2022年机电一体化技术专业大学本科方案设计书方案设计书规刘渊 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录摘要 1前言 21、PLC应用系统设计基础学问 31.1 PLC 掌握系统设计的原就和内容；31.2PLC的挑选 32、PLC掌握系统硬件设计 42.1 按钮和行程开关的挑选 42.2 接近开关、转换开关、刀开关的挑选 52.3 时间继电器、接触器的挑选 62.4 熔断器、电动机的挑选 62.5 电磁阀的挑选 73、PLC 在大小球分选系统中的设计 73.1 系统的功能 73.2 分捡大小球系统的结构 73.3 分捡大小球系统的工作原理 83.4 分捡大小球系统的输入 / 输出地址及定时器安排 83.5 分捡大小球的设计思想 93.6 分

2、拣大小球掌握系统的接线图 104、大小球分选系统的 PLC 程序设计 10总结 12致谢 13参考文献 14名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要机械手的积极作用正日益为人们所熟悉,其一,它能部分地代替人的劳动并能 达到生产工艺的要求,遵循肯定的程序、时间和位置来完成工件的传送；由于,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讨论和应用；特殊在高温、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进展,并取得肯定

3、的成果,受到各工业部门的重视；在生产过程中,常常要对流水线上的 产品进行分捡,本课题拟开发物料搬运机械手,采纳的德国西门子 S7-200 系列 PLC,对机械手的上下、左右以及抓取运动进行掌握；用于分捡大小球的机械装 置；我们利用可编程技术,结合相应的硬件装置,掌握机械手完成各种动作；关键词 ：机械手、 PLC、 大小球名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 前言当今世界已进入信息时代,Internet成为 21 世纪最受关注的行业之一, 它的飞速进展和在全球范畴的普及应用正在给人类生活带来革命性变化；网络技术的 进展也

4、取得了庞大的成就,为网站开发供应了很好的技术支持；正基于这个背景,产生了图片网站设计这个毕业设计课题；最大限度地满意被控对象或产生过程的掌握要求；对于一些原先用继电接触器线路不易实现的要求,使用PLC后,将很简洁实现；在满意掌握要求前提下,力求使掌握简洁、经济、操作和爱护便利；对一些过去较为繁琐的掌握可利用 式；PLC的特点加以简化,通过内部程序化外部接线及操作方保证掌握系统的安全、牢靠；同时实行“ 软件兼施” 的方法；考虑到生产的进展和工艺的改进,挑选PLC容量及 I/O 点数时,应适当留有裕量；一个系统完成后,往往会发觉一些原先没有考虑到的问题,或者新提出的问题 ,假如事先留有裕量；就PL

5、C 系统极易修改；同时对日后系统工艺的变更供应便利；当然对于不同的用户,要求的侧重点不同,设计的原就也应有所区分,假如 以提高产品和安全为目标,就应将系统牢靠性放在设计的重点,设置考虑实行冗余 掌握系统；假如要求系统改善信息治理,就应将系统通信才能与总线网络设计加以 强化；假如系统工艺常常变更,就事先充分考虑；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - PLC应用系统设计基础学问1、PLC应用系统设计基础学问PLC 应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内 容；本课程设计着重在系统设计和程序设计；1.1

6、PLC掌握系统设计的原就和内容；PLC 的挑选除了应满意技术指标的要求外,仍应着重考虑产品的技术支持与售 后服务等情形；最大限度地满意被控对象或产生过程的掌握要求；对于一些原先用继电接触器线路不易实现的要求,使用PLC后,将很简洁实现；在满意掌握要求前提下,力求使掌握简洁、经济、操作和爱护便利；对一些过去较为繁琐的掌握可利用 式；PLC的特点加以简化,通过内部程序化外部接线及操作方保证掌握系统的安全、牢靠；同时实行“ 软件兼施” 的方法；考虑到生产的进展和工艺的改进,挑选PLC容量及 I/O 点数时,应适当留有裕量；一个系统完成后,往往会发觉一些原先没有考虑到的问题,或者新提出的问题 ,假如事

