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1、 PLC控制技术课程设计焦作大学西门子S7200PLC课程设计学院： 机电工程 专业： 应用电子 班级： 09124 姓名： 学号： 设计题目： 机械手动作模拟 日期： 2010.12.15 机械手动作的模拟实现绪论 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们常常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素危害或是物体太重，增加了公认的劳动强度，甚至危及生命，自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。在本设计介绍了可编程控制器的研究和关于机械手的设计，描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程，研究了基于PLC的机械手模拟控制系统的设计，还了解了STEP7在接受控制系统中的应用。利用仿真软件方针了机械
2、手的动作实现，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作工作效率。关键字：机械手 PLC STEP7 第一章 课程设计的题目及要求1.1课程设计的题目及要求1.1.1设计任务 用PLC程序及实验台来设计线机械手动的模拟。1.1.2控制要求 将一个工件由A传送到B处的机械手，上升、下降和左移、右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一定保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，加紧、放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成。
3、线圈通电执行加紧动作，线圈断电执行放松动作。设备上有上、下限位和左、右限位开关。它的工作过程如下所示，有8个动作即为: 原位下降夹紧上升右移左移上升放松下降启动，停止用按钮实现，限位开关用钮子开关来实现，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。1.2 课程设计的目的及意义机械手是工业自动化领域经常遇到的一个控制对象。近几年随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴科学。并得到了较快的发展。机械手广泛的应用于锻压、冲击、锻造、焊接、装配、机械加工、喷漆、热处理等各个领域，特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高机械效率，改
4、善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。可编程控制器（PLC）是专门在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着电子技术、自动控制技术、计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、 软件编程、通讯联网功能以及模拟控制等方面取得了长足的进步，已经成为工业自动化的标准配置之一。由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制功能所不具有的特殊优越性，如通信性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方式简单易学，因此工业领域中广泛运用PLC。机械在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来采摘果实、装配生产线上用智能机械手等。我国自
5、动化水平本身比较低，因此用PLC来控制机械手还较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现的，通过此次设计可以进一步PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。 第二章 可编程控制器简介2.1 PLC的结构PLC的结构实质上是一种工业计算机，只不过它比一般计算机具有更强的与于工业过程相连接的接口和更直接的适应与控制要求的编程语言，故PLC与计算机的组成十分相似，如图1-1所示图1-1PLC结构图1.中央处理单元与一般计算机一样，中央处理单元（CPU）是PLC的核心，它按PLC系统程序赋予的功能指挥PLC有条不絮地工作，其主要任务：1） 接受、存储有编程工具输入的用户程序和数据，
6、并通过显示器出程序的内容和存储地址。2） 检查、校验用户程序。3） 执行用户程序。4） 故障自诊断。诊断电源、PLC内部电路的故障，根据故障或错误。2存储器 PLC的存储器可分为系统程序存储器、用户程序存储器及系统RAM存储器等三种。（1） 系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接改变。它使PLC具有基本的智能功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。（2） 用户程序存储器 根据控制要求而编写的应用程序称为用户程序。（3） 系统RAM存储区 系统RAM存储区包括I/O映像以及各类软设备，如：逻辑线圈、数据寄存器、 计时器、计数器、变址寄存器、累加器等
7、存储器。3.输入/输出单元输入/输出单元是PLC与工业现场连接的接口。输入单元用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等发出开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等发来的模拟量输入信号。4电源适配器5I/O扩展口6设备通信接口7编程器8.其他设备2.2 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的继电器、接触器构成的的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。众所周知，继电器控制装置采用硬逻辑并行的运行方式，及如果某继电器的线圈通电或断电，那么该继电器所有触点，无论在继电器控制线路的那个位置上都会同
