現(xiàn)代控制技術(shù)及plc控制課程設(shè)計--機械手的工作原理及plc電氣部分的設(shè)計

1、<p>　　現(xiàn)代控制技術(shù)及PLC控制課程設(shè)計</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　班 級 </p><p>　　專 業(yè) 機械電子工程 </p><p>　　院 別

2、 機械工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　2013年7月5日</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言 </b></p><p&g

3、t;　　2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計…………………………………………………… 3</p><p>　　2.1 機械手臂搬運加工流程控制工藝分析……………………… 4</p><p>　　2.2 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)硬件組成…………………… 5</p><p>　　2.3原理圖設(shè)計……………………………………………………… 6</

4、p><p>　　2.4 機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配………………… 7</p><p>　　3 實現(xiàn)的效果…………………………………………………………… 8</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………… 10</p><p>　　3.1 控制程序流程圖設(shè)計………………………………

5、…………… 10</p><p>　　3.2 梯形圖…………………………………………………………… 13</p><p>　　3.3語句表……………………………………………………………… 17</p><p>　　心得體會…………………………………………………………………… 19</p><p>　　參考文獻……………………

6、……………………………………………… 20　　　　　　　　　　　　　引言</p><p>　　要完成好電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，除掌握必要的電氣設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還必須經(jīng)過反復(fù)實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗應(yīng)用到設(shè)計中來。課程設(shè)計正是為這一目的而安排的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它是一項初步的工程訓(xùn)練。通過課程設(shè)計，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計要求、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法。電氣設(shè)計包含原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩個方面，不能忽視任何

7、一面，對于應(yīng)用型人才更應(yīng)重視工藝設(shè)計。課程設(shè)計屬于練習(xí)性質(zhì)，不強調(diào)設(shè)計結(jié)果直接用于生產(chǎn)。</p><p><b>　　一、設(shè)計目的</b></p><p>　　課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿

8、足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。</p><p>　　課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。&l

9、t;/p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　1．有兩部機械對工作物進行加工，對象由輸送帶A送到加工位置，然后由機械手臂將加工物送至工作臺1的位置進行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機械手臂將工作物夾起再送至工作臺2進行第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機械手臂將工作物放到輸送帶B送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加工完成的數(shù)量。</p>

10、;<p>　　2．假設(shè)使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。</p><p>　　3．當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再

11、依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。</p><p><b>　　三、設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1、根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。</p><p>　　2、根據(jù)控制要求，編制PLC應(yīng)用程序。</p&g

12、t;<p>　　3、編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括：</p><p>　?、?設(shè)計過程和有關(guān)說明。</p><p>　?、?基于PLC的電氣控制系統(tǒng)電路圖。</p><p>　?、?PLC控制程序（梯形圖和指令表）。</p><p>　?、?電器元器件的選擇和有關(guān)計算。</p><p>　?、?電氣設(shè)備明細(xì)表。

13、</p><p>　?、?參考資料、參考書及參考手冊。</p><p>　?、?其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計</b></p><p>　　機械手臂搬運加工流程控制工藝分析</p><p

14、>　　機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　目前機械手的主要發(fā)展經(jīng)歷可以分為三代：第一代機械手主要是靠人工進行控制，控制方式為開環(huán)式，沒有識別能力；改進的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機械手設(shè)

15、有電子計算機控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機械手具有感覺機能；第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中重要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而

16、有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。</p><p>　　機械手的運動機構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電

17、動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求

18、。</p><p>　　本次設(shè)計使用氣壓機械手臂，一開始手臂先下降，碰到下限開關(guān)開始做夾起動作，然后開始上升碰到上限開關(guān)后，手臂開始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開關(guān)時，機械手臂下降將工作物放置工作臺l然后上升等待機械對工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺2上進行第二加工步驟。當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時，機械手臂再依進行下降一夾住一上升一往右一

