《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計說明書PLC機械手臂

《《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計說明書PLC機械手臂》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》課程設(shè)計說明書PLC機械手臂（25頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁電氣控制與 PLC課程設(shè)計評閱書題目PLC 機械手臂學(xué)生姓名陳朝學(xué)號20090212051指導(dǎo)教師評語及成績指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯評語及成績答辯教師簽名： 年 月 日教研室意見總成績： 室主任簽名： 年 月 日 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁目錄目錄緒論緒論一、PLC 結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計1、PLC 的結(jié)構(gòu)2、PLC 的工作原理3、PLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計原則及步驟二、案機械手臂的設(shè)計方1、機械手臂的控制內(nèi)容及要求2、設(shè)備要求三、機械手臂的總體設(shè)計1、外部接線圖2、軟件設(shè)計部分四、總結(jié)五、參考文獻 機電一體

2、化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 緒論緒論可編程控制器是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller） ，即 PLC，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時、計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。20 世紀 60 年代以前，汽車流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都采用傳統(tǒng)的繼電器控制。在 60 年代初，美國汽車制造業(yè)競爭越發(fā)激烈，而汽車的每一次更新的周期越來越短，這樣對汽車流水線的自動控制系統(tǒng)更

3、新就越來越頻繁，原來的繼電器控制就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，從而延緩了汽車的更新間。所以人們就想能有一種通用性和靈活性較強的控制系統(tǒng)來替代原有的繼電器控制系統(tǒng)。PLC 在制造和冶金等其他工業(yè)部門相繼得到了應(yīng)用。1971 年，日本引進了這項技術(shù)，并開始生產(chǎn)自己的 PLC。1973 年，歐洲一些國家也研制出了自己的PLC。1974 年，我國也開始仿照美國的 PLC 技術(shù)研制自己的 PLC，終于在 1977年研制出第一臺具有實用價值的 PLC。毫無疑問，PLC 將在今后的工業(yè)生產(chǎn)中起到非常重要的作用。在 20 世紀 80 年代，美國的工業(yè)市場調(diào)查報告和 1989 年美國的一份分散控制系統(tǒng)（DCS）的

4、調(diào)研報告中，都能看出 PLC 在工業(yè)控制中的重要作用。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁一、一、PLCPLC 的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)、工作原理及系統(tǒng)設(shè)計1 1、PLCPLC 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 的基本結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式結(jié)構(gòu)兩類。整體式（又稱箱體式）結(jié)構(gòu)的 PLC 由中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等組成，并將這些組裝在同一機體內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、輸入/輸出點數(shù)固定、實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，但靈活性

5、較低。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 1-1 所示。 圖 1-1 整體式結(jié)構(gòu)模塊式（又稱組合式）結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理器（CPU） 、存儲器、輸入/輸出（I/O）單元、電源電路和通信端口等分別做成相應(yīng)的模塊，應(yīng)用時將這些模塊根據(jù)控制要求插在機架上，各模塊間通過機架上的總線相互聯(lián)系。模塊式的 PLC 安裝完成后，需進行登記，以便 PLC 對安裝在總線上的各模塊進行地址確認，其特點是系統(tǒng)構(gòu)成的靈活性較高，可以構(gòu)成不同控制規(guī)模和功能的PLC，但同時價格也較高。基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 1-2 所示。 機 架編程器現(xiàn)場設(shè)備其他 PLC或上位機電源模塊CPU模塊通信模塊輸入模塊輸出模塊特殊功能模塊電源中央處理器（CP

6、U）輸入/輸出單元存儲器系統(tǒng)總線編程器 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 2 2、 PLCPLC 的工作原理的工作原理PLC 與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而 PLC 則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說 PLC 以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控

7、制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而 PLC 控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出 3 個階段才能完成控制過程。 3 3、 PLCPLC 控制系統(tǒng)的構(gòu)成控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計原則及步驟、設(shè)計原則及步驟PLC 控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。對于整個 PLC 控制系統(tǒng)來說，其硬件部分不僅包括選擇符合控制要求的PLC 機型、存儲器容量、電源模塊、輸入/輸出模塊、通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊和特殊功能模塊等，還應(yīng)當包括選擇合適的可編程控制器外圍裝置、設(shè)備與接口，如輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等） 、執(zhí)行裝置（接觸器、繼電器等）和由執(zhí)行裝置控制的現(xiàn)場設(shè)備（水泵、鼓風機、閥門等） 。軟件部分主要包括對

