機(jī)械手PLC控制.doc

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目 錄一 機(jī)械手簡介21.1 機(jī)械手分類21.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟21.3 機(jī)械手工作過程：3二 PLC簡介5三 I/O配置表53.1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表63.2 選型73.3 PLC的輸入輸出端子分配接線圖8四 機(jī)械手的PLC控制94.1 控制特點(diǎn)94.2 系統(tǒng)控制示意圖94.3 原理接線圖104.4 操作系統(tǒng)104.5 回原位程序114.6 手動單步操作程序114.7 自動操作程序124.8 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖13五 運(yùn)行程序155.1 編輯運(yùn)行程序15六 操作面板176.1 操作面板的演示17七 軟件調(diào)試過程187.1 PLC程序的模擬調(diào)試18五 總結(jié)20參考文獻(xiàn)21附錄22一 機(jī)械手簡介在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進(jìn)展之下,機(jī)械人手臂與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機(jī)械手的最大優(yōu)勢可以重復(fù)的做同一動作在機(jī)械正常情況下永遠(yuǎn)也不會覺得累！機(jī)械手臂的應(yīng)用也將會越來越廣泛,機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個重要分支。特點(diǎn)是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn).1.1 機(jī)械手分類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。1.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 (1)根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作,確定這些動作之間的關(guān)系及完成這些動作的順序。(2)分配輸入、輸出設(shè)備,即確定哪些外圍設(shè)備是送信號給PLC的,哪些外圍設(shè)備是接收來自PLC的信號的,同時還要將PLC的輸入、輸出點(diǎn)與之一一對應(yīng),對I/O進(jìn)行分配。在此基礎(chǔ)上確定PLC的選型。(3)根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和所選PLC的I/O點(diǎn)的情況及高功能模塊的情況,設(shè)計(jì)PLC用戶程序,此時可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。（4）PLC的用戶程序體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系,編程時可用編程器或計(jì)算機(jī)直接編程、修改,同時也可對PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。(5)對所設(shè)計(jì)的PLC程序進(jìn)行調(diào)試和修改,直至PLC完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的控制功能。(6)保存已完成的程序。1.3 機(jī)械手工作過程：機(jī)械手在生產(chǎn)線上的任務(wù)是將工件從A處傳送到B處。根據(jù)外界情況，機(jī)械手在空間上主要進(jìn)行以下動作：機(jī)械手下降，機(jī)械手抓緊工件，機(jī)械手與工件上升，機(jī)械手與工件有右移，機(jī)械手與工件下降，機(jī)械手放松工件，機(jī)械手上升，機(jī)械手左移?？刂破鳈z測上，下，左，右限位開關(guān)的通斷，決定當(dāng)前的動作，通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出，控制機(jī)械手的動作。同時，用兩位數(shù)碼管顯示搬運(yùn)工件的數(shù)量。啟動控制有2種，1個由啟動開關(guān)安裝在現(xiàn)場，1個由通過組態(tài)王軟件控制。在控制面板上，安裝一個檔位開關(guān)，分手動和自動兩大檔位，手動擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動擋分單步、半自動和全自動三檔，要求自動擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。原位 下降 夾緊 上升 右移左移 上移 放松 下降圖-圖-二 PLC簡介PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。