机械手传送带plc课程设计综述.docx
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机械手传送带plc课程设计综述
《电气专业核心课综合课程设计》
课程设计报告
题目：
PLC在机械手控制系统中的应用
院（系）：
机电与自动化学院
专业班级：
电气工程及其自动化1003
学生姓名：
邱烈-
学号：
20101131101
指导教师：
连建华
1.课程设计题目及要求............................................1
（1）题目....................................................1
（2）控制要求...................................................1
（3）系统总体方案设计...........................................2
2.设备和元器件选型.............................................3
（1）电动机、电磁阀.............................................3
（2）交流接触器、热继电器、控制变压器、可编程控制器.............4
（3）接近开关、限位开关、光电开关、按钮........................5
3.PLC工作原理................................................11
（1）PLC工作原理及扫描工作方式...............................11
（2）FX2N-48MR型PLC...........................................13
4.控制系统设计.................................................15
（1）控制系统设计...............................................15
（2）PLC（I/O）分配.............................................15
（3）程序设计...................................................15
5.运行调试.....................................................18
（1）调试过程...................................................18
（2）调试中出现的问题及解决方法.................................19
（3）结果分析...................................................19
6.总结.........................................................19
7.参考文献.....................................................20
8.附录1电气原理图
附录2PLC接线图
.课程设计题目及要求
（1）题目:
PLC在机械手控制系统中的应用
在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。
广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
本课题要求设计一个由可编程控制器（PLC）、异步电动机、电磁阀等组成的机械手控制系统，完成PLC接线图和控制梯形图、电动机控制电路的设计，利用实验室设备完成PLC控制梯形图并进行运行调试。
（2）控制要求
机械手系统构成图
1、机械手上升限位接近开关（SP1）2、机械手下降限位接近开关（SP2）
3、机械手左转限位开关（SL1）4、机械手右转限位开关（SL2）
5、工件检测光电开关（SL3）6、空气压缩机电动机（Y0）
7、一号传送带电动机（Y6）8、机械手旋转电动机（Y3、Y4）
9、二号传送带电动机（Y7）10、机械手下降电磁阀（YA2）
11、机械手上升电磁阀（YA1）13、机械手夹紧电磁阀（YA5）
按下工作启动按钮，空气压缩机Y0工作，60秒后一号传送带电动机Y6工作，一号传送带带动工件运行，当光电开关SL3（X6）检测到工件时，一号传送带电动机停止运转，机械手下降电磁阀YA1（Y1）工作，机械手下降，到达下降限位接近开关SP2（X2），机械手停止下降,夹紧电磁阀YA5（Y5）工作，夹紧工件，2秒钟后机械手上升电磁阀YA2（Y2）工作，机械手上升，到达上升限位接近开关YA1（X5），机械手旋转电动机Y3左转，将工件运到二号传送带上方，机械手左转压到左转限位开关SL1（X3），机械手旋转电动机Y3停止运转，同时机械手下降，到达限位接近开关SP2（X2），机械手停止下降并松开释放工件，2秒钟后机械手上升，到达限位接近开关YA1（X5），二号传送带电动机Y7工作，二号传送带带动工件运行，同时机械手旋转电动机Y4右转，机械手右转压到右转限位开关SL2（X4），二号传送带电动机Y7停止运转，一号传送带电动机Y6又开始工作，机械手开始循环工作……
（3）系统总体方案设计
首先对系统设定启动与停止的按钮SB1、SB2。
SB1控制系统的启动，与输入端子X0相连；SB2控制系统的停止，与输入端子X1相连。
对于上升限位SP1、下降限位SP2、左转限位SL1、右转限位SL2、工件检测光电开关SL3。
分别于输入端子的X5、X2、X3、X4、X6相连。
对于系统的输出有一下几个：
机械手下降电磁阀YA1（Y1）、机械手上升电磁阀YA2（Y2）、机械手左转电磁阀YV3（Y3）、机械手右转电磁阀YA4（Y4）、机械手夹紧电磁阀YA5（Y5）、一号（A）传送带电动机YA6（Y6）、二（B）号传送带电动机YA7（Y7）、M10、M11、M12、M13、复位辅助继电器M5，分别由Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7控制。
系统还设置了两个计数器C0、C1。
C0对下降限位SP2（X2）计数，从而实现机械手到达二号（B）传送带时松开机械手放置物品的控制。
C1对上升限位SP1（X5）计数，从而实现机械手在松开机械手放置物品以后上升第二次压到上升限位SP1（X5）的时候实现右转的控制。
复位：
由辅助继电器M5控制，按下停止按钮X1,所有动作停止（复位），手动使机械手回到原点（左移到位），手爪张开。
系统初始时，先将控制字写入连续的数据存储单元D20到D29中，同时设定一个变址寄存器Z0，用于实现数据的顺序读取。
每当搬运完一块工件的时候，Z0加2。
下面为控制字与数据存储单元的对应表。
存储单元D20D21D22D23D24D25D26D27D28D29
控制字（D）171421293746556575
二．设备和元器件选型
电动机和电磁阀
三相鼠笼异步电动机：
Y系列、4极
空气压缩机电动机----亿万Y90L-4
选用的亿万Y90L-4系列空气压缩机电动机今天参数如下表所示
型号
额定功率（kw）
额定电压
（V）
额定电流
（A）
额定转速（r/min）
亿万Y90L-4空气压缩机电动机（Y系列4极）
1.5
380
3.95
1400
机械手旋转电动机----全兴Y80M2-4