8、PLC 進行 I/O 點地址、內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等的分配，PLC 控制程序的設(shè)計（梯形圖、語句表、流程圖等） ，還有一些技術(shù)文件等。PLC 控制系統(tǒng)是為工藝流程服務(wù)的，所以它首先要能很好地實現(xiàn)工藝提出的控制要求。PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。（1）根據(jù)工藝流程進行設(shè)計，力求控制系統(tǒng)能最大限度地滿足控制要求。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁（2）在滿足控制要求的前提下，盡量減少 PLC 系統(tǒng)硬件費用。（3）考慮到以后控制要求的變化，所以控制系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮 PLC 的可擴展性。（3）控制系統(tǒng)使用和維護方便、安全可靠。 一般 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖 1-

9、7 所示，具體操作如下。（1）控制要求分析在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)之前，必須對工藝過程進行細致的分析，詳細了解控制對象和控制要求，這樣才能真正明白自己所要完成的任務(wù)，并更好地完成任務(wù)，設(shè)計出令人滿意的控制系統(tǒng)。（2）確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)控制要求選擇合適的輸入設(shè)備（控制按鈕、開關(guān)、傳感器等）和輸出設(shè)備（接觸器、繼電器等） ，根據(jù)所選用的輸入/輸出設(shè)備的類型和數(shù)量確定PLC 的 I/0 點數(shù)。（3）選擇合適 PLC確定 PLC 的 I/0 點數(shù)后，就根據(jù) I/0 點數(shù)、控制要求等來進行 PLC 的選擇。選擇包括機型、存儲器容量、輸入/輸出模塊、電源模塊和智能模塊等。（4）I/0 點數(shù)分配點數(shù)分配

10、就是規(guī)定 PLC 的 I/0 端子和輸入/輸出設(shè)備。（5）PLC 程序設(shè)計首先把工藝流程分為若干階段，確定每一階段的輸入信號和輸出要控制的設(shè)備，還有不同階段之間的聯(lián)系，然后畫出程序流程圖，最后再進行程序編制。（6）模擬調(diào)試程序編制好后，可以用按鈕和開關(guān)模擬數(shù)字量，電壓源和電流源代替模擬量，進行模擬調(diào)試，使控制程序基本滿足控制要求。（7）現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試就是將 PLC 與現(xiàn)場設(shè)備進行調(diào)試。在這一步中可以發(fā)現(xiàn)程序存在的實際問題，然后經(jīng)過修正后使其滿足控制要求。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁（8）整理技術(shù)文件這一步主要包括整理與設(shè)計有關(guān)的文檔，包括設(shè)計說明書、I/O 接

11、線原理圖、程序清單和使用說明書等?？刂埔蠓治鲩_始設(shè)計設(shè)計結(jié)束確定輸入輸出設(shè)備現(xiàn)場模擬調(diào)試選擇合適的 PLCI/O 點數(shù)分配PLC 程序設(shè)計模擬調(diào)試整理技術(shù)文件 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁二、機械手臂的設(shè)計方案二、機械手臂的設(shè)計方案1 1、機械手臂的控制內(nèi)容及要求、機械手臂的控制內(nèi)容及要求（1）機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖機械手電控系統(tǒng)，除了有許多工步特點外，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的在操作面板上表示出來。當旋鈕打向回回原點時，系統(tǒng)自動回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都

12、要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。 （2）下圖是機械手控制程序的步驟和方法。2、設(shè)備要求、設(shè)備要求 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁（1）當設(shè)備啟動后，旋鈕開關(guān)轉(zhuǎn)向回原點，設(shè)備處于待命狀態(tài)。（2）旋鈕開關(guān)打向手動，整個設(shè)備需要點東狀態(tài)。（3）旋鈕開關(guān)打向自動，設(shè)備會自動運行程序。三三、機械手臂的總體設(shè)計機械手臂的總體設(shè)計1 1、外部接線圖外部接線圖2 2、軟件設(shè)計部分、軟件設(shè)計部分各個器件和 PLC 軟元件及簡單說明下圖 。地址 對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0 啟動按鈕開關(guān)I0.1 停止按鈕開關(guān) 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁I0.2 急停I0.3 手動I0.4 自動I0

13、.5 回原點I1.1 上升限位開關(guān)I1.2 下降限位開關(guān)I1.3 左移限位開關(guān)I1.4 右移限位開關(guān)I1.5 放松限位開關(guān)I1.0 夾緊限位開關(guān)Q0.1 上升Q0.2 下降Q0.3 左移Q0.4 右移 Q0.5 放松 Q0.0 夾緊 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁 機

14、電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁LDLD SM0.1SM0.1= = M0.0M0.0LDLD M0.0M0.0O O M4.1M4.1ANAN I0.1I0.1= = M4.1M4.1LDLD I0.0I0.0A A M4.1M4.1O O M0.1M0.1ANAN I0.1I0.1= = M0.1M0.1LDLD M0.1M0.1ANAN I0.2I0.2LPSLPSA A I0.4I0.4= = M0.2M0.2LRDLRDA A I0.3I0.3ANAN M2.1M2.1ANAN M2.2M2.2= = M2.0M2.0LPPLPPA A I0.5I0.5= = M3.

