现代控制技术及PLC控制课程设计.docx

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现代控制技术及PLC控制课程设计

现代控制技术及PLC控制课程设计

现代控制技术及PLC控制课程设计

姓名

学号

班级

专业机械电子工程

院别机械工程学院

指导教师

2013年7月5日

1引言

2系统总体方案设计……………………………………………………3

2.1机械手臂搬运加工流程控制工艺分析………………………4

2.2机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成……………………5

2.3原理图设计………………………………………………………6

2.4机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配…………………7

3实现的效果……………………………………………………………8

4控制系统设计……………………………………………………………10

3.1控制程序流程图设计……………………………………………10

3.2梯形图……………………………………………………………13

3.3语句表………………………………………………………………17

心得体会……………………………………………………………………19

参考文献……………………………………………………………………20

　　　　　　　　　　　　　引言

要完成好电气控制系统的设计任务，除掌握必要的电气设计基础知识外，还必须经过反复实践，深入生产现场，将不断积累的经验应用到设计中来。

课程设计正是为这一目的而安排的实践性教学环节，它是一项初步的工程训练。

通过课程设计，了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。

电气设计包含原理设计和工艺设计两个方面，不能忽视任何一面，对于应用型人才更应重视工艺设计。

课程设计属于练习性质，不强调设计结果直接用于生产。

一、设计目的

课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

二、设计要求

1．有两部机械对工作物进行加工，对象由输送带A送到加工位置，然后由机械手臂将加工物送至工作台1的位置进行第一步骤加工。

当第一步骤加工完成后，机械手臂将工作物夹起再送至工作台2进行第二步骤加工；当第二步骤加工完成后，机械手臂将工作物放到输送带B送走，然后由7段数码管显示加工完成的数量。

2．假设使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。

3．当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。

三、设计任务

1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。

2、根据控制要求，编制PLC应用程序。

3、编写设计说明书，内容包括：

①设计过程和有关说明。

②基于PLC的电气控制系统电路图。

③PLC控制程序（梯形图和指令表）。

④电器元器件的选择和有关计算。

⑤电气设备明细表。

⑥参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

系统总体方案设计

机械手臂搬运加工流程控制工艺分析

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

目前机械手的主要发展经历可以分为三代：

第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。

研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中的任务。

它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS和柔性制造单元FMC中重要的环节。

机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

机械手的运动机构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：

下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：

回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。

本次设计使用气压机械手臂，一开始手臂先下降，碰到下限开关开始做夹起动作，然后开始上升碰到上限开关后，手臂开始往右，当碰到第一工作站的极限开关时，机械手臂下降将工作物放置工作台l然后上升等待机械对工作物加工；当工作物第一加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置工作台2上进行第二加工步骤。

当第二加工步骤完成时，机械手臂再依进行下降一夹住一上升一往右一下降一释放等流程，将工件放置输送带B送出，并由7段数码管显示出加工完成的数次。

动作示意图如图1-2所示。

图1-2机械手控制动作示意图

机械手臂搬运加工流程控制系统硬件组成

本设计中采用的机械手，水平轴、垂直轴采用步进电机控制，底盘的旋转采用直流电机控制，抓取物体的电磁阀采用气动形式。

步进电机的控制，由对应的步进电机驱动器电路完成。

完成本设计需要的实验设备有：

1）机械手模型2）计算机3）导线4）气泵5）晶体管输出型可编程控制器

机械手的控制面板分以下几个模块：

1.步进电机驱动及步进电机

驱动器电流设定为0.63A，细分设定为8细分，将24V电源接入驱动器，此时驱动器的电源指示灯应点亮；将24V与OPTO端（驱动器使能端）连接起来；PUL端是脉冲输入端；DIR是方向控制输入端。

