PLC机械手课程设计样本

专业方向设计

任务书

题目名称: 基于PLC机械手控制系统设计

专业自动化班级2

学校: 青岛理工大学自动化学院

12月22日

基于PLC的机械手控制设计

摘要: 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术, 是

现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物, 并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改进劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。特别在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合, 应用得更为广泛。在中国, 近几年来也有较快的发展, 并取得一定的效果, 受到机械工业和铁路工业部门的重视。当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果,其应用已从单机自动化推广到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化。当前,机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面,无论数量、品种和性能方面还不能满足工业生产发展的需要。在国内主要是逐步扩大应用范围,重点发展铸锻、热处理方面的机械手,PLC能够按照所需要求完成机械手的设计,使机械手的设计简单化,大大节省了时间,提高了工作效率, 减轻了劳动强度,改进作业条件。

本课题拟开发物料搬运机械手, 采用西门子系列S7-200PLC, 对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等; 电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术, 结合相应的硬件装置, 控制机械手完成各种动作。

关键词:机械手S7-200 可编程技术

1、PLC简介:

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller, PLC) 取代传统继电器控制装置以来, PLC得到了

快速发展, 在世界各地得到了广泛应用。同时, PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高, PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制, 在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。通用PLC 应用于专用设备时能够认为它就是一个嵌入式控制器, 但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器, 现在正逐步用通

用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器

1.1可编程器的基本原理

PLC与普通微机在许多方面有相似之处,但其工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式,如在常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式下,有键按下或I/O动作则转入相应的子程序;无键按下或I/O不动作则继续扫描键盘和I/O口。PLC则采用循环扫描动作方式,在PLC中用户序按先后顺序存放,

2、机械手概述

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可经过编程来完成各种预期的作业任务, 在构造和性能上兼有人和机器各自的

优点, 特别体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力, 在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域, 是一门跨学科综合技术。

2.1机械手分类

机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手, 它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它能够根据任务的需要编制程序, 以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外, 还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的, 称为操作机。它起源于原子、军事工业, 先是经过操作机来完成特定的作业, 后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手, 主要附属于自动机床或自动线上, 用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为”Mechanical Hand”, 它是为主机服务的, 由主机驱动, 除少数外, 工作程序一般是固定的, 因此是专用的。

本项目要求设计的机械手模型可归为第一类, 即通用机械手。在现代生产企业中, 自动化程度较高, 大量应用机械手。经过本次设计, 能够增强对工业机械手的认识, 同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常见的技术。

机械手控制系统设计步骤

根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的

信号的,同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的选型。(3)根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。PLC 的用户程序体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系,编程时可用编程器或计算机直接编程、修改,同时也可对PLC

的工作状态、特殊功能进行设定。(4)对所设计的PLC程序进行调试和修改,直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。(5)保存已完成的程序。

3控制系统硬件设计

对于机械手的控制系统能够采用多种方式, 如继电器控制、单片机控制、PLC控制等。但由于此明确指定采用PLC可编程控制器控制实现, 因此, 不用我们去考虑控制硬件方案, 只是要对PLC进行比较选择。

3.1PLC的选型

对于PLC的选择, 我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数; 扫描速度; 内存容量; 指令条数; 功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。

3.1.1PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类, 按应用环境分为现场安装和控制室安装两类; 按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发, 一般可按控制功能或输入输出点