选用的全兴Y80M2-4旋转电动机具体参数如下表所示
型号
额定功率（kw）
额定转速（r/min）
额定电压（V）
额定电流（A）
全兴Y80M2-4（Y系列4极）
0.75
1390
380
1.97
一号传送带电动机----Y6：
2.2KW
二号传送带电动机---Y7：
2.2KW
选用的正大Y2-100L1-4Y系列4极电动机具体参数如下表所示
型号
额定电压
（V）
额定电流
（A）
额定功率
（kw）
额定转速（r/min）
Y2-100L1-4
（Y系列4极电动机）
380
5.79
2.2
1410
电磁阀：
德国GSR49系列
选用的德国GSR49系列电磁阀参数如下表所示
型号
德国GSR49系列强制先导式电磁阀
尺寸范围
螺纹G1/4~G3
流体性质
中性、气态或液态流体
压力范围
0-40bar
流体温度
-10~+80℃
阀体材料
黄铜、不锈钢
标准电压（V）
DC24V
额定功率（VA）
15VA
交流接触器、热继电器、控制变压器、可编程控制器
交流接触器CJ20—10A/127V
交流接触器CJ20—10A/127V相关参数如下表所示
型号
额定电压Ui（V）
额定控制电源电压Ue（V）
额定电流Ai（A）
CJ20—10A/127V
690
交流
直流
交流
直流
127
48
0.8
0.63
热继电器JR36-20
热继电器JR36-20的主要参数和技术性能如下表所示
参数类型
JR36-20
额定工作电流A
20
额定绝缘电压V
690
断相保护
有
手动与自动复位
有
温度补偿
有
测试按钮
有
安装方式
独立式
辅助触头
1NO+1NC
AC-15380V额定电流A
0.47
DC-15220V额定电流A
0.15
选用的JR36-20CJT1-10型号参数如下表所示
型号
额定电流A
熔断器符合IEC60947-4A
JR36-20CJT1-10系列
0.25-0.35
“1”型配合
“2”型配合
63
1.6
控制变压器BKC—150VA380V/127V
控制变压器BKC—150VA具体参数如下表所示
控制变压器型号
功率（VA）
额定电压（V）
输出额定电流（A）
变压器BKC—150VA
150
初级
二级
三级
二级
三级
380
127
28
1.18
5.36
可编程控制器（PLC）：
三菱FX2N-48MRPLC
接近开关、限位开关、光电开关、按钮
接近开关
接近开关一种用于工业自动化控制系统中以实现检测、控制并与输出环节全盘无触点化的新型开关元件，当开关接近某一物体时，即发出控制信号。
接近开关在航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用；在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用；在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置；在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。
基本组成
接近开关组成原理图
工作原理
接近开关也叫近接开关，又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等
在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器，利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。
当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。
通常把这个距离叫“检出距离”，但不同的接近开关检出距离也不同，有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复，不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的，这种响应特性被称为“响应频率”。
型号及其含义
□J8M—D1NK□□
选用的欧姆龙TL-N5ME1接近开关参数如下表所示
型号
检测距离（mm）
额定电压（V）
输出状态
尺寸
特点
欧姆龙TL-N5ME1
5
三线DC24
NPNNO
25*38.5
适用于各种用途上，灵敏度高i，带有动作指示灯，直流三线式
限位开关
1.简介
限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上，当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合，由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机械装置。
2工作原理
限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关，限位开关有接触式的和非接触式的，接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置，当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行，由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。
限位开关是一种常用的小电流主令电器，利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的，通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。
在电气控制系统中，限位开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测，用于控制机械设备的行程及限位保护，构造：
由操作头、触点系统和外壳组成。
限位开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上，当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。
3型号及其含义
LX□□―□□□
限位开关的技术数据如下表所示：
型号
额定电压/V
额定电流/A
触头数量
结构形式
个数
交流
直流
常开
常闭
JLXK1-311
500
440
5
1
1
直动防护式
5
光电开关
1简介
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的，物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测，安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
2基本组成
光电开关是传感器大家族中的成员，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。
图二光电开关原理图
光电开关原理图
3工作原理
采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。
这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。
接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。
