氣動(dòng)機(jī)械手課程設(shè)計(jì)--plc在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　《電氣專業(yè)核心課綜合課程設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題 目： PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　院 （系）： 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化1003 &

2、lt;/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年6月17日至2013年7月2日</p><p>　　《電氣專

3、業(yè)核心課綜合課程設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計(jì)題目及要求…………………………………………………………1</p><p>　　1.1題目……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2控制要求………………………

4、………………………………………………1</p><p>　　1.3系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………1</p><p>　　2 設(shè)備和元器件選型…………………………………………………………2</p><p>　　2.1電動(dòng)機(jī)、電磁閥………………………………………………………………2</p><p>　　2.2交

5、流接觸器、熱繼電器、控制變壓器 ……………………………………4</p><p>　　2.3接近開關(guān)、限位開關(guān)、光電開關(guān)等…………………………………………7</p><p>　　3 PLC工作原理…………………………………………………………………9</p><p>　　3.1 PLC工作原理及掃描工作方式………………………………………………9</p>

6、<p>　　3.2 FX2N-48MR型PLC……………………………………………………………9</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10 </p><p>　　4.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10</p><p>　　4.2 PLC(I/O)分配……………………………

7、……………………………………10</p><p>　　4.3程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………………10</p><p>　　5 運(yùn)行調(diào)試………………………………………………………………………13</p><p>　　5.1調(diào)試過(guò)程………………………………………………………………………13</p><p>　　5.2調(diào)

8、試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法………………………………………………13</p><p>　　5.3結(jié)果分析………………………………………………………………………14</p><p>　　總結(jié)……………………………………………………………………………14</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………14</p><p

9、><b>　　8. 附錄</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告正文</b></p><p>　　一.課程設(shè)計(jì)題目及要求</p><p><b>　?。?）題目</b></p><p>　　PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>

10、<b>　?。?）控制要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)由可編程控制器（PLC）、異步電動(dòng)機(jī)、電磁閥等組成的機(jī)械手 控制系統(tǒng)，完成PLC接線圖和控制梯形圖、電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備完成PLC控制梯形圖并進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作要求：</p><p>　　按下工作啟動(dòng)按鈕，空氣壓縮機(jī)M1工作，

11、60秒后一號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M2工作，一號(hào)傳送帶帶動(dòng)工件運(yùn)行，當(dāng)光電開關(guān)SL3檢測(cè)到工件時(shí)，一號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降電磁閥YA1工作，機(jī)械手下降，到達(dá)限位接近開關(guān)SP2，機(jī)械手停止下降, 夾緊電磁閥YA3工作，夾緊工件，2秒鐘后機(jī)械手上升電磁閥YA2工作，機(jī)械手上升，到達(dá)限位接近開關(guān)SP1，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M3左轉(zhuǎn)，將工件運(yùn)到二號(hào)傳送帶上方，機(jī)械手左轉(zhuǎn)壓到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)SL1，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)械手下降，到達(dá)限位

12、接近開關(guān)SP2，機(jī)械手停止下降并松開釋放工件，2秒鐘后機(jī)械手上升，到達(dá)限位接近開關(guān)SP1，二號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M4工作，二號(hào)傳送帶帶動(dòng)工件運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M3右轉(zhuǎn)，機(jī)械手右轉(zhuǎn)壓到右轉(zhuǎn)限位開關(guān)SL2，二號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M4停止運(yùn)轉(zhuǎn)，一號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M2又開始工作，機(jī)械手開始循環(huán)工作……</p><p><b>　　系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1、機(jī)

13、械手上升限位接近開關(guān)（SP1） 2、機(jī)械手下降限位接近開關(guān)（SP2）</p><p>　　3、機(jī)械手左轉(zhuǎn)限位開關(guān)（SL1） 4、機(jī)械手右轉(zhuǎn)限位開關(guān)（SL2）</p><p>　　5、工件檢測(cè)光電開關(guān)（SL3） 6、空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)（M1）</p><p>　　7、一號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)（M2） 8、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)（M3）</

14、p><p>　　9、二號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)（M4） 10、機(jī)械手下降電磁閥（YA1）</p><p>　　11、機(jī)械手上升電磁閥（YA2） 13、機(jī)械手夾緊電磁閥（YA3）</p><p>　　二. 設(shè)備和元器件選型</p><p>　　Y系列三相交流電動(dòng)機(jī)</p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介