7、先留有裕量；就PLC 系统极易修改；同时对日后系统工艺的变更供应便利；当然对于不同的用户,要求的侧重点不同,设计的原就也应有所区分,假如 以提高产品和安全为目标,就应将系统牢靠性放在设计的重点,设置考虑实行冗余 掌握系统；假如要求系统改善信息治理,就应将系统通信才能与总线网络设计加以 强化；假如系统工艺常常变更,就事先充分考虑；1.2 PLC 的选型在满意掌握要求的前提下,选型时应挑选正确的性能价格比,具体考虑以下几 点；1.2.1 性能与任务相适应 对于开关量掌握系统的应用系统,当对掌握要求不高时,可选用小型 PLC（如 西门子公司 S7-200系列 PLC 或 OMON 公司系列 CPM1

8、A/CPM2A 型 PLC）就能满 足要求,如对小型泵的次序掌握、单台机械的自动掌握等；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对于以开关量掌握为主,带有部分模拟量掌握的应用系统,如对工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的掌握,应选用带有 A/D 转换的模拟量输入模块和带有 D/A 转换的模拟量输出模块,配接相应的传感器、变送器和驱动装置,并且挑选运算功能较强的中小型 PLC,如西门子公司的 S7-300 系列 PLC 或OMRON 公司的 COM/CQM1H 型 PLC；对于比较复杂的中大型掌握系统,如闭环

9、掌握、PID 调剂、通信联信网 4 等,可选用中大型 PLC （如西门子公司的 S7-400 系列 PLC 或 OMRON 公 司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1 等 PLC）；当系统的各个掌握对象分布在不同的地域时,应依据各部分的具体要求来挑选 统；PLC,一组成一个分布式的掌握系1.2.2 PLC 的处理速度应满意时实掌握的要求 PLC 工作时,从输入信号掌握存在着滞后现象,即输入量的变化,一般要在12 个扫描周期之后才能反映到输出端,这对于一般工业掌握是答应的；但有些设备的实时性要求教高,不答应有教大的滞后时间；例如,PLC 的 I/O 点数在几十到几千点范畴内

10、,这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别；滞 后时间应掌握在几十毫秒之内,应小于一般继电器的动作时间；1.2.3 PLC 应用系统结构合理、机型系列应统一PLC 的结构分为整体式和模块式两种；整体式结构把PLC 的 I/O 和 CPU 放在一块电路板上,省去插接环节,体积小,每一 I/O 点的平均价格比模块式的廉价,适用于工艺过程比较稳固、掌握要求比较简洁的系统；模块式 PLC 的功能扩展,I/O 点数的增减,输入与输出点数的比例,都比整体式敏捷；修理更换模块、判定与处理故障快便利,适用于工艺过程变化教多、掌握要求复杂的系统；在使用时,应按实际具体情形进行挑选；结合以上几点,在设

11、计PLC 机械手在大小球分选系统中用的PLC 的选型为西门子S7-200系列的可编程掌握器；2、PLC掌握系统硬件设计2.1 按钮和行程开关的挑选2.1.1 按钮的挑选原就：1 依据使用场合,挑选掌握按钮的种类,如开启式,防水式,紧急式等；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 依据用途,选用合适的型式,如钥匙式,紧急试,带灯式等；3 按掌握回路的要求,确定不同的按钮数,如单钮,双钮,三钮,多钮等；4 按工作状态指示和工作情形的要求挑选按钮及指示灯的颜色2.1.2 行程开关的挑选：行程开关的分类：直动式,滚动式和微动

12、式三种；直动式行程开关的优点是结 构简洁,成本低,但简洁烧蚀触头；滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺 点,但其结构复杂,价格也较高,所以挑选微动式行程开关体积小,动作灵敏,适 用于小型机构中使用；2.2 接近开关、转换开关、刀开关的挑选2.2.1 接近开关的挑选：接近开关是一种对接近它的物体有“ 感知” 才能的元件位移传感器,利用传 感器对接近物体的敏锐特性达到掌握开关通或断的目的,当有物体移向接近开关,并接近到肯定距离时,位移传感器才有“ 感知” ,开关才会动作；在设计中,接近开关 SBO用于检测是否有球,位；SB1SB5 分别用于传送机械手上下左右运动的定接近开关分为霍尔接近开关,超声

