于控制其它电力负载，如电热器、照明、电焊机、电容器组等。由此可见大部分的还是用PLC进行控制。PLC的特点： 1.抗干扰能力强、可靠性高。 2.控制系统结构简单，通用性强。 3.编程方便，易于使用。 4.功能强大，成本低。 5.设计、施工、调试的周期短。 6.维护方便。 PLC的应用：初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程

12、工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主角，起应用面越来越广.目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。 2.2 PLC的选取由于市场的需求和西门子PLC的广泛应用所以我选取的是S7-200.我们对其进行简要说明：S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，下图展示一台S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型图如图2，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎

13、完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 1.CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。2.输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。 3.电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。 4.通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或一些设备连接起来。5.状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止）

14、，本机的I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误。6.通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。 7.通过扩展模块可以提供其通讯功能。8.一些CPU具有内置实时时钟，其他CPU需要实时时钟卡。9.EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。 10.通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间。PLC模块的选择：采用CPU224的主机和输出扩展模块EM222简要介绍对扩展模块的选取。S7-200PLC的I/O扩展模块有：1.输入扩展模块EM221: 共有3种产品，即8点和16点DC、8点AC。2.输出扩展模块EM222：共有5种

15、产品，即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。 3.输入/输出混合模块EM223：共有6种产品。其中DC输入/DC输出的有3种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。 4.模拟量输入扩展模块EM231。 5.模拟量输出扩展模块EM232。第3章 控制系统硬件电路设计3.1 控制面板及接口电路图3-1 操作面板机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。

16、当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。根据机械手控制系统的要求设计出PLC的I/O接口图如下：图3-2 PLC外部接线图3.2 传送带A,B的主电路图及传送带B的控制电路图根据传送带A，B的运行要求设计其主电路图如下：图3-3 传送带A,B的主电路图根据传送带B的运行要求设计其控制电路入下图：图3-4 传送带B的控制电路图第4章 控制系统软件设计4.1 控制系统软件设计原理 本控制系统是通过主程序（OB1）调用3个子程序：公用子程序（SBR0），手动子程序（SBR1）和单周-连续子程序（SBR2）。公用程序是用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间的相互的处理

17、。手动程序主要是用于系统设计或维修时进行单个步骤的调试，而单周-连续程序是机械手正常工作情况下的控制程序。此外系统的预停，急停程序也是集成在单周-连续子程序中。最后，通过搬运机械手的动作步序图设计出系统的工作流程图及顺序功能图，进而设计出系统的梯形图程序。图4-1 搬运机械手动作步序图4.2 控制系统的工作循环图及顺序功能图图4-2 控制系统工作循环图图4-3 控制系统的顺序功能图4.3 控制系统的梯形图程序主程序公用子程序手动子程序自动子程序第5章 控制系统的调试 首先用电脑在STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终

18、运行无误后将其下载到可编程控制仪器中；其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。启动后发现上行、下行、左行、右行灯均同时亮且一直亮着，这样就不符合设计中八个动作依次有序进行操作的要求，务必对其进行修正。在这种情况下我采取了以下方案： 方案一：在没有确定设备是否曾在问题的情况下，首先我们对设备进行了检测，发现不曾在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过程以确定初次的接线过程是否有误，结果发现运行的结果和先前一样出现灯均亮。这样方案一就以失败告终。 方案二：通过对程序的再三检查后，发现并未出现语法上的错误。会不会是运行的速度太快而出现一个周期接一个周期的快速运行呢？在

19、带着这个问题的情况下把程序的每个动作网络多家了一个stop指令加以验证，然后将程序写入STEP-7-Micro/WIN编程软件中运行，运行结果显示没有错误；再下载到可编程控制仪后接好线按下启动按钮，发现指示灯会按照设计动作的要求依次亮起而且程序也能按照设计的要求完成指定的单周期和多周期操作。这样利用方案二就完成了整个实验的调试。结束语通过这次机械手设计让我知道了现代企业在完成自动化控制中离不开PLC的控制，它可以使企业在生产的同时减少劳动力和生产成本。目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后且大部分工序都是通过人工来完成的，而机械手成本比较低且操作简单很适合中小企业的发展要求。但随着科技不

20、断进步我相信多功能复杂的机械手将会在不久的将来出现，所以在今后的学习和生活中我们还要不段的学习和创新，只有这样能设计出更符合现代社会所需求的产品。参考文献1廖常初.可编程序控制器的编程方法及工程应用M.重庆：重庆大学出版社2万太福.可编程序控制器及其应用M. 重庆：重庆大学出版社3刘祖润.毕业设计指导.北京：机械工业出版社4谢桂林.电力拖动及控制. 北京：中国矿业大学出版社5工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. 北京：水利电力出版社附 录附录1.指令语句主程序LD SM0.0CALL 公用子程序:SBR0LD I0.0CALL 手动子程序:SBR1LDN I0.0CALL 自动子

