湖工自动化机械手控制新版系统PLC专业课程设计.doc
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1、湖 南 工 程 学 院课 程 设 计课程名称 电气控制和PLC 课题名称 搬运机械手电气控制系统设计 专业班级 自动化0904班 姓 名 欧阳俊文 学 号 01020427 指导老师 赖指南、刘星平、唐勇奇、谭梅 6月15日湖 南 工 程 学 院课程设计任务书课程名称 电气控制和PLC 课题名称 搬运机械手电气控制系统设计 专业班级 自动化0904班 姓 名 欧阳俊文 学 号 01020427 指导老师 赖指南、刘星平、唐勇奇、谭梅 审 批 黄峰、汪超、刘星平 任务书下达日期6月4日课程设计完成日期6月15日设计内容和要求一. 课程设计性质和目标 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺乏一个综
2、合性教学步骤,是实现理论和实践相结合关键手段。它关键目标是培养学生综合利用本课程所学知识和技能去分析和处理本课程范围内通常工程技术问题,建立正确设计思想,掌握工程设计通常程序和方法。经过课程设计使学生得到工程知识和工程技能综合训练,取得应用本课程知识和技术去处理工程实际问题能力。 二. 课程设计内容 1.依据控制对象用途、基础结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求,确定控制方案。2.绘制搬运机械手控制系统PLC I/O接线图和梯形图,写出指令程序清单。 3.选择电器元件,列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。5.编写设计说明书。 三. 课程设计要求 1.所选控制方案应合理,所设计控制系
3、统应能够满足控制对象工艺要求,而且技术优异,安全可靠,操作方便。 2.所绘制设计图纸符合国家标准局颁布GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987电气技术中文字符号制订通则相关要求。 3.所编写设计说明书应语句通顺,用词正确,层次清楚,条理分明,关键突出,篇幅不少于7000字。关键设计条件1.PLC试验设备若干。2.参考文件若干。设计说明书装订次序1.课程设计说明书封面。2.课程设计任务书。3.说明书目录。4.正文(按设计内容逐项书写)。5.参考文件。6.附录。7.课程设计评分表。设计进度安排第1周:1.星期一早晨:课题内容介绍。2.星期一下午:仔细阅读设计任务
4、书,明确设计任务和要求,搜集设计资料,准备设计工具。3.星期二星期五:确定控制方案。绘制搬运机械手电气控制系统PLC I/O接线图和梯形图,写出指令程序清单。设计控制系统工艺图纸。选择电器元件,列出电器元件明细表。第2周:4.星期一:上机调试程序。5.星期二星期五:编写设计说明书,答辩。前 言PLC是应用最广以计算机技术为关键自动控制装置。本设计以西门子企业S7-200PLC为基础,设计出一个简易搬运机械手控制系统。设计第1章关键是对PLC和机械手作了一个简明介绍和对机械手控制系统进行了一个概要设计。第2章内容就是对两种最常见自动控制器件(单片机和PLC)作了简单对比,进而讲叙了PLC关键特点
5、及应用领域。第3章关键本系统硬件电路设计,包含:PLC外部电路设计,传送带,主电路设计,和传送带控制电路设计。第4章是机械手控制系统软件设计,关键是依据硬件电路和搬运机械手工作原理先设计出次序功效图,进而设计出系统梯形图。第5章讲是程序调试过程,关键是程序调试过程中所碰到问题,和处理方案。在本设计编写过程中,得到了懒指南老师悉心指导,和各位同学部分帮忙,谨在此表示衷心感谢。因为设计者本人水平有限,设计过程中难免会有些错漏之处,恳请读者批评指正。 自动化0904 欧阳俊文 年6月15日目 录第1章 概述 11.1 PLC介绍11.2 机械手概述11.3 机械手控制系统设计步骤 2 第2章 控制方
6、案论证22.1 PLC特点及应用领域22.2 PLC选择 3第3章 控制系统硬件电路设计63.1 搬运机械手设计原理63.2 PLC控制面板及接口电路图73.3 传送带A,B主电路图及传送带B控制电路图10第4章 控制系统软件设计114.1 控制系统软件设计原理114.2 控制系统工作循环图和次序功效图134.3 控制系统梯形图程序14第5章 控制系统调试15 5.1 控制系统调试过程15结束语16致谢16参考文件17附录18第1章 概 述1.1 PLC介绍 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)替换传统继电器控制装置以
7、来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC功效也不停完善。伴随计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术不停发展和用户需求不停提升,PLC在开关量处理基础上增加了模拟量处理和运动控制等功效。今天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关键作用。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相对通常嵌入式控制器而方含有更高可靠性和愈加好稳定性。实际工作中碰到部分用户原来采取嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC替换嵌入式控制器。1.2 机械手概述 工业机械手是近几十年发展起来一个高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器