但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。
这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。
此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。
常用光电开关的分类方法：
按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。
光电开关参数如下表所示
型号
工作电压
输出类型
检测方式
输出状态
检测物体
E3TS-DS80光电开关
直流：
DC6～36V或DC12V、DC24V交流：
AC90V～250V
继电器输出型
漫反射型、反馈反射型、透过型
常开、常闭
漫反射型：
透明和不透明物体
XL-E3G2光电开关
直流：
DC6～36V或DC12V、DC24V交流：
AC90V～250V
NPN,PNP型交流二线
漫反射型反馈反射型透过型
常开、常闭
漫反射型：
透明和不透明物体
按钮
按钮是最常用的主令电器，在低压控制电路中用于手动发出控制信号。
它由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成。
按用途和结构的不同，分为启动按钮、停止按钮、急停按钮和复合按钮等。
在机械手控制系统的设计中，选用分别选用了一个启动按钮，一个停止按钮，一个急停按钮，其原理分别为：
启动按钮带有常开触头，手指按下钮帽，常开触头闭合；手指松开，常开触头复位。
停止按钮带有常闭触头，手指按下按钮帽，常闭触头断开；手指松开，常闭触头复位。
急停按钮按下之后，机械手移动工件立即停止；急停按钮解除后，所有输出重新开始。
一按按钮，机床就能锁住，解除的方法是旋转后解除
按钮的技术数据
型号
触头组合
按钮颜色
LA25－10
—常开
绿色
LA25－01
—常闭
红色
KA5－4211
—常开—常闭
灰色
三．PLC工作原理
PLC的工作过程示意图
PLC组成
CPU运算和控制中心
起“心脏”作用。
纵：
当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。
横：
输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。
然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。
把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。
组成：
CPU由控制器、运算器和寄存器组成。
这些电路集成在一个芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。
存储器
具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。
系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。
由只读存储器、ROM组成。
厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。
用户存储器：
分为用户程序存储区和工作数据存储区。
由随机存取存储器（RAM）组成。
用户使用的。
断电内容消失。
常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
输入/输出接口
输入接口：
光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。
发光二级管：
在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。
光电三级管：
在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。
在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。
输入接口电路工作过程：
当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。
当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。
向内部电路输入信号。
也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
输出接口
PLC的继电器输出接口电路
工作过程：
当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。
当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。
也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
还有特别用来输入/输出模拟电流信号和高速脉冲信号的特殊结构，例如：
模数/数模转换模块、高速计数模块等。
编程器
编程器分为两种，一种是手持编程器，方便，我们实验室使用的就是手持编程器。
二种是通过PLC的RS232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。
（5）基本工作模式
PLC有运行模式和停止模式
运行模式：
分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。
停止模式：
当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。
PLC工作过程
内部处理阶段：
在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。
通信服务阶段
在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。
输入处理阶段
输入处理也叫输入采样。
在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态，并将所读取的信息存到输入映象寄存器中，此时，输入映像寄存器被刷新。
程序处理阶段
按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中。
但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
输出刷新阶段
程序处理完毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中，再通过输出端驱动外部负载。
在运行模式下，PLC按上述五个阶段进行周而复始的循环工作，称为循环扫描工作方式。
PLC工作方式与特点
集中采样、集中输出、周期性循环扫描，“串行”工作方式
扫描周期：
PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。
每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。
PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。
通常用PLC执行1K指令所需时间来说明其扫描速度（一般1~10ms/K）。
输出滞后：
指从PLC的外部输入信号发生变化至
升级会员 