21、程序:SBR2公用子程序LD I0.7A I1.1AN I1.3AN I0.6= M1.5LD SM0.1O I0.0LPSA M1.5S M0.0, 1R M0.1, 10LPPAN M1.5S M0.0, 1R M0.1, 10LD I0.2A I0.4AN I0.3AN M0.0R M2.0, 1LD I0.5AN I0.3R M2.1, 1R Q0.0, 7手动子程序LD I1.4AN I1.1AN Q0.1AN Q0.2AN Q0.3AN Q0.4AN Q0.5AN Q0.6= Q0.0LD I1.5AN I1.2AN Q0.0AN Q0.2AN Q0.3AN Q0.4AN Q0.5

22、AN Q0.6= Q0.1LD I2.0AN I0.7AN Q0.0AN Q0.1AN Q0.3AN Q0.4AN Q0.5AN Q0.6= Q0.2LD I2.1AN I1.0AN Q0.0AN Q0.1AN Q0.2AN Q0.4AN Q0.5AN Q0.6= Q0.3LD I2.2AN I0.6AN Q0.0AN Q0.1AN Q0.2AN Q0.3AN Q0.5AN Q0.6= Q0.4LD I2.3AN Q0.0AN Q0.1AN Q0.2AN Q0.3AN Q0.4AN Q0.6= Q0.5LD I2.4AN I1.3AN Q0.0AN Q0.1AN Q0.2AN Q0.3AN Q

23、0.4AN Q0.6= Q0.6自动子程序LD M0.0A I0.3S M0.1, 1R M0.0, 1LD M0.1A I1.2S M0.2, 1R M0.1, 1LD M0.2A I1.3S M0.3, 1R M0.2, 1LD M0.3A I0.6S M0.4, 1R M0.3, 1LD M0.4A I1.1S M0.5, 1R M0.4, 1LD M0.5A I1.0S M0.6, 1R M0.5, 1LD M0.6TON T37, 10LD M0.6A I1.2S M0.7, 1R M0.6, 1LD M0.7A T37S M1.0, 1R M0.7, 1LD M1.0A I1.1S

24、 M1.1, 1R M1.0, 1LD M1.1A I0.7A I0.2AN M2.0AN C0S M0.1, 1R M1.1, 1LD M1.1A I0.7A I0.2A M2.0AN C0S M0.0, 1R M1.1, 1LD M1.1A I0.7LD I0.1O C0ALDS M1.2, 1R M1.1, 1LD M1.2AN C0S M0.0, 1R M1.2, 1LD M1.1LD M1.2CTU C0, 2附录2.元器件清单序号名称代号型号主要参数数量1按钮SB1SB10LA2额定电压500V 额定电流5A 1对常开触点 1对常闭触点102刀开关QSHD13B-200/3额定电流

25、200A12行程开关SQ1SQ5JLXK1-111额定电压500V 额定电流5A 1对常开触点 1对常闭触点53断路器QFDZ10-100额定电流100A14电磁继电器YV1YV6JZ7-22额定电流500V 额定电流5A 2对常开触点 2对常闭触点65热继电器FR1FR2JR0-20/3额定电流20A26交流接触器KM1KM2CJ10-10额定电压500V 额定电流10A 常开触头3对 辅助触头2常开2常闭27熔断器FRRL1-60额定电流60A 断流容量（交流）5000A18三相鼠笼式电动机M1M2Y112M-2额定功率4KW29可编程控制器S7-200PLC CNCPU224XP CN数

26、字量I/O口14入10出110数字量扩展模块EM223CNEM223 CN，4输入DC24V/4继电器输出数字量I/O口4输入4输出1附录3.电气控制及PLC课程设计评分表环 节项 目评 价优良中及格差实践环节（70%）1.设计方案合理性及创造性2.主电路及控制电路的设计、计算、选型完成情况3.控制程序的设计分析4.仿真或实验调试结果*5.解决问题能力及答辩情况6.纪律和出勤情况设计报告（30%）1.设计报告内容完整、规范，2.图纸正确、清晰，3.设计步骤规范、正确，4.设计结果可行综合评分课程设计成绩评定为： 优 良 中 及格 不及格 指导老师签名：_ 日 期：_ 指导教师签名： 日 期：