8、人一个关键分支。它特点是可经过编程来完成多种预期作业任务,在结构和性能上兼有些人和机器各自优点,尤其表现了人智能和适应性。机械手作业正确性和多种环境中完成作业能力,在国民经济各领域有着宽广发展前景。机械手技术包含到力学、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。1.3 机械手控制系统设计步骤依据工艺要求确定被控系统必需完成动作,确定这些动作之间关系及完成这些动作次序。(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC,哪些外围设备是接收来自PLC信号,同时还要将PLC输入、输出点和之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC选型
9、。(3)依据控制系统控制要求和所选PLCI/O点情况及高功效模块情况,设计PLC用户程序,此时可采取梯形田、助记符或步骤图语言形式用户程序。PLC用户程序表现了根据正确次序所要求全部功效及其相互关系,编程时可用编程器或计算机直接编程、修改,同时也可对PLC工作状态、特殊功效进行设定。(4)对所设计PLC程序进行调试和修改,直至PLC完全实现系统所要求控制功效。(5)保留已完成程序。第2章 控制方案论证2.1 PLC特点及应用领域 现在市场上最常见控制器件关键就是PLC和单片机。单片机是一个微型计算机,顾名思义,这种计算机最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常全部
10、藏在被控机械“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类头脑作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。由此可见单片机关键是应用在部分集成度高,精细电子设备当中,而对于部分大型工业设备控制,大部分还是用PLC进行控制。PLC特点:1. 抗干扰能力强、可靠性高。2. 控制系统结构简单,通用性强。3. 编程方便,易于使用。4. 功效强大,成本低。5. 设计、施工、调试周期短。6. 维护方便。PLC应用: 早期PLC关键在以开关量居多电气次序控制系统中使用,但在20世纪90年代后,PLC也被广泛地在步骤工业自动化系统中使用
11、,一直到现在现场总线控制系统,PLC更是其中主角,起应用面越来越广.现在,世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品,应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。PLC关键应用范围通常可分成以下多个: 1 中小型电气控制系统。2 制造业自动化。3 运动控制。 4 步骤工业自动化。2.3 PLC选择因为市场需求和西门子PLC广泛应用所以我选择是S7-200.我们对其进行简明说明:S7-200系列是一类可编程逻辑控制器(Micro PLC)。这一系列产品能够满足多个多样自动化控制需要,下图展示一台S7-200 Micro PLC CPU22*系列PLCCPU外型图图2,含有
12、紧凑设计、良好扩展性、低廉价格和强大指令,使得S7-200能够近乎完美地满足小规模控制要求。另外,丰富CPU类型和电压等级使其在处理用户工业自动化问题时,含有很强适应性。S7-200 CPU模块包含一个中央处理器单元(CPU)、电源和数字量I/O点,这些全部被集成在一个紧凑、独立设备中。 图2-1 S7-200 CPU外型图1.CPU负责实施程序和存放数据,方便对工业自动控制任务或过程进行控制。2.输入和输出是系统控制点:输入部分从现场设备(比如传感器或开关)中采集信号,输出部分则控制泵、电机、和工业过程中其它设备。3.电源向CPU及其所连接任何模块提供电力。4.通讯端口许可将S7-200CP
13、U同编程器或部分设备连接起来。5.状态信号灯显示了CPU工作模式(运行或停止),本机I/O目前状态,和检验出来系统错误。6.经过扩展模块能够增加CPUI/O点数(CPU221不能够扩展)。7.经过扩展模块能够提供其通讯功效。8.部分CPU含有内置实时时钟,其它CPU需要实时时钟卡。9.EEPROM卡能够存放CPU程序,也能够将一个CPU中程序传送到另一个CPU中。10.经过可选插入式电池盒可延长RAM中数据存放时间。图2-1展示了一个基础S7-200 Micro PLC.它包含一个S7-200 CPU 模块,一台个人计算机(PC),STEP 7-Micro/win32(3.1版)编程软件,和一
14、条通讯电缆.为了使用个人计算机(PC),你必需以下一个设备:一条PC/PPI 电缆;一个通讯处理器(PC)和多点接口(MPI)电缆;一块MPI卡,随MPI卡提供一根通讯电缆。图2-2 S7-200 Micro PLC 系统组成PLC模块选择:采取CPU224主机和输出扩展模块EM222简明介绍对扩展模块选择。S7-200PLCI/O扩展模块有:1. 输入扩展模块EM221: 共有3种产品,即8点和16点DC、8点AC。2. 输出扩展模块EM222:共有5种产品,即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。3. 输入/输出混合模块EM223:共有6种产品。其中DC输入/DC输出有3种
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