plc课程设计 机械手 电气控制 plc.doc

课程设计报告书
课程名称: 《PLC技术与工程应用》
课题名称: 机械手电气控制系统设计
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专业班级:
姓名: 学号:

2012年 06月20日
目录
1 引言 - 1 -
2 系统总体方案设计 - 2 -
系统硬件配置及组成原理 - 2 -
系统变量定义及分配表 - 5 -
系统接线图设计 - 6 -
3 控制系统设计 - 7 -
程序流程图 - 7 -
控制程序设计思路 - 8 -
4 程序调试 - 9 -
调试设备 - 9 -
遇到的问题与解决方法 - 9 -
5 上位机监控系统设计 - 10 -
6 心得体会 - 11 -
参考文献 - 12 -
附录程序清单 - 13 -
1 引言
机械手是工业控制和加工中经常用到的执行部件,具有能适应恶劣工作环境、效率高、安全稳定和可进行高强度工作的优点,在自动化生产线上有广泛的应用。在现代工业中,生产过程的机械化,自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法;控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外,还有大量的装卸、搬运、装配等作业,有待于进一步实现机械化,工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能,可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。
为工业机械手设计一个技术性能优良的控制系统,对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。本设计正是针对这一课题,选择了可编程控制器(PLC)作为工业机械手的控制系统,这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。
本设计的电动组合机械手分别由四个不同功能的驱动电机及相应的机械传动装置构成;它们是:旋转电机、水平(X轴)伸缩运行电机、垂直(Y轴)升降运行电机、手爪驱动电机,是一个三轴多位置的机械装置。可以完成零组件的组装、移送等任务。限位开关检测机械手是否到达固定位置。
可编程控制器(PLC)控制机械手的动作,实现机械手的单步和连续运行。本设计可编程控制器(PLC)选用西门子(SIEMENS)公司S7-200系列的CPU224XP。机械手的开关量信号直接输入PLC,PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作,从而控制电动机正向或反向运行。
2 系统总体方案设计
系统硬件配置及组成原理
机械手的相关介绍
机械手实验设备如图1所示。该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。
图1. 机械手实验设备
该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动,每台电动机可进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动;伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成;机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。该设备共有8个动作,由控制器输出信号驱动。
每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关,用于判断当前动作是否到位。该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号。
设计输入输出接口电路(如图2所示) 的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。图中上层电路板是驱动电路板,下层电路板左侧是输入接口电路板,右侧是输出接口电路板。
图2. 输入输出接口电路板
输入接口电路板原理图如图3所示,其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1:24V DC ;逻辑0:0V DC)。板上设有光电隔离电路,将内外电源隔离,以保护设备安全。
图3. 输入接口电路板电气原理图
本设备8个输入信号,对应输入接口电路板的8根输入信号线。各信号线对应的行程开关如表1所示。
表1. 输入信号线与行程开关对应关系表
输入信号线序号
(自左到右)
对应行程开关
备注
1
左转到位
2
右转到位
3
退回到位
4
伸出到位
5
上移到位
6
下移到位
7
手指张开到位
8
手指夹紧到位
输出接口(如图4所示)由两块电路板构成:驱动电路板和输出接口电路板。它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作,从而控制电动机正向或反向运行。输出接口电路板上也设有光电隔离电路,可将内外电源隔离。
左图为驱动电路板电气原理图,继电器A吸合、B释放,对应的电机正转;继电器A释放、B吸合,对应的电机反转;继电器A、B同时释放,电机停止运行;不允许二者都吸合。右图为输出接口电路板电气原理图,当PLC输出的某路控制信号有效时,对应的输出信号有效,从