13、波接近开关,高频振荡式接近开关,霍尔接 开关用于检测磁场,一般用磁场钢作为被检测体；超声波接近开关适用检测不能或 不行触及的目标,其掌握功能不受声、电、关等因素干扰,检测物体可以是固体、液体、或粉末状态的物体,只要能反射波用的电子装置及调剂检测范畴用的程控桥 式开关等几个部分组成,高频振荡式接近开关用于检测各种金属,主要由高频振荡 器,集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成；2.2.2 转换开关的挑选：转换开关是一种多档位,多触点,能够掌握多回路的主令电器,可以用于掌握 小容量电动机的启动、换向、调速、正反转掌握等,常用的万能转换开关有 LW2、LW5、LW6、 LW8等系列,在设计机械手大小

14、球分选系统中操作方式有手动,单周 期,连续；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2.3 刀开关的挑选：刀开关是一种手动电器,为了简洁,便利,挑选HD 型单投刀开关,分为1级,2 级, 3 级；2.3 时间继电器、接触器的挑选2.3.1 时间继电器的挑选：时间继电器在掌握电路中用于时间的掌握,有 SS18 等系列的时间继电器；2.3.2 接触器的挑选：接触器的选型要求：JS23,JS27A,JSK ,7PR,（ 1）依据负载性质挑选接触器类别,一般沟通负载挑选沟通接触器,直流负 载挑选直流接触器；（2）依据被控电路

15、电流大小和使用类别挑选接触器的额定电流；（3）依据被控电路电压等级来挑选接触器的额定电压；（4）依据掌握电路的电压等级挑选接触器线圈的额定电压；2.4 熔断器、电动机的挑选2.4.1 熔断器的挑选：熔断器在电路中主要起短路爱护作用,用于爱护线路,熔断器具有结构简洁,体积小,重量轻,使用爱护便利,价格低廉,分断才能较高,限流才能良好等优点,熔断器有 NT、RT、RL、RLS2、FA4 等型式的熔断器, RT 系列为有填封闭管式熔断器,可在 500V 以下沟通系统中作过载及短路爱护用,这种熔断器为螺栓连接,可直接连在母线排上,特殊适合开关熔断器组选用,RT15 型熔断器最大额定电流 400A,额定

16、分断才能 100KA ；2.4.2 电动机的挑选：电动机是选沟通的,而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类,异步电动机主要用作电动机,去拖动各种生产机械；由于异步电动机具有结构简洁,制造,使用便利,运行牢靠,成本低廉,效率较高等优点而得到广泛应用；例如,在工业名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 生产中,异步电动机用于拖动中小型轧钢设备,各种金属切削机床,轻工机械和矿 山机械等；在农业生产中,异步电动机用于拖动水泵,粉碎机以及其他农副产品的 加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也都是用异步电 动

17、机拖动的；2.5 电磁阀的挑选电磁阀的分类：国内外的电磁阀从原理上分为三大类即：直动式、分步童先导式,而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区分又分为六个分支小类直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构 ；电磁阀的优点：耐 高温电磁阀是间接先导式平稳电磁阀,具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用范畴广等；3、PLC在大小球分选系统中的设计3.1 系统的功能 为实现大小球的分捡掌握,所设计系统程序必需实现以下主要功能：1）该系统可完成大小球的自动识别,自动运输和自动到大球缸和小球缸释放对应的 球；2）该系统可实现掌握系统的多种工作方式；3）该系统在发生故障时

18、,捡球装置必需复位；3.2 分捡大小球系统的结构 由下图所示,分捡大小球掌握系统主要由各种限位开关,捡球装置,横梁,各种球缸组成,其中捡球装置内部有两台电动机,一台掌握捡球平板装置上升和下 降,一台掌握捡球装置在横梁上左行和右行；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 分捡大小球系统的工作原理当捡球装置停在左极限SB3 处时,按下启动按钮SB0,捡球装置下降捡球平板,当下降的捡球平板遇到下限开关SB2时,停止下降,捡球装置给平板处的电磁线圈（ KM）通电,捡球平板产生电磁吸力吸住钢球,此时压力感应器用来判定是吸住

