基于FX0N60MR可编程控制器的显像管搬运机械手控制系统三菱PLC资料.docx

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基于FX0N60MR可编程控制器的显像管搬运机械手控制系统三菱PLC资料

XXXX大学

机制机电专业课程设计论文

专业：

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指导教师：

1、可编程控制器的显像管搬运机械手控制系统简介.......................................1

2、设计方案...........................................................................................................3

2.1控制要求......................................................................................................3

2.2设计思路及可编程控制器简介...................................................................4

2.2.1可编程控制器的定义................................................................................4

2.2.2可编程控制器的特点................................................................................4

2.2.3可编程控制器的运用领域.......................................................................6

2.2.4可编程控制器的发展状况........................................................................7

2.3功能流程......................................................................................................9

2.4I/O端口分配表.............................................................................................10

2.5PLC接线图...................................................................................................11

2.6控制状态转移图..........................................................................................12

2.7控制梯形图..................................................................................................14

2.8指令程序......................................................................................................18

2.9调试运行与问题分析................................................................................21

3、心得体会...........................................................................................................22

参考文献...................................................................................................................23

一、可编程控制器的显像管

搬运机械手控制系统简介

1.1基于FX0N–60MR可编程控制器的显像管搬运机械手

控制系统

在显像管生产线上需要对显像管进行清洗。

首先要将装在来管传送连的吊篮中的显像管，通过机械手搬运到圆盘清洗机。

显像管在来管传送连的吊篮中的安放位置是随意的，而清洗机要求显像管的安放位置是确定的，这就要求机械手不但要完成搬运操作，还要在搬运过程中对显像管进行方位校正。

因清洗机的工作节拍较快，上管（将显像管搬运到清洗机上）和下管（将清洗后的显像管取下，搬运到送管传送连的吊篮中）同时进行，采用两个搬运机械手分别进行处理。

本课题只考虑上管机械手的控制，清洗现场示意图如图所示。

在圆盘型清洗机停转的21s内，上管机械手将处于各种方位的显像管从来管传送连的吊篮中取出，在搬运过程中进行水平和垂直方位的校正，然后放到清洗机的放管工位（1号工位），清洗结束后的显像管在下管工位（12号工位）由下管机械手取走。

机械手的结构主要有：

大摆缸（电磁阀）及组件、燕尾缸（电磁阀）及组件、下臂抬臂缸（电磁阀）及组件、吸盘升降缸（电磁阀）及组件、钳口合拢缸（电磁阀）、校正电机、回转电机。

上管机械手的工作过程是：

当来管传送连的吊篮中有显像管时，位置传感器发出信号，使燕尾伸出，抬臂缸抬起，将显像管从来管传送连的吊篮中取出。

在搬运过程中由校正电机与钳口合拢缸配合，完成水平方位和垂直方位的校正。

校正后的显像管放到清洗机的上管工位。

然后机械手恢复原位，等待下一个显像管的到来。

上管机械手的工作流程图如图所示。

图1.1显像管清洗示意图

图1.2上管机械手工作示意图

二、设计方案

2.1控制要求：

按照图中的工作流程设计PLC控制程序。

1）如果机械手的大摆摆到清洗机处，在清洗机的上管工位有剩管时，机械手不能上管，要等到清洗机的下一个空管工位到位时再上管。

2）如果清洗机在上管工位已经停了10s，机械手才摆到清洗机处，为防止在上管过程中因清洗机转位打破显像管，机械手不能上管，要等到清洗机的下一个空管工位到位时再上管。

3）当燕尾伸入传送连取管时，如果由于某种故障，在3s内，燕尾没有缩回，为保护机械手和传送连，系统发出报警信号，并且自动停止传送连的运行。

4）用指示灯指示机械手的各种位置。

2.2设计思路及可编程控制器简介.