2.直流电机本设计用的气夹电机和底座电机均是24V直流电机，PLC控制两个直流继电器的吸合来控制电机的正转和反转。

3.旋转编码盘

在本设计模型的底座上有一个旋转编码盘，在底座旋转时，在此产生一个VP-P为24V的方波信号，可以提供给PLC的高速计数器，用于机械手的定位控制。

4.接近开关

在本设计模型中底座和气夹的限位通过4个电感式接近开关来完成。

接近开关与触头接近时接近指示灯点亮、输出低电平，否则为高电平。

5.行程开关

在本设计模型中两个滚珠丝杆的限位通过4个滚轴式行程开关来完成。

当行程开关压下时，常开触点闭合，给PLC一个控制信号。

原理图设计

（1）主电路设计主电路如图所示。

控制电路设计

机械手臂搬运加工流程控制系统的I/O分配

根据机械手动作的要求及机械手实物教学实验装置说明指导，输入、输出点分配情况如表2-1所示。

表2-1PLC的I/O分配表

名称

输入

名称

输出

启动按钮

I0.0

原始位置指示灯

Q0.0

复位按钮

I0.1

抓紧电磁阀

Q0.1

上限位开关

I0.2

下行接触器

Q0.2

下限位开关

I0.3

上行接触器

Q0.3

左限位开关

I0.4

右行接触器

Q0.4

右限位开关

I0.5

左行接触器

Q0.5

实现的效果

打开电源，按下起动按钮时，开机复位。

机械手若不在原点则PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。

当后缩到位时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到底时碰到上限位开关，上升停止，回到原点。

主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降到底时碰到下限位开关，下降停止，气夹电磁阀断电，机械手夹紧。

夹紧后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。

PLC向驱动器一只输入脉冲信号，步进电机一正转，机械手前伸，前伸到位时，碰到前限位开关前伸停止。

主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

降到底时碰到下限位开关下降停止，同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。

放松后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。

上升到顶时，碰到上限位开关上升停止。

上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。

PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。

机械手后缩，当后缩到底时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。

下降到底时碰到下限位开关，下降停止，回到原点。

至此，机械手经过八步动作完成一个循环。

流程图

梯形图

LDI0.0

OM0.0

ANI0.1

=M0.0

LDSM0.1

SS0.0,1

LSCRS0.0

LDI0.2

AI0.4

ANQ0.1

=Q0.0

LDI0.0

SCRTS0.1

SCRE

LSCRS0.1

LDNI0.3

=M1.0

LDI0.3

SCRTS0.2

SCRE

LSCRS0.2

LDSM0.0

SQ0.1,1

SCRE

LSCRS0.3

LDNI0.2

=M1.1

LDI0.2

=S0.4

SCRE

LSCRS0.4

LDNI0.5

=M1.2

LDI0.5

SCRTS1.0

SCRE

LSCRS0.5

LDNI0.2

=M1.3

LDI0.2

SCRTS0.6

SCRE

LSCRS0.6

LDNI0.6

=M1.4

LDI0.6

SCRTS1.0

SCRE

LSCRS1.0

LDNI0.3

=M1.5

LDI0.3

SCRTS1.1

SCRE

LSCRS1.1

LDSM0.0

=Q0.1

TONT38,10

LDT38

SCRTS1.2

SCRE

LSCRS1.2

LDNI0.2

=M1.6

LDI0.2

SCRTS1.3

SCRE

LSCRS1.3

LDNI0.4

=Q0.5

LDI0.4

LPS

AM0.0

SCRTS0.1

LPP

ANM0.0

SCRTS0.0

SCRE

LDM1.0

OM1.5

=Q0.2

LDM1.1

OM1.3

OM1.6

=Q0.3

LDM1.2

OM1.4

=Q0.4

课程设计心得体会

本次设计完成了简单的机械手的工作原理及PLC电气部分的设计。

这次的课程设计让我学会了很多，在老师和同学的指导学习下，终于完成了这一份课程设计。

本来以为ＰＬＣ是很简单的一门课，但是做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。

课程设计是一个理论与实际结合的过程。

仅仅有理论是不够的，更重要的是实际的，这就需要我们设计者考虑问题是要仔细、周密，不能有丝毫的大意。

对设计方案的优越化，也需要我们综合各方面的因素考虑。

我很兴奋，因为整个过程都是我们自己去设计的。

设计过程中，通过针对性地查找资料，了解有关电子方面的资料，既增长了自己的知识面，补充最新的专业知识，又提高了自己的应用能力和实践能力。

对学过的课本理论知识起到了很好的温习作用。

机械手臂搬运加工采用PLC为控制核心结构合理、测试方法可靠，它具有较强的灵活性，提高了设备运行的可靠性。

通过对机械手臂搬运加工PLC控制系统设计的设计，让我很好的运用了PLC的知识，对课本的知识进一步的消化和巩固。

这次课程设计终于顺利完成了，这个设计让我获益良多，只要用心去学习，不怕困难，不管多么艰难，我们都能取得成功。

鉴于所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的实验，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师给予批评和指正。

参考文献

王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京航天航空大学出版社

王丽伟.机械手的PLC控制.武汉:

机床电器

曹才开.一种工业机械手的PLC控制.北京:

微计算机信息