19、下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶B送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。動作示意圖如圖1-2所示。</p><p>　　圖1-2機械手控制動作示意圖</p><p>　　機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　本設(shè)計中采用的機械手，水平軸、垂直軸采用步進電機控制，底盤的旋轉(zhuǎn)采用直流電機控制，抓取物體的電磁閥采用氣動形式。步進電機的控制，由對應(yīng)

20、的步進電機驅(qū)動器電路完成。完成本設(shè)計需要的實驗設(shè)備有：1）機械手模型 2）計算機 3）導(dǎo)線 4）氣泵 5）晶體管輸出型可編程控制器</p><p>　　機械手的控制面板分以下幾個模塊：</p><p>　　1.步進電機驅(qū)動及步進電機</p><p>　　驅(qū)動器電流設(shè)定為0.63A，細(xì)分設(shè)定為8細(xì)分，將24V 電源接入驅(qū)動器，此時驅(qū)動器的電源指示燈應(yīng)點亮；將24V與O

21、PTO端（驅(qū)動器使能端）連接起來；PUL端是脈沖輸入端；DIR是方向控制輸入端。</p><p>　　2.直流電機本設(shè)計用的氣夾電機和底座電機均是 24V直流電機，PLC控制兩個直流繼電器的吸合來控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3.旋轉(zhuǎn)編碼盤</b></p><p>　　在本設(shè)計模型的底座上有一個旋轉(zhuǎn)編碼盤，在底座旋轉(zhuǎn)時，在

22、此產(chǎn)生一個 VP-P為24V的方波信號，可以提供給PLC的高速計數(shù)器，用于機械手的定位控制。</p><p><b>　　4.接近開關(guān)</b></p><p>　　在本設(shè)計模型中底座和氣夾的限位通過4個電感式接近開關(guān)來完成。接近開關(guān)與觸頭接近時接近指示燈點亮、輸出低電平，否則為高電平。</p><p><b>　　5.行程開關(guān)<

23、/b></p><p>　　在本設(shè)計模型中兩個滾珠絲桿的限位通過4個滾軸式行程開關(guān)來完成。當(dāng)行程開關(guān)壓下時，常開觸點閉合，給PLC一個控制信號。</p><p><b>　　原理圖設(shè)計</b></p><p>　　(1) 主電路設(shè)計 主電路如圖所示。</p><p><b>　　控制電路設(shè)計 </

24、b></p><p>　　機械手臂搬運加工流程控制系統(tǒng)的I/O分配</p><p>　　根據(jù)機械手動作的要求及機械手實物教學(xué)實驗裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點分配情況如表2-1所示。</p><p>　　表2-1PLC的I/O分配表</p><p><b>　　實現(xiàn)的效果</b></p><p>

25、;　　打開電源，按下起動按鈕時，開機復(fù)位。機械手若不在原點則PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械手夾緊。夾緊后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電

26、機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。 </p><p>　　PLC向驅(qū)動器一只輸入脈沖信號，步進電機一正轉(zhuǎn)，機械手前伸，前伸到位時，碰到前限位開關(guān)前伸停止。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)上升停止。

27、上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機械手后縮，當(dāng)后縮到底時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點。至此，機械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán)。</p><p><b>　　流程圖</b></p><p>&

28、lt;b>　　梯形圖</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　O M0.0</p><p>　　AN I0.1</p><p>　　= M0.0</p><p>　　LD SM0.1</p><p>　　S

29、 S0.0, 1</p><p>　　LSCR S0.0</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　A I0.4</p><p>　　AN Q0.1</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　LD I0.0</

30、p><p>　　SCRT S0.1</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　LSCR S0.1</p><p>　　LDN I0.3</p><p>　　= M1.0</p><p>　　LD I0.3</p>

31、;<p>　　SCRT S0.2</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>　　LSCR S0.2</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　S Q0.1, 1</p><p><b>　　SCRE</b&

32、gt;</p><p>　　LSCR S0.3</p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= M1.1</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　= S0.4</p><p><b>　　SCRE</b>&