设计思路：

当来管传送连的吊篮中有显像管时，位置传感器发出信号，使燕尾伸出，抬臂缸抬起，将显像管从来管传送连的吊篮中取出。

在搬运过程中由校正电机与钳口合拢缸配合，完成水平方位和垂直方位的校正。

校正后的显像管放到清洗机的上管工位。

然后机械手恢复原位，等待下一个显像管的到来。

2.2.1可编程控制器的定义

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

2.2.2可编程控制器的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强　　

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

2,.硬件配套齐全，功能完善，适用性强　　

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

3.PLC的安装接线方便，一般用接线端子连接外部接线。

4.PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

5、易学易用，深受工程技术人员欢迎　

　PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

6、系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造　　

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

7、体积小，重量轻，能耗低　　

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.2.3可编程控制器的运用领域

1．用于顺序控制

顺序控制是根据有关输入开关量的当前与历史的状况，产生所要求的开关量输出，以使系统能按一定顺序工作。

这是系统工作最基本的控制。

2．用于过程控制

过程控制要用到模拟量。

模拟量一般是指连续变化的量，如电流、电压、温度、压力等物理量。

过程控制的目的就是，根据有关模拟量的当前与历史的输入状况，产生所要求的开关量、或模拟量输出，以使系统工作参数能按一定要求工作。

是连续生产过程最常用的控制。

过程控制的类型很多。

3．用于运动控制

运动控制主要指，对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。

可以是单坐标，即控制对象作直线运动；也可是多坐标的，控制对象的平面、立体，以至于角度变换等运动PLC也已具备处理脉冲量的能力。

4．用于信息控制

信息控制也称数据处理，是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。

随着技术的发展，PLC不仅可用作系统的工作控制，还可用作系统的信息控制。

5．用于远程控制

远程控制是指，对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。

2.2.4可编程控制器的发展状况

1、可编程控制器的硬件发展

可编程控制器的10项招标指标1968年，美国通用汽车公司（GM）根据多品种、小批量、不断翻新汽车品牌的战略思想，以降低生产成本，缩短新产品开发周期为设想，针对汽当时车生产线的自控系统现状：

工装基本上由继电器控制装置构成。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

2.可编程控制器的发展从控制功能来看，可编程控制器的发展大致经历了4个阶段：

（1）、初级阶段：

从第一台PLC问世到20世纪70年代中期

由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，主要功能是逻辑运算和计时、计数功能。

CPU由中小规模数字集成电路构成。

主要产品有：

MODICON公司的084，AB公司的PDQ-IL，DEC公司的PDP-14，日立公司的SCY-022等。

第一阶段就采用了梯形图语言作为编程方式，尽管有些枯燥，但却形成了工厂的编程标准。

（2）、扩展阶段：

从20世纪70年代中期到70年代末期

这一阶段PLC产品的控制功能得到很大扩展。

扩展的功能包括数据的传送、数据的比较和运算、模拟量的运算等功能。

这一阶段的产品有MODICON的184，284，384，西门子公司的SIMATICS3系列，富士电机公司的SC系列产品。

通信阶段：

20世纪70年代末期到80年代中期

这一阶段产品与计算机通信的发展有关，形成了分布式通信网络。

但是，由于各制造商各自为政，通信系统也是各有各的规范。

由于在很短的时间内，PLC就已经从汽车行业迅速扩展到其它行业，作为继电器的替代品进入了食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业。

其次，产品功能也得到很大的。

（3）．开放阶段：

从20世纪80年代中期开始

由于国际标准化组织提出了开放系统互连的参考模型OSI，使PLC在开放功能上有较大发展。

主要表现为通信系统的开放，使各制造厂商的产品可以通信，通信协议开始标准化，使用户得益。

此外，PLC开始采用标准化软件系统，增加高级语言编程，并完成了编程语言的标准化工作。

这一阶段的产品有西门子公司的S7系列，AB公司的PLC-5，SLC500，德维森的V80和PPC11，加拿大ONLINECONTROL公司与合控电气公司所开发的OPENPLC等。