三 I/O配置表3.1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表表 3-1-1名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動SB1X0.1自動操作SB5X1.0電磁閥下降YV1Y0下限行程SQ1X0.1單步SB6X1.1電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X0.2調(diào)試SB7X1.2電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X0.3回復(fù)SB8X1.3電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X0.4電磁閥左行YV5Y4停止SB2X0.5上行燈指示EL1Y5手動操作SB3X0.6下行燈指示EL2Y6半自動操作SB4X0.7數(shù)字指示EL3Y73.2 選型S7-200豐富的種類：（1）CPU221：內(nèi)置10個數(shù)字量I/O點(diǎn)，不可擴(kuò)充；（2）CPU222：內(nèi)置14個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到78路數(shù)字量I/O或10路模擬量I/O；(3）CPU224：內(nèi)置24個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到168路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O；(4) CPU226：內(nèi)置40個數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到248路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O；主機(jī)為S7-200中的CPU226，因?yàn)樗軘U(kuò)展七個模塊。模塊1-模塊4為EM232，它是模擬量輸出模塊，每個模塊有兩個輸出通道。電源為220V交流電。主機(jī)為西門子S7-200中的CPU226，因?yàn)樗軘U(kuò)展七個模塊。模塊1-模塊4為EM232，它是模擬量輸出模塊，每個模塊有兩個輸出通道，能夠滿足需要。電源為220V交流電。選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。3.3 PLC的輸入輸出端子分配接線圖圖 3-3-1四 機(jī)械手的PLC控制4.1 控制特點(diǎn)機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。4.2 系統(tǒng)控制示意圖機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖4-2-1所示：圖4-2-14.3 原理接線圖圖4-3-14.4 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖4-4-1所示：圖4-4-1其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。4.5 回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10S12作回零操作元件。當(dāng)用S10S19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1?；卦晦D(zhuǎn)移圖如下：圖 4-5-14.6 手動單步操作程序如圖4-6-1所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。4.7 自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。圖 4-7-14.8 機(jī)械手傳送系統(tǒng)梯形圖如圖4-8-1所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的?；卦怀绦蚝妥詣硬僮鞒绦?。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。圖 4-8-1五 運(yùn)行程序5.1 編輯運(yùn)行程序if (運(yùn)行標(biāo)志=1) if (次數(shù)=0&次數(shù)=50&次數(shù)=70&次數(shù)=120&次數(shù)=220&次數(shù)=270&次數(shù)=290&次數(shù)=340&次數(shù)440) 上移信號=0; 左移信號=1; 機(jī)械手x=機(jī)械手x-1; 左爪=左爪-20/21; 右爪=右爪-20/21; 次數(shù)=次數(shù)+1; if (次數(shù)=440) 左移信號=0; 次數(shù)=0; 工件x=0; 工件y=100;本站點(diǎn)左爪=0;本站點(diǎn)右爪=10/210*100; if (停止標(biāo)志=1) 停止標(biāo)志=0; 運(yùn)行標(biāo)志=0; 六 操作面板6.1 操作面板的演示上行下行調(diào)試回復(fù)單步半自動自動手動自動（面板中有上行、下行指示燈，數(shù)字計(jì)算單位，檔位開關(guān)，單步按鈕。）圖 6-1-1七 軟件調(diào)試過程7.1 PLC程序的模擬調(diào)試 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑约案鞑?，被?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。PLC程序下載：程序編譯完之后，STEP 7Micro/WIN 32及PLC之間的通信關(guān)系也成功建立，此時可向PLC下載程序，然后收集狀態(tài)監(jiān)控或調(diào)試程序。STEP 7Micro/WIN 32提供了一套工具來調(diào)試和監(jiān)控程序。1.選擇工作模式選擇菜單欄中的“PLC” “運(yùn)行”或者“PLC” “停止”可進(jìn)入相對的PLC模式；單擊工具欄中的“運(yùn)行”按鈕或“停止”按鈕，也可進(jìn)入相應(yīng)模式；還可以手工改變位于PLC上的開關(guān)或在程序內(nèi)插入停止指令。