19、的大球仍是小球,假如压力感应器的输出Y1 断开,说明吸住的是小球,而Y1 如是闭合的,就说明吸住的是大球；当吸住钢球后,捡球平板上升,遇到上限开关后开头右行, SB4 为小球位限位开关, SB5 为大球位限位开关,在右行的过程中,如果吸住的是大球,就要到遇到SB5才停止右行,下降到下限开关位置,断电释放钢球,然后上升到上限开关位置停止上升,开头左行,遇到左极限停止左行；而假如是吸住的小球,就在右行的时候遇到SB4 就停止右行,下降到下限开关出停止下行,断电释放钢球,然后上升到上极限位置停止上升,开头左行,到左极限停止左 行,重新开头新一轮捡球过程,如此反复执行；（吸球时间为 2s,释放球时间也

20、 为 2s）3.4 分捡大小球系统的输入 / 输出地址及定时器安排名师归纳总结 输入地址对应的外部设备输出地址对应设备的操作第 9 页,共 15 页I0.0 设备的启动按钮Q0.0 机械臂上升I0.1 上移限位开关Q0.1 机械臂下降I0.2 下移限位开关Q0.2 机械臂左行I0.3 左移限位开关Q0.3 机械臂右行- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - I0.4 大小球的挑选开关Q0.4 机械臂吸球 / 放球I0.5 小球的挑选开关定时器定时时间I0.6 大球的限位开关T37 2S I0.7 设备的停止按钮T38 2S I1.0 连续运行按钮I1.1 单周

21、期运行按钮I1.2 单不运行按钮I1.3 回原点运行I1.4 单步运行的帮助按钮3.5 分捡大小球的设计思想1 当输送机处于起始位置时,上限位开关和左限位开关被压下,极限开关断开；2 启动装置后,捡球装置下行,始终到极限开关闭合；此时；如遇到的是小球,就压力传感器仍为断开状态；如遇到的是大球,就压力传感器闭合状态；3 吸起小球后,就捡球装置向上行,遇到上限位开关后,捡球装置向右行；遇到右限位开关（小球的右限位开关）后,再向下行,遇到下限位开关后,将小球释放到小球箱里,然后返回到原位；4 假如吸起的是大球,捡球装置右行遇到另一个右限位开关（大球的右限位开关）后,再向下行,遇到下限位开关后,将大球

22、释放到小球箱里,然后返回到原位；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.6 分拣大小球掌握系统的接线图4、大小球分选系统的 PLC程序设计4.1 状态流程图名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据工艺要求,该掌握流程依据吸住的是（大球、小球）有两个分支,此处应为分支点,且属于挑选性分支；分支在机械臂下降之后依据接近开光（X0）的通断,分别将球吸住、上升、右行到 释放、上升、左移到原点；SB4 或 SB5 处下降,此处应为汇合点；然后再当

23、按下 SM0.1 时,S0.0 得电,假如转换条件满意,S0.1 得电捡球装置下降捡球平板,当下降的捡球平板遇到下限开关SB2 时,S0.2 得电,停止下降,捡球装置给平板处的电磁线圈（KM）通电,捡球平板产生电磁吸力吸住钢球,此时压力感应器 I0.4 用来判定是吸住的大球仍是小球,假如压力感应器 I0.4 的输出断开,说明吸住的是小球,而如是闭合的,就说明吸住的是大球；当吸住钢球后,S0.3 得电捡球平板上升,遇到上限开关后开头右行,I0.5 为小球位限位开关, I0.6 为大球位限位开关,在右行的过程中,假如吸住的是大球,S0.6 得电,就要到遇到I0.6才停止右行, S0.7 得电,下降

24、到下限开关位置,S1.0 得电,断电释放钢球,然后 S1.0 得电上升到上限开关位置停止上升,S1.2 得电,开头左行,遇到左极限停止左行；而假如是吸住的小球,就在右行的时候遇到I0.5就停止右行, S0.7 得电,下降到下限开关出停止下行,S1.0 得电,断电释放钢球,然后上升到上极限位置停止上升, S1.2 得电,开头左行,到左极限停止左行,吸球时间 T37 为 2s,释放球时间 T38也为 2s）当将旋钮开关I1.0后,系统由开头捡球到放球,返回再次开头捡球,如此循环不断的进行捡球和放球的过程,直到按下停止按钮,系统才停下来不工作；当系统在连续运行时,停止方式有两种,一种是正常停止：就是