8、时动作。PLC的CPU则采用顺序扫描用户程序的运行方式，如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，那么该线圈的所有触点不会立即动作，必须等扫描到该点时才动作。1. 上电处理2. PL的扫描过程3. 出错处理2.3 PLC的功能和特点PLC是应用面很广，发展非常迅速的工业自动化装置，在自动化和计算机集成制造系统占重主要地位。1. 功能控制1）逻辑控制2）定时控制3）计数控制4）顺序控制2数据采集、存储与处理功能1）数学运算2）数据处理3）模拟数据处理3.输入/输出接口调理功能4.通信、联网5.人机界面功能6.编程、调试2.4 PLC特点1. 可靠性高2. 丰富的I/O接口模块3. 采用模块化结构4
9、. 运行速度模块5. 功能完善6. 编程间单，易于使用7. 系统设计、安装、调试方便8. 维修方便，维修工作量小第三章 设计机械手动作使用工具3.1 编程软件step7的介绍Step7编程软件用于STMATIC S7、C7和M7和基于PC的WinAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。为了在PC机上使用STEP7,必须配置MPI通信卡或PC/MPI通信适配器，将计算机接入MPI或PROFIBUS网络，以便下载和上载用户程序及组态数据STEP7允许多个用户同时处理一个工程项目，但不允许多个用户同时对一个项目进行写操作。在STEP7中，一个自动化系统的所有数据以项目的形式进行组织管理。一个项
10、目包含了一下的三类数据。1.硬件结构的组态数据及模块参数。2.通信网络的组态数据。3.可编程模块的程序。上述数据都是以对象的形式存储，STEP7采用目录式结构管理项目中的所有对象，对象从上到下有三个层次：第一层：项目第二层：通讯子网、PLC站或S7程序；第三层：第二层下面的具体对象，是第二次定，3.2 仿真软件S7-200的介绍S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或项链成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性价比/价格比。机械手动作模拟实现的设计 4.1设计内容1)计算输
11、入输出点，编写I/O对应及内部元件使用表。2）编写PLC控制程序，要求可以实现手动，单周期及连续工作三种操作方式。 3）完成实验所需的硬件连接。 4）利用试验台上的开关、按钮、小指示灯等，模拟演示其工作过程。5）完成课程设计报告4.2 PLC的I/O分配输入 SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB3 SB4 动作 启动 停止 下限 上限 右限 左限 单周期 连序 接线 IO.O IO.7 IO.1 IO.2 IO.3 IO.4 IO.5 IO.6 输入SB5SB6SB7SB8动作手动操作手动操作左右手动操作夹紧手动操作上下接线I1.0I1.1I1.2I1.3输出YV1YV2YV3
12、YV4YV5HL动作夹紧下降上升右移左移原位接线QO.1QO.2QO.3QO.4QO.5QO.O4.3 PLC外部输入输出接线图4.4 PLC程序设计4.4.1工作过程分析 在整体结果中使用跳转指令，手动指令I1.O打开时，执行手动程序；在单周期指令IO.5打开时，执行周期程序；在连续指令。则程序结构件附录1； 1） 单周期工作过程分析当机械手处于原位时，上升限位开关1O.2、左限位开关IO.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M1.O置“1”，HL线圈接通，原位指示灯亮。2） 连续工作连续工作操作，只需在单周期返回程序改为：到达左限位开关位置，IO.4触点接通，M2.O变
13、为“0”态，M1.1为“1”态，移位寄存器全部复位，机械手下降。自动程序控制图见附录二。3） 手动操作左右运行时，接通手动左右移位开关T1.1，断开其他运行方向，按下启动按钮机械手右行，按下停止按钮机械手左行；夹紧与松开时，接通手动送移位开关T1.2，断开其他运行方向的开关，按下启动按钮机械手夹紧，按下停止按钮机械手松开。 上下运行时，接通手动上下移位开关T1.3断开其他运行方向的开关，按下启动按钮机械手上升，按下停止。 手动操作程序图件附录三。第四章 PLC仿真介绍 本设计中使用SETP7进行编译，使用S7-200进行仿真，在仿真中，用小指示灯代表运行状态，软件模拟开关代表开关按钮，通过编译
14、、仿真，实现了机械手的运行过程，包括手动和自动两个状态，在自动中分为单周期和连续两个状态。 编译到仿真器的过称为： 1）通过SETP7编译，保存导出，AML格式的文件。2）然后再装载到S7-200中进行仿真。装载过程如下图所示：第六章 结论在本次课题设计中，大小球分拣控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化控制程度，减少了大量中间继电器、时间继电器、硬件连接线，提高了控制系统的可靠性。同时。采用PLC进行控制可方便改善生产流程，增强控制功能。通过本次设计，可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改行相关参数。实现机械手控制系统的不同工作要求。机械手控制系统具有很大的灵活性和可操作性。利用STEP7和S7200软件进行编译、仿真，方便快捷，不学要花时间在实验台上连线等。可以直接仿真，方便快捷。在本次课程设计中，为设计节约了很多时间。另外这次课程设计对于我们来说意义非凡，对我们来说是一次值得珍惜的机会。参考文献【1】张万忠、刘明芹 电器与PLC控制技术 北京：化学工业出版社，2009附录一：程序整体结构附录二：手动程序图附录三：自动程序系统顺序功能图 1818
PLC控制技术课程设计机械手动作的模拟实现