15、0M3.0LDLD M0.2M0.2A A I2.1I2.1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁O O M0.3M0.3ANAN M0.4M0.4A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M0.3M0.3LDLD M0.3M0.3A A I2.2I2.2O O M0.4M0.4ANAN M0.5M0.5ANAN I0.2I0.2A A I0.4I0.4= = M0.4M0.4LDLD M0.4M0.4A A I2.0I2.0O O M0.5M0.5ANAN M0.6M0.6A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M0.5M0.5LDLD M0.

16、5M0.5A A I2.1I2.1O O M0.6M0.6ANAN M0.7M0.7A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M0.6M0.6 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁LDLD M0.6M0.6A A I2.4I2.4O O M0.7M0.7ANAN M1.0M1.0A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M0.7M0.7LDLD M0.7M0.7A A I2.2I2.2O O M1.0M1.0ANAN M1.1M1.1A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M1.0M1.0LDLD M1.0M1.0LDLD I0.

17、1I0.1CTUCTU C20,C20, 9 9LDLD M1.0M1.0A A I2.5I2.5O O M1.1M1.1ANAN M1.2M1.2A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M1.1M1.1LDLD M1.1M1.1A A I2.1I2.1 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁O O M1.2M1.2ANAN M0.3M0.3A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2= = M1.2M1.2LDLD M1.2M1.2A A I2.3I2.3O O M0.3M0.3A A I0.4I0.4ANAN I0.2I0.2ANAN M0.4M0.4A

18、NAN I0.1I0.1= = M0.3M0.3LDLD M2.0M2.0A A I0.0I0.0O O M2.1M2.1ANAN M2.2M2.2= = M2.1M2.1LDLD M2.1M2.1A A I2.1I2.1O O M2.2M2.2ANAN M2.0M2.0ANAN I2.3I2.3= = M2.2M2.2LDLD M2.2M2.2O O M2.0M2.0 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁A A I2.3I2.3= = M2.0M2.0LDLD M3.0M3.0LPSLPSA A I1.1I1.1ANAN I2.1I2.1= = M3.1M3.1LRDLRDA

19、A I1.2I1.2ANAN I2.2I2.2= = M3.2M3.2LRDLRDA A I1.3I1.3ANAN I2.3I2.3= = M3.3M3.3LRDLRDA A I1.4I1.4ANAN I2.4I2.4= = M3.4M3.4LRDLRDA A I1.5I1.5ANAN I2.5I2.5= = M3.5M3.5LPPLPPA A I1.0I1.0ANAN I2.6I2.6= = M3.6M3.6LDLD M0.5M0.5 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁O O M1.1M1.1O O M2.1M2.1O O M3.1M3.1= = Q0.1Q0.1LDLD M

20、0.3M0.3O O M0.7M0.7O O M3.2M3.2= = Q0.2Q0.2LDLD M1.2M1.2O O M2.2M2.2O O M3.3M3.3= = Q0.3Q0.3LDLD M0.6M0.6O O M3.4M3.4= = Q0.4Q0.4LDLD M1.0M1.0O O M3.5M3.5= = Q0.5Q0.5LDLD M0.4M0.4O O M3.6M3.6= = Q0.6Q0.6 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁四、總結(jié)四、總結(jié)本次 PLC 課程設(shè)計，我們用 PLC 控制機械手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

21、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。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。運動機構(gòu)，使手臂完成各種移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作。在設(shè)計過程中，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和互聯(lián)網(wǎng)成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，

22、不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 課程設(shè)計說明書 共 頁 第 頁五、參考文獻五、參考文獻1程憲平主編.機電傳動與控制.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003.2鄧星鐘.機電傳動控制. 武漢：華中科技大學(xué)出版社.3王永華編.現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天出版社，20084殷洪義主編.可編程控制器選擇設(shè)計與維護.北京：機械工業(yè)出版社，20025程子華，PLC 原理與實例分析.北京:國防工業(yè)出版社，20066高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)及其設(shè)計實例.北京:高等教育出版社，2004