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1、机械手的模拟控制(二)目录1简介21。1课题概况21。2设计要求21。3设计内容22系统总体方案设计32.1总体方案选择说明32。2控制方式选择32。3操作界面设计（其它图见附录）43.PLC控制系统的硬件设计43.1 PLC的选型43。2 I/O点数的估算53。3 I/O分配表53.4电气原理图设计53.5电气元件明细表54. PLC控制系统程序设计64.1 状态分配表64。2 机械手控制程序顺序功能图（或流程图）设计64.3 控制程序设计思路65系统调试及结果分析115.1 系统梯形图115。2 结果分析155。3调试过程中问题及解决方法156系统的使用说明书157课程设计体会168参考文
2、献169附录171简介1.1课题概况 一个将工件由A处传送到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,就一致保持现有的机械动作，如果线圈断电则停止机械动作。例如下降的电磁阀通电,机械手下降，如线圈断电，则停止现有的下降动作，直到通电后继续下降；当此电磁阀相反方向的线圈通电时则进行上升的机械动作。另外夹紧/放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电时执行放松动作.设备装有上、下限位和左、右限位开关,启动按钮SB1、停止按钮SB2，SA1为单次工作和循环工作的选择开关，SA2为手动工作和自动工作选择开关。启动按钮SB1按
3、下后开始工作，有八个动作，如下所示： 原位下降夹紧上升右移 左移 上升 放松 下降1。2设计要求（1）初始状态:机械手运行前，处于原位状态。（2）由SA2开关选择自动或手动工作。自动工作有单次循环工作和重复循环工作两种流程；手动工作状态时，按下启动按钮，只能单步运行：按下启动按钮则运行一步，下一步运行需要再按一次启动按钮。（3)启动操作：按下启动按钮SB1,机械手按如表所示的工作流程运行。(4)停止工作：按下停止按钮SB2后,立即停止运行，按下启动按钮SB1又能继续运行。1.3设计内容该机械手分为自动工作与手动工作: 一、自动工作： （1）单次循环：按下启动按钮下降（YV1）下降到位，夹紧（Y
4、V2）延时4s上升（YV3）上升到位，右移（YV4）右移到位,下降（YV1）下降到位，放松延时3s上升（YV3）上升到位，左移（YV5)左移，到达原位停止工作 （2）重复循环：按下启动按钮下降（YV1)下降到位,夹紧（YV2)延时4s上升（YV3）上升到位，右移（YV4)右移到位,下降(YV1)下降到位,放松延时3s上升（YV3）上升到位,左移（YV5）左移,到达原位 按以上步骤循环三次. 二、手动工作: 单步运行：按下启动按钮下降（YV1)到位停止按下启动按钮夹紧(YV2)延时2s按下启动按钮上升（YV3)到位停止按下启动按钮（以此类推)2系统总体方案设计2.1总体方案选择说明1、机械手的升
5、降和左右移行分别由不同的电磁阀来实现,电磁阀线圈失电时能保持原来的状态;2、上升、下降的电磁阀线圈分别为YV3、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV5、YV4;3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV2来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件;4、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；5、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1S实现;6、机械手处于原点时指示灯HL亮2.2控制方式选择由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点，如硬件电路简单，修改程序容易，可靠性高等，所以本设计选择PLC控制系统。2.3操作界面设计（其它图见附录）1、机械手的工
6、作状态由开关SB1、SB2控制，其中开关SB1为启动开关、开关SB2为关闭开关；2、指示灯HL指示机械手是否处于原点，如在原点，则HL亮；3、机械手的下降、夹紧、上升、右行、左行由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5来实现；4、行程开关的下限位、上限位、左限位、右限位由SQ1、SQ2、SQ4、SQ3来实现;5、控制开关回原点、单步跑、单周期、连续循环由开关I1。2、I1.3、I1。4、I1.5来实现。3。PLC控制系统的硬件设计3.1 PLC的选型 本次机械手模拟控制采用的是来自西门子公司的S7200可编程控制器。西门子公司的SIMATIC S7200系列属于小型PLC，可用来代替继电