15、</b></p><p>　　Y系列電動(dòng)機(jī)是全封閉自冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高、噪聲小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，3kW及以下為“Y”接法，4kW以上為“△”接法。</p><p>　　Y系列電機(jī)用于一般無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、攪拌機(jī)等，其效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。

16、</p><p>　　按用戶需要，還可供應(yīng)其他功率、電壓、頻率、濕熱帶型（TH）、防護(hù)等級(jí)等電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　如表所示為Y型電機(jī)參數(shù)列表。</p><p>　　設(shè)計(jì)中各電機(jī)選擇的型號(hào)如下，參數(shù)見(jiàn)表格。</p><p>　　空氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)M1：Y90L-4 ；一號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M2：Y100L1-4</p><p

17、>　　機(jī)械手旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)M3：Y90S-6 ；二號(hào)傳送帶電動(dòng)機(jī)M4：Y100L1-4</p><p>　　氣動(dòng)電磁閥 </p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動(dòng)。電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的

18、機(jī)械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會(huì)用到電磁閥。</p><p>　　選擇型號(hào)為Q22XD-2L，電壓DC（直流）24V，線圈功率15VA的氣動(dòng)閥，氣動(dòng)閥其他參數(shù)如下表。</p><p>　　Q22XD-2L鋁體電磁閥是小型電磁閥為小流量換向元件，常用作大流量換向閥的先導(dǎo)控制及氣動(dòng)回路的控制閥，也可以單獨(dú)控制耗氣量小的執(zhí)行元件</p><p>　　工作介質(zhì)： 潔凈的

19、壓縮空氣 工作壓力（mpa）： 0-0.8 mpa 有效截面積s值(mm2) ：≥2 最高切換頻率（hz）： ≥15 工作壽命（萬(wàn)次）： 200 工作電壓（v）： AC：380，220，110，36； DC：220，110，24</p><p><b>　　交流接觸器</b></p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介&l

20、t;/b></p><p>　　交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令，主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用，交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。</p><p><b>　　二 型號(hào)劃分</b><

21、/p><p>　　在電工學(xué)上，接觸器是一種用來(lái)接通或斷開帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，此外也用于其他電力負(fù)載，如電熱器，電焊機(jī)，照明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用，接觸器控制容量大，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一，通用接觸器可大致分以下兩類：</p><p>　　1 交流接觸器，主要由電磁

22、機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成，常用的是CJ10、CJ12、CJ12B等系列和引進(jìn)的CJX，3TB，B等系列。</p><p>　　2 直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。</p><p>　　CJ20系列主要參數(shù)及技術(shù)性能</p><p>　　線圈額定控制電源電壓Us為：</p>

23、;<p>　　交流:50Hz，110V、127V、220V、380V；直流：110V、220V</p><p>　　機(jī)械壽命：CJ20-10、16、25、40、63、100、160為1000萬(wàn)次，</p><p>　　CJ20-250、400、630為600萬(wàn)次</p><p>　　接觸器輔助電路的觸頭種類、數(shù)量及基本參數(shù)</p><

24、;p><b>　　接觸器型號(hào)參數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)所選電機(jī)的型號(hào)，選擇接觸器型號(hào)CJ20-10,發(fā)熱電流10A,額定工作電壓127V；其他參數(shù)見(jiàn)表格；</p><p>　　熱繼電器 </p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介</b></p><p&

25、gt;　　熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。</p><p><b>　　二．型號(hào)及其參數(shù)</b></p><p>　　熱過(guò)載繼電器（熱繼電器）適用于交流50HZ，工作電壓至660V及一下的電路中，作為三相交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保

26、護(hù)和斷相保護(hù)，并可與相應(yīng)的交流接觸器組成起動(dòng)器。</p><p>　　根據(jù)所選的接觸器，選擇熱繼電器型號(hào)為JR20-10.參數(shù)見(jiàn)表格。</p><p><b>　　控制變壓器</b></p><p><b>　　控制變壓器技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　選擇變壓器型號(hào)BK-150VA 380V