33、lt;/p><p>　　LSCR S0.4</p><p>　　LDN I0.5</p><p>　　= M1.2</p><p>　　LD I0.5</p><p>　　SCRT S1.0</p><p><b>　　SCRE</b></

34、p><p>　　LSCR S0.5</p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= M1.3</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S0.6</p><p><b>　　SCRE</b></p>

35、;<p>　　LSCR S0.6</p><p>　　LDN I0.6</p><p>　　= M1.4</p><p>　　LD I0.6</p><p>　　SCRT S1.0</p><p><b>　　SCRE</b></p>&

36、lt;p>　　LSCR S1.0</p><p>　　LDN I0.3</p><p>　　= M1.5</p><p>　　LD I0.3</p><p>　　SCRT S1.1</p><p><b>　　SCRE</b></p><p

37、>　　LSCR S1.1</p><p>　　LD SM0.0</p><p>　　= Q0.1</p><p>　　TON T38, 10</p><p>　　LD T38</p><p>　　SCRT S1.2</p><p><b>

38、　　SCRE</b></p><p>　　LSCR S1.2</p><p>　　LDN I0.2</p><p>　　= M1.6</p><p>　　LD I0.2</p><p>　　SCRT S1.3</p><p><b>　　SC

39、RE</b></p><p>　　LSCR S1.3</p><p>　　LDN I0.4</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　LD I0.4</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A

40、 M0.0</p><p>　　SCRT S0.1</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　AN M0.0</p><p>　　SCRT S0.0</p><p><b>　　SCRE</b></p><p>

41、;　　LD M1.0</p><p>　　O M1.5</p><p>　　= Q0.2</p><p>　　LD M1.1</p><p>　　O M1.3</p><p>　　O M1.6</p><p>　　= Q0.3&l

42、t;/p><p>　　LD M1.2</p><p>　　O M1.4</p><p>　　= Q0.4</p><p><b>　　課程設(shè)計心得體會</b></p><p>　　本次設(shè)計完成了簡單的機械手的工作原理及PLC電氣部分的設(shè)計。這次的課程設(shè)計讓我學(xué)會了很多，在老

43、師和同學(xué)的指導(dǎo)學(xué)習(xí)下，終于完成了這一份課程設(shè)計。本來以為ＰＬＣ是很簡單的一門課，但是做課程設(shè)計的時候才發(fā)現(xiàn)自己存在著諸多不足，其中就有很多基礎(chǔ)知識都不是很完善，很多知識都掌握的不是很扎實。</p><p>　　課程設(shè)計是一個理論與實際結(jié)合的過程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實際的，這就需要我們設(shè)計者考慮問題是要仔細(xì)、周密，不能有絲毫的大意。對設(shè)計方案的優(yōu)越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮。我很興奮，因為整個過

44、程都是我們自己去設(shè)計的。設(shè)計過程中，通過針對性地查找資料，了解有關(guān)電子方面的資料，既增長了自己的知識面，補充最新的專業(yè)知識，又提高了自己的應(yīng)用能力和實踐能力。對學(xué)過的課本理論知識起到了很好的溫習(xí)作用。</p><p>　　機械手臂搬運加工采用PLC為控制核心結(jié)構(gòu)合理、測試方法可靠，它具有較強的靈活性，提高了設(shè)備運行的可靠性。通過對機械手臂搬運加工PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計，讓我很好的運用了PLC的知識，對課本的知識

45、進一步的消化和鞏固。 這次課程設(shè)計終于順利完成了，這個設(shè)計讓我獲益良多，只要用心去學(xué)習(xí)，不怕困難，不管多么艱難，我們都能取得成功。</p><p>　　鑒于所學(xué)知識有限，經(jīng)驗不足，又是初次研究這種復(fù)雜的實驗，在此過程中難免存在一些錯誤和不足之處，懇請老師給予批評和指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王永華.