當(dāng)PLC處于停止模式時，可利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)查看操作數(shù)的當(dāng)前值，也可以利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)迫數(shù)值(此操作只在梯形圖和功能塊圖程序狀態(tài)中使用)，還可以利用圖狀態(tài)寫入數(shù)值或?qū)懭牒蛷?qiáng)迫輸出，執(zhí)行有限數(shù)目的掃描，通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)查看影響。在停止模式下，雖然能報(bào)告操作數(shù)狀態(tài)，但PLC無法執(zhí)行用戶程序，達(dá)不到預(yù)期的控制效果。如果想觀察程序狀態(tài)的連續(xù)更新，需將PLC轉(zhuǎn)回運(yùn)行模式。 2.打開程序狀態(tài)選擇“排錯”菜單中的“程序狀態(tài)”，打開輸出窗口；或單擊調(diào)試工具條中的“程序狀態(tài)”按鈕，短暫停頓后，程序編輯器窗口開始顯示狀態(tài)。如果作數(shù)值等于1(位打開)，布爾指令(觸點(diǎn)、線圈)將被顯示成彩色塊，非布爾操作數(shù)則以通信速度允許的最快速度顯示并更新。3. 執(zhí)行有限次掃描（1)單次掃描：通過指定PLC運(yùn)行的掃描次數(shù)，可以監(jiān)控程序在改變進(jìn)程變量時的情況。PLC不支持對運(yùn)行模式執(zhí)行循環(huán)次數(shù)。任何時候PLC從停止模式進(jìn)入運(yùn)行模式，該掃描的第一掃描位(SM0.1)將被激活。由于PLC執(zhí)行的速度很快，從程序狀態(tài)很難監(jiān)控到此位的變化，因此可以使用“單次掃描”命令，它使PLC從停止模式轉(zhuǎn)變成運(yùn)行模式。執(zhí)行單個掃描，然后再轉(zhuǎn)回停止模式。由于PLC只執(zhí)行一次掃描，與第一掃描邏輯相關(guān)的狀態(tài)信息不會消失，因此可以查看此信息，進(jìn)而監(jiān)控程序?？稍诔绦蚓庉嬈鞔翱陲@示要監(jiān)控的程序部分，確定打開程序狀態(tài)，將PLC置于停止模式，使用“單次掃描”命令。（2）多次掃描：單次掃描并不能完全收集系統(tǒng)連續(xù)執(zhí)行時系統(tǒng)狀態(tài)信息的變化，需要連續(xù)或間斷地收集狀態(tài)信息。可以指定PLC執(zhí)行有限次的程序掃描(從1次掃描至65 355次掃描)。當(dāng)PLC處于停止模式時，可利用多次掃描特征查看一次或多次掃描。確定PLC為停止模式后，選擇菜單欄中的“排錯”“多次掃描”，出現(xiàn)執(zhí)行掃描對話礦，如圖？所示。在執(zhí)行掃描對話框中輸入所要進(jìn)行的掃描次數(shù)，單擊“確認(rèn)”按鈕。 （3）程序保存：當(dāng)然，要想使自己所編寫保密，也可以對其進(jìn)行保密設(shè)置。選擇“文件”菜單中的“設(shè)置密碼” ，打開用密碼保護(hù)本窗口，在“密碼”及“驗(yàn)證”框中輸入相應(yīng)的密碼和驗(yàn)證碼即可。當(dāng)然，若不想對自己的程序進(jìn)行保密設(shè)置，就在“密碼”及“驗(yàn)證”框中不輸入任何數(shù)值。選擇“文件”菜單中的“保存”選項(xiàng)，之后選擇“退出”選項(xiàng)，在出現(xiàn)的項(xiàng)目保存框中選擇“是”即可。八 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)貼近工業(yè)現(xiàn)代自動化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)智能化技術(shù)。我們通過這次專業(yè)的學(xué)習(xí)和實(shí)際操作后，能掌握PLC的基礎(chǔ)知識和基本技能。這對我們今后在畢業(yè)工作加工制造行業(yè)領(lǐng)域中從事相關(guān)領(lǐng)域。很快我們就要步入社會，面臨就業(yè)了，就業(yè)單位不會像老師那樣點(diǎn)點(diǎn)滴滴細(xì)致入微地把要做的工作告訴我們，更多的是需要我們自己去觀察、學(xué)習(xí)。不具備這項(xiàng)能力就難以勝任未來的挑戰(zhàn)?？茖W(xué)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，會有很多領(lǐng)域是我們未曾接觸過的，只有敢于去嘗試才能有所突破，有所創(chuàng)新。PLC課程設(shè)計(jì)帶給我們的，不全是我們所接觸到的那些操作技能，也不僅僅是通過幾項(xiàng)工種所要求我們鍛煉的幾種能力，更多的則需要我們每個人在課程設(shè)計(jì)結(jié)束后根據(jù)自己的情況去感悟，去反思，勤時自勉，有所收獲，使這次設(shè)計(jì)達(dá)到了的真正目的參考文獻(xiàn) 1 王庭有等編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.第二版M.北京：國防工業(yè)出版社，3036 2 范永生、王岷編.電氣控制與PLC應(yīng)用.第二版M。北京：中國電力出版社2007 9294 3 周美蘭、周封、王岳宇編著.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)C.北京：科技出版社，2003 7376 4 宋伯生編著.PLC編程使用指南M.機(jī)械工業(yè)出版社，2007 85875 陳志新、宗學(xué)軍編.電器與PLC控制技術(shù)M.中國林業(yè)出版社，2006 93946 郝維來主編.可編程控制器原理與應(yīng)用M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2008 1151177可編程控制器原理與應(yīng)用主編：周惠文電子工業(yè)出版社北京，2007.8附錄PLC課程設(shè)計(jì)成績評定表指導(dǎo)教師評語：成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日