27、/127V、28V</p><p><b>　　限位開關(guān)</b></p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，可以安裝在相對(duì)靜止的物體（如固定架、門框等，簡(jiǎn)稱靜物）上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車、門等，簡(jiǎn)稱動(dòng)物）上，當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_

28、的接點(diǎn)閉合，由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)械裝置。</p><p><b>　　二 型號(hào)參數(shù)</b></p><p><b>　　接近開關(guān)</b></p><p><b>　　光電開關(guān)</b></p><p><b>　　一 型號(hào)參數(shù)</b>&

29、lt;/p><p>　　三 PLC工作原理</p><p>　?。?） PLC工作原理及掃描工作方式</p><p>　　PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式</p><p>　　1.每次掃描過(guò)程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。</p><p>　　2.輸入刷新過(guò)程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)

30、行階段時(shí)，輸入端有新?tīng)?</p><p>　　態(tài)，新?tīng)顟B(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新?tīng)顟B(tài)才被讀入。</p><p>　　3.一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。</p><p>　　4.元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。</p><p>　　5.掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）

31、指令本身占有的</p><p>　　時(shí)間 (3)指令條數(shù)。</p><p>　　6.由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即</p><p>　　輸入/輸出響應(yīng)延遲。</p><p>　　FX2N-48MR型PLC</p><p><b>　　一 簡(jiǎn)介</b></p&g

32、t;<p>　?、凫`活的配置 除了具有滿足特殊需求的大量特殊模塊外,6個(gè)基本單元中的每個(gè)單元可擴(kuò)展至256I/O </p><p>　?、诟咚龠\(yùn)算 基本指令:0.08us/指令,應(yīng)用指令:1.52至幾百us/指令 </p><p>　　③突出的寄存器容量 FX2N系列包括8K步內(nèi)置RAM寄存器,用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)展到16RAM或EEPROM </p&

33、gt;<p>　?、茇S富的元件資源 </p><p><b>　　二 型號(hào)</b></p><p><b>　　四. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（要求有系統(tǒng)方框圖，程序流程圖等）</p><p><b>　　系統(tǒng)方框圖</b>

34、</p><p>　　PLC（I/O）分配及硬件接線</p><p><b>　　硬件接線見(jiàn)附件</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)述程序控制過(guò)程）</p><p><b>　　系統(tǒng)程序</b></p><p><b>　　自動(dòng)程序流程圖</b>&

35、lt;/p><p><b>　　自動(dòng)程序如下：</b></p><p>　　按下啟動(dòng)開關(guān)X0，Y0(空氣壓縮機(jī))一直有輸出，60s后，Y6(一號(hào)皮帶電機(jī))輸出，當(dāng)X6（光電開關(guān)）閉合時(shí)，Y6停止輸出同時(shí)Y2（下降電磁閥）開始輸出，當(dāng)X2（下降接近開關(guān)）閉合時(shí)，Y2停止輸出同時(shí)Y5（夾緊電磁閥）開始輸出，兩秒之后Y1（上升電磁閥）輸出，當(dāng)X1（上升接近開關(guān)）閉合時(shí)，Y1停止

36、輸出同時(shí)Y3（左轉(zhuǎn)）輸出，當(dāng)X3（左限位）閉合時(shí)，Y3停止輸出同時(shí)Y2開始工作，當(dāng)X2再次閉合時(shí)，Y2停止工作同時(shí)Y5也停止工作，兩秒鐘后，Y1開始工作，當(dāng)X1閉合時(shí)，Y4工作同時(shí)Y7工作，當(dāng)X4（右限位）閉合時(shí)，Y4 ，Y7停止工作同時(shí)Y6又開始工作（循環(huán)）。其中按下X6（停止），機(jī)械手停止動(dòng)作。</p><p><b>　　手動(dòng)程序如下：</b></p><p>

37、<b>　　五 運(yùn)行調(diào)試</b></p><p><b>　　1 調(diào)試過(guò)程</b></p><p>　?。?）將已編好的程序輸入到計(jì)算機(jī)的FXGPWIN程序中</p><p>　?。?）根據(jù)PLC的I/O分配，連接好PLC外部線路</p><p>　?。?）將FXGPWIN中已編好的程序?qū)懭氲絇LC