7、器的简单控制场合，也可用于负载的自动化控制系统。由于他有极强的通信功能，在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。它可靠性高,可以用梯形图，语句表和功能图块三种语言来编程。它是指令丰富，指令功能强大，易于掌握，操作方便，内置有高速计数器，高速输出,PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议，MPI通信协议和自由端口模式通信功能，最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，最多有30多个KB程序和数据存储空间。3.2 I/O点数的估算使系统总投资最低。PLC的输入/输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况（包括模拟量、开关量等输入信号和需
8、控制的输出设备数元件要占用一个输入/输出点。考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上加上20%30%的备用量.3。3 I/O分配表3。4电气原理图设计（见附录）3.5电气元件明细表4. PLC控制系统程序设计4.1 状态分配表4。2 机械手控制程序顺序功能图(或流程图)设计（见附录)4.3 控制程序设计思路(1）程序的组成（2)初始程序本机械手的初始程序的梯形图如下图所示机械手初始程序梯形图（3） 回原点程序本机械手回原点程序的梯形图如下图所示。本程序实现机械手回原点并且使夹子放松的 （4）自动运行程序 20 5系统调试及结果分析5.1 系统梯形图5。2 结果分析机械手控制程序包括回原点
9、程序、自动运行程序（包括单步、单循环、连续循环控制程序）。回原点程序就是让机械手回到原点，放松夹子。然而自动运行程序控制三个不同的小程序，较为繁琐，要将单步与循环分开以及单循环与连续循环分开。当单步走的时候M0.7由开始按钮上升沿触发。当单循环的时候M0。6为0;当连续循环的时候M0.6为1，将这两者分开。在程序中用的是置位/复位的语句所以能在打开停止开关后重新开始时能从原位继续执行。用计数器C0来计数循环的次数。5.3调试过程中问题及解决方法（1）本次实验中的操作面板中的YV3损坏，我们用Q0.0的指示灯来代替。（2）一开始我们程序控制机械手下降的过程中，机械手上升的程序同时工作，其中的原因
10、为M2.1在下一步的时候未复位,解决方法为在在下一步程序中将M2.1 复位,用M2。1使夹子夹紧,M2.5使夹子放松.6系统的使用说明书（1)开启回原点开关I1。2，打开上限位SQ2和左限位SQ4行程开关，实现放松夹子，机械手回原点。(2)选择单步I1。3/单周I1.4/连续循环I1。5的开关，在按下开启按钮。（3）(单步则按下开启按钮)关闭上限位SQ2和左限位SQ4行程开关，机械手下降。（4）（单步则按下开启按钮) 打开下限位SQ1行程开关，夹紧夹子.(5）（单步则按下开启按钮）延时1秒后,机械手上升，关闭下限位SQ1行程开关.(6)（单步则按下开启按钮）打开上限位SQ2行程开关，机械手右行
11、.（7）(单步则按下开启按钮）打开右限位SQ4行程开关,机械手下降，关闭上限SQ2位行程开关。（8）（单步则按下开启按钮）打开下限位SQ1行程开关，夹子放松。（9）（单步则按下开启按钮）延时1秒后，机械手上升。(10）(单步则按下开启按钮)关闭下限位SQ1行程开关，打开上限位SQ2行程开关，机械手左行.（11）（单步则按下开启按钮)关闭右限位SQ3行程开关,打开左限位SQ4行程开关。(若为单周则在此结束，若为循环则从(3)走下去，循环三次结束）7课程设计体会通过本次课程设计，让我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了一定的理解。通过对理论的运用，提高了我们对基本指令的运
12、用的熟练度。在没有做课程设计以前，我们对基本指令的认知都是思想上的，容易忽略了一些细节，因此当我们把自己想出来的程序运用到编程中的时候，问题出现了，不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合.在解决一个个在调试中出现的问题中,我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作,我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式，每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言,和提出意见，同时我们还向别的同学请教.在此过程中,每个人都想自己的方案得到实现,
13、积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样,我们可以尽可能的统一思想,这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了便于最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题.8参考文献(例:仅供参考）王永华 现代电气控制及PLC应用技术.北京:北京航空航天出版社，2008殷洪义 主编。可编程控制器选择设计与维护。北京：机械工业出版社，2002程子华 PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，20069附录附录A机械手控制系统顺序功能图附录B机械手控制系统电气原理图附录 C机械手控制板面操作过程图