25、按下停止按钮 后,系统要将整个周期剩下的步骤全部进行完,然后回到原点才停止工作；另外一 种是紧急停止：就是用来处理紧急情形下来准时停止整个系统工作的,一按紧急停 止,系统马上停止,不管已经工作到什么位置；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 总结短短一个多月的毕业设计就要告一段落,纵观整个设计过程,可以说在这一过程中我的收成很大,充分熟悉到自己的薄弱环节,通过理论分析与实践的反复进行和论证,很多问题都有了较好的解决方案；软件部分采纳各部分程序直接转的方式,依次实现了PLC 流程图、梯形图、指令表三种机械手掌握方式；用

26、此种方法编写程序条理清楚,连贯性强,但如要增加其它机械 手掌握方式或进行扩展,程序会变得相当复杂而且简洁出错,出错后调试修改也很困 难；收进的方式是将各部分程序写成程序,便利调用和调试；此种方法的优点是程序编 写比较简洁,不需要再编写分支、汇合状态移图的程序,且由于本课对定时精确度要求 并不高,相宜采纳；如是在对定时精度要求比较高的情形下,应采纳单片机的中断功能 进行硬件定时；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通过此次设计,明白了 PLC 机械手在大小球分选系统的工作原理,首次学习了一些 机械手的工作原理及使用方

27、法；其中电路及软件实现是此次设计的主要部分；通过这次综合实践,我更加看清了自己的不足之处；为了搞好这次毕业设计,通过 查阅资料以及在老师和同学的帮忙下,最终基本达到了设计目的；通过实践,巩固了理 论学问的学习,提高了实际应用所学学问的才能,仍积存了很多珍贵的体会；特殊是老 师严谨冶普的态度给我启示不小；在这次的设计实践过程中,我熟悉到不管做什么事,特殊是科学实践,都需要大胆假设,当心求证；任何一个方案都要经过具体周全的论证 后才能着手去做,否就即使很快做出来,但经不起推敲和考查；对于那些要求能够扩展 功能的课题更是如此；致谢本论文从选题到完成,每一步都是董万迎老师的指导下完成的,倾注了老师大量

28、 的心血；在此,谨向老师表示崇高的敬意和诚心的感谢！论文得以完成,要感谢的人实在太多了,第一要感谢指导老师,由于论文是在老 师的尽心指导下完成的；老师渊博的专业学问,严谨的治学态度,精益求精的工作作 风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,淳朴无华、平易近人的 人格魅力对我影响深深；在我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,论文提纲 的确定,中期论文的修改,后期论文格式调整等每一步都是老师的尽心指导下完成 的；老师指引我的论文的写作的方向和架构,并对本论文初稿进行逐字批阅,指正出 其中误谬之处,使我有了摸索的方向,他循循善诱的教诲和不拘一格的思路给了我无 尽的启发,他的严谨细致

29、、一丝不苟的作风,将始终是我工作、学习中的榜样；同时,论文的顺当完成,离不开其他各位老师、同学和伴侣的关怀和帮忙；在整 个的论文写作中,各位老师、同学和伴侣积极帮忙我查资料和供应有利于论文写作的 建议和看法,在他们的帮忙下,论文得以不断的完善,最终帮忙我完整的写完了整个名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 论文；另外,要感谢在这两年多的学期间全部传授我学问的老师,是你们的尽心教诲使我有了良好的专业课学问,这也是论文得以完成的基础；感谢全部给我帮忙的老师和同学,感谢你们！参考文献1 廖常初主编 . PLC基础及应用 . 机械工业出版社 ,2004 2 简明修理电工手册机械工业出版社 ,1993 3 赵金荣主编 . 可编程序掌握器原理及应用上海应用技术学院4 易传禄主编 . 可编程序掌握器应用指南上海科普出版社 5 方承远主编 . 工厂电气掌握技术机械工业出版社6 王永华主编 . 现代电气及可编程技术机械工业出版社名师归纳总结 7 汤以范主编 . 电气与可编程序掌握器技术机械工业出版社第 15 页,共 15 页- - - - - - -