38、中</p><p><b>　?。?）開始調(diào)試</b></p><p>　　2 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法</p><p>　?。?）接好線路后，按下氣動(dòng)按鈕，設(shè)備都無(wú)反應(yīng)。后來(lái)通過(guò)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，停止X5的常閉沒(méi)有導(dǎo)通，后來(lái)問(wèn)老師得知PLC內(nèi)的停止時(shí)常開，改成常開后就可以了。</p><p>　?。?）機(jī)械手動(dòng)作中包含了

39、多次相同動(dòng)作，PLC無(wú)法區(qū)別是那次。解決方法，加入計(jì)數(shù)器，計(jì)兩次數(shù)，這樣就可以區(qū)別兩次下降，以實(shí)現(xiàn)兩次之后的不同運(yùn)行動(dòng)作。</p><p>　　（3）出現(xiàn)了很多次不需要運(yùn)行的動(dòng)作卻運(yùn)行了。解決方法，用輔助繼電器去鎖住不應(yīng)該運(yùn)行的動(dòng)作。</p><p><b>　　3 結(jié)果分析</b></p><p>　　通過(guò)多次的調(diào)試，程序由一開始的很多錯(cuò)誤，

40、到可以按要求實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。但是這樣的設(shè)計(jì)要求很明顯還是有很大的缺陷，比如當(dāng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有正常運(yùn)行時(shí)，PLC沒(méi)有相應(yīng)的反應(yīng)去控制電動(dòng)機(jī)讓其重新正常工作，或停止工作以避免發(fā)生事故。如果要投入到實(shí)際工程中，還是要改進(jìn)。</p><p><b>　　六 總結(jié)</b></p><p>　　該機(jī)械手已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)際中運(yùn)用。用機(jī)械手搬運(yùn)物體，顯得效率的提高。在本次程序的設(shè)計(jì)中還有許多地方顯得

41、不足，如卸荷閥在程序中的具體應(yīng)用沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。在電機(jī)和安全方面設(shè)計(jì)的還不夠。自己主要設(shè)計(jì)機(jī)械手動(dòng)作的邏輯順序。</p><p><b>　　程序不夠完善。</b></p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了運(yùn)用CAD繪制電氣接線圖。對(duì)電氣的操作規(guī)范有了深刻的認(rèn)識(shí)。在程序設(shè)計(jì)中要總體設(shè)計(jì)程序思路。然后分塊設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)中我加強(qiáng)理解PLC基本指令的使用方法。對(duì)基本指令的

42、具體運(yùn)用有了深刻的概念。</p><p>　　在程序的調(diào)試階段，體會(huì)到調(diào)試程序的重要性。在自己設(shè)計(jì)的程序一般來(lái)說(shuō)都有許多邏輯錯(cuò)誤如果不經(jīng)過(guò)調(diào)試一般很難發(fā)現(xiàn)，如：輸出的覆蓋，上一句話線圈接通，而下一條指令卻又把它關(guān)斷，在如該復(fù)位的再下一個(gè)模式里沒(méi)有復(fù)位?？傊?，會(huì)有許多問(wèn)題。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這兩周的實(shí)習(xí)，我對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)。在設(shè)計(jì)接線圖時(shí)，理解了硬件部分。在硬件中輸入運(yùn)用PL

43、C的內(nèi)部24V電源。在輸出中運(yùn)用外接24V電源驅(qū)動(dòng)。這些問(wèn)題如果不實(shí)際操作很難深刻認(rèn)識(shí)。程序設(shè)計(jì)中，復(fù)習(xí)了各種指令的運(yùn)用。加強(qiáng)；了自己的動(dòng)手能力。我們應(yīng)該多參加這樣的訓(xùn)練。</p><p><b>　　七 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]鐘肇新等.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003</p><p>　　

44、[2]廖常初.可編程控制器的編程方法與工業(yè)應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[3]張進(jìn)秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2004</p><p>　　[5]鄭洪生.氣壓傳動(dòng)及控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1

45、987</p><p>　　[6]吳振順.氣壓傳動(dòng)與控制[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995</p><p>　　[7]徐永生.氣壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p><b>　　附錄1電氣原理圖</b></p><p>　　附錄二 PLC硬件接線圖</p><p&g