2.3功能流程

图2.1上管机械手工作流程图

2.4I/O端口分配表

表2.1显像管搬运机械手I/O分配表

输入

作用

代号

输出

作用

X000

机械手原位

SQ1

Y001

燕尾伸出

X001

显像管传送限位

SQ2

Y002

燕尾缩回

X002

上限位开关

SQ3

Y003

下臂抬起

X003

下限位开关

SQ4

Y004

下臂下放

X004

右限位开关

SQ5

Y005

合拢钳口合拢

X005

左限位开关

SQ6

Y006

合拢钳口打开

X016

左回转限位

SQ7

Y007

吸盘上升

X007

钳口合拢限位

SQ8

Y010

吸盘下降

X010

钳口打开限位

SQ9

Y011

回转跟踪

X011

大摆前摆限位

SQ10

Y012

回转电机

X012

大摆后摆限位

SQ11

Y013

校正电机

X013

真空继电器动作

Y015

摆动复位

X014

清洗机停止

SQ12

Y017

吸盘吸气

X015

清洗工位有管

SQ13

Y020

停止显像管传送

Y021

摆动到清洗机

Y022

报警

2.5PLC接线图

图2.2显像管搬运机械手IO接线图

2.6控制状态转移图

图2.3显像管搬运机械手控制状态转移图

2.7控制梯形图

图2.4显像管搬运机械手控制梯形图

2.8指令程序

2.9调试运行与问题分析

（1）对状态转移图进行修改时，会提示“含有未变换梯形图。

放弃未变换梯形图吗？

”，经过多次调试，发现原来每次修改完后要及时点击“变换（编辑中的所有程序）”这一按钮。

（2）初次调试时在第一个并行分支处卡住。

调试很久还是无法下去，经过对状态转移图进行修改重画，再次调试发现可以了，主要修改是：

1对S22下面的选择条件进行改进，将原先的条件“T0*X005或T0*X005”改为“T0*X005或T0”。

2对报警处进行了修改，原先用Y020作为S0的转移条件后来定时器T1作为转移条件。

3对并行分支汇合处转移条件进行修改，原先条件是用“X010*Y023”，后来改为只用X010,而真空继电器动作X013这一条件与定时器T2串联作为S28的转移条件。

（3）因为实验板上无法用Y023（真空继电器工作）这一开关故用了X023作为真空继电器的开关。

（4）S28和S32处状态元件没输出，会出现问号，故用了通用辅助继电器M0和M1作为它们的输出。

（5）调试过程中发现实验板上的X006开关坏了，故用X016替代X006作为回转复位的位置开关。

心得体会

这次课程设计中我们的题目是《基于FX0N–60MR可编程控制器的显像管搬运机械手控制系统》，在进行这次课程设计的过程中我们知道了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，这种同样也可以应用在显像管清洗过程中，以实现自动化。

此次课程设计我们是以分组的方式进行，每组有一个题目。

而我们做的显像管搬运机械手控制系统要求我们查阅、学习各方面的资料，并设计出PLC控制系统，从而使我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。

而且这次分组工作的方式给了我与同学合作的机会，在讨论的过程中我们互相取长补短，这样不仅提高了我们这次课程设计的质量，也增强了我们与人合作的意识与能力，让我们更加意识到团队合作的重要性。

这次课程设计实践中，我们通过将控制状态转移图、控制梯形图、控制指令表等理论知识运用到实际生活中，使我们对可编程控制器的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

让我们知道有很多设计理念来源于实际，在实践中能够找出最适合的设计方法。

这次对理论在实践的运用中，提高了我们的工程素质。

当然。

在这次课程设计的过程中不可缺少的是老师与同学的帮助与指导。

在老师和同学的细心指导下我们才能发现我们在设计和调试过程的错误，并进行修改，从而才能顺利完成这次课程设计。

总的来说，这次课程设计让我受益匪浅，我不仅提高并巩固了我的专业基础知识，还通过了解课外知识并应用于实践，使得我的个人实践能力大大提高，增强了我的自信心，让我相信我可以在成功的道路中走的更远。

参考文献

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2010.5