自动浇注机械手控制系统设计.doc
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1、信息工程学院 自动浇注机械手控制系统设计编号:20150105014 本 科 毕 业 设 计自动浇注机械手控制系统设计Design of automatic pouring manipulator control system姓 名学 院信息工程学院专 业自动化班 级一班学 号指导教师2015年6月2日摘 要 随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高,市场竞争激烈、人工成本上涨,以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式,不但占用空间也不容易更变生产线结构,加上需要人力监督操作,更增加生产成本,原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度,保障生产的可靠性
2、、安全性,降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。本论文可编程控制器(PLC)选用西门子(SIEMENS)公司S7-200系列的CPU224.机械手的开关量信号直接输入PLC,PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制,而电磁阀通过控制相应的汽缸,完成俩个工作台之间的工件搬运,包括左右,上下及工件的夹紧和放松六个动作过程,并可实现手动和自动两个操作过程。【关键词】PLC 可编程控制器 机械手信息工程学院 自动浇注机械手控制系统设计Abstract With advances in science and technology, requirement is
3、 higher and higher degree of automation, market competition is intense, labor costs rise, previous manual operation of traditional object moving and stationary belt transporting way, not only occupy the space structure is not easy to become more production line, plus the need of human supervision op
4、eration, increased the cost of production, the original production feeding device far cannot satisfy the needs of the highly automated. Reduce labor intensity and ensure the security and reliability of production, reduce production costs, reduce environmental pollution, improve product quality and e
5、conomic benefit is the enterprise to generate major issues to be faced with.Flexible configuration, easy configurationProgrammable controller (PLC) this paper selects the SIEMENS (SIEMENS) S7-200 series CPU224. Manipulator switch signal input directly and PLC, PLC controlled through intermediate rel
6、ay of electromagnetic valve, electromagnetic valve and by controlling the corresponding cylinder, completed two workbench between workpiece handling, including the left and right sides, top and bottom and workpiece clamping and relaxation of six action process, and can achieve both manual and automa
7、tic operation.Keywords PLC programmable controller manipulator目 录第1章 引 言11.1 PLC的控制系统11.2 PLC的主要功能11.2 选题背景5第2章 机械手的整体设计82.1 机械手的控制过程82.2 PLC选型92.3 可编程控制器控制盘面板102.4 机械手的整体设计11第3章 机械手的程序设计153.1 机械手动作过程的实现153.2 机械手的手动单步操作程序163.3 自动控制程序17第4章 PLC机械手的程序调试234.1 控制系统的程序调试步骤234.2 调试过程中要注意的事项23结 束 语24参考文献25致
8、 谢26 第1章 引 言1.1 PLC的控制系统1.1.1 PLC的概述PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世,人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接,构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现,以及流程加工行业(如汽车制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求,PLC技术出现并快速发展。目前,PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃,使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制,发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记
9、忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是,仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PLC之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件,而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程。总之,可编程控制器是一台计算机,它是专门为工业环境应用而设计
10、制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不是针对某一具体工业应用,在实际应用时,某硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。1.1.2 PLC的主要功能PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。PLC系统主要有以下功能:多种控制功能;数据采集、存储与处理功能;通信联网功能;输入、输出接口调理功能;人机界面功能;编程、调试功能。PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低,虽然软件价格占的比重有所增加,但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外,采用
11、PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期,使总价格进一步降低。PLC产品面临现场总线的发展,将再次革新,满足工业与民用控制的更高需求。1.1.3 PLC的经济分析综上所述,在各种环境中,使用PLC控制机构设备,生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛。对PLC的经济分析,应从以下几方面考虑:1、从影响成本的各个因素综合考虑对目前生产设备控制装置来说,有三种类型: 继电器控制; 半导体器件控制; PLC控制。价格仅是选择PLC品牌的一个因素,而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素。2、从设计、生产周期长短考虑不论是对旧设备进行改造,还是设计新的生产机械设备。毫无疑问,生产、设计周期
12、越短越好,甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产,特别是产品更新换代,生产工艺改造,不需改动现有生产设备及其外部接线,就能马上组织生产,这不仅节约了劳动力,而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活力,提高了经济效益。如果把这些要求得以实现,继电器或半导体都不能满足,而PLC则完全可以实现。这是因为使用PLC不必改动外部设备接线,只要对软件进行一些改变就可以了。也就是说只要改变梯形图,按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷,可以达到事半功倍的效果。据调查,目前我国70%的机械生产设备,都是采用继电器进行控制的,除了可靠性差外,程序设计也很繁杂。从方案的确立到技术条件的
13、设计以及施工的设计,图面的工作量很大,这势必造成设计周期长。而采用PLC控制可以大大缩短设计周期,甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入,或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求,重新编写程序并把它存储在EEPROM模块中去,需要加工哪种产品的程序,操作人员可以随时调用,这既简单、方便又保密。1.1.4 PLC的基本组成现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等,通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将C
14、PU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。输入接口输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号,一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号;另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成,与输入接口电路类似,内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出接口电路一般由输出
15、数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上,CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中,功率放大电路是为了适应工业控制要求,将微电脑的输出信号放大。其它接口若主机单元的I/O数量不够用,可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口,可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器,并利用编程器检查、修改和调试用户程序,监视用户程序的执行过程,显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小,携带方便,但只能用语句形式进
16、行联机编程,适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程,又可用梯形图编程,同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件,当个人计算机安装了PLC编程支持软件后,可用作图形编程器,进行用户程序的编辑、修改,并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电,是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源,许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源,用于向输入接口上的接入电气元件供电,从而简化外围
17、配置。1.1.5 PLC的优点(1)可靠性高,抗干扰能力强可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC
18、以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(2)配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员
19、接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体积小,重量轻,能耗低以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容
20、易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。1.1.6 PLC的应用领域目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。(1) 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2) 模拟量控制在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现
21、模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。(3) 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4) 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。P
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