課程設計 ----工件搬運單元電氣控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　電氣控制與PLC</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目 工件搬運單元電氣控制系統(tǒng) </p><p>　　系（院） 機 械 工 程 學院 </p><

2、;p>　　年 級 2006級 專 業(yè) 機械工程及自動化 </p><p>　　班 級 學 號 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.設計任務書1</b></p><p>

3、<b>　　1.1設備概況1</b></p><p><b>　　1.2控制要求1</b></p><p><b>　　1.3設計任務2</b></p><p>　　2控制系統(tǒng)總體設計方案2</p><p>　　2.1總體設計方案說明2</p><

4、p>　　2.1.1 PLC設計的總體思路：2</p><p>　　2.1.2整個設計過程的總體步驟：3</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的電氣原理圖3</p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)原理框圖3</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)的PLC原理圖4</p><p>　　2.2.3 控制系統(tǒng)

5、的氣動原理圖6</p><p>　　3.PLC的選擇及技術參數(shù)7</p><p>　　4控制系統(tǒng)的程序設計9</p><p>　　4.1 PLC編程軟件的選擇9</p><p>　　4.2 PLC程序的編寫9</p><p>　　4.2.1 PLC程序設計流程圖9</p><p>　

6、　4.2.2 PLC控制梯形圖程序11</p><p>　　5. PLC程序的調試22</p><p>　　6. 設計心得 23</p><p><b>　　7.參考文獻24</b></p><p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　

7、　1.1設備概況</b></p><p>　　本單元的功能是通過三自由度機械手將工件從上一個工作站向下一個工作站傳送，工件抓取采用真空吸力實現(xiàn)。在上一個單元的鉆孔檢測中不合格的工件可以在這里被踢出。本單元設有多個按鈕和旋鈕，其中運行按鈕：使系統(tǒng)開始或繼續(xù)運行；復位按鈕：開始運行前使系統(tǒng)回到復位狀態(tài)；功能按鈕：按下則表示工件為不合格工件，將會被剔除；自動/單步雙向旋鈕和單機/聯(lián)網(wǎng)雙向按鈕：用于選擇系統(tǒng)進

8、入單步程序，自動程序或聯(lián)網(wǎng)程序；暫停按鈕：使系統(tǒng)暫停運行；急停按鈕：使系統(tǒng)緊急停止，防止意外發(fā)生；退出按鈕：用于系統(tǒng)急停后退出急停狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2控制要求</b></p><p>　　本單元有單步運行、自動運行以及聯(lián)網(wǎng)運行3種運行方式可供選擇?？梢酝ㄟ^旋鈕選擇運行方式。單步運行是將本單元的動作分解成8步來完成，每按一次運行鍵執(zhí)行1步動作，方便

9、老師講解以及學生試驗。要完成好電氣控制的設計任務，除掌握必要的電氣設計基礎知識外，還必須經(jīng)過反復實踐，深入現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗應用到設計中來。其中第1步：回轉臂向左擺；第2步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第3步：真空閥打開，將工件吸起；第4步：垂直臂縮回，然后水平臂縮回；第5步：回轉臂向右擺；第6步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第7步：真空閥斷，將工件放置到下一個單元；第8步：垂直臂縮回，然后水平臂縮回，恢復初始位置，如此就完成了一個

10、動作循環(huán)。如果有工件不合格信號，則第6步水平臂不會伸出，第7步真空閥斷，工件直接被放入廢料槽中。自動運行就是將這些動作連起來運行，只需按一次運行鍵就完成一個動作循環(huán)。如果選擇聯(lián)網(wǎng)運行就是使本單元進入聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，動作將不受按鈕控制（急停按鈕除外），由上機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)控制。</p><p><b>　　技術參數(shù)：</b></p><p>　　工作壓力：0.3mpa-0.8m

11、pa；I/O端口：14輸入/10輸出</p><p>　　表1.1 工件搬運單元輸入輸出元件</p><p><b>　　1.3設計任務</b></p><p>　　1.3.1根據(jù)控制要求，對分類存儲及立體倉庫單元硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。</p><p>　　1.3.2根據(jù)控制要求，編制分

12、類存儲及立體倉庫單元PLC系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　1.3.3編寫設計說明書，內容包括：</p><p>　?。?）設計過程和有關說明</p><p>　?。?）基于PLC的工件搬運單元電路圖</p><p>　　（3）PLC控制程序</p><p>　?。?）電器元器件的選擇和有關計算</p>

13、<p>　?。?）電氣設備明細表</p><p>　?。?）參考資料，參考書及參考手冊</p><p>　?。?）其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題和解決問題辦法、對課程設計的認識和建議。</p><p>　　2.控制系統(tǒng)總體設計方案</p><p><b>　　2.1總體方案說明</b&

14、gt;</p><p>　　2.1.1 PLC設計的總體思路：</p><p>　　本次設計PLC程序的編制方法采用較常用的梯形圖程序設計法。該方法的好處是形象、直觀、易于使用、條理清楚，而且之后調試與修改也較為方便。</p><p>　　梯形圖的設計方法常有經(jīng)驗法、根據(jù)繼電器電路圖設計法、順序控制設計法。對于類似本次設計那樣，需控制較多變量而且動作較多的情況，順序

15、控制設計法因為直觀和條理性較強的優(yōu)勢，是首選的方法。因此，接下來的設計工作就是根據(jù)順序功能圖將實現(xiàn)裝置基本動作的程序編制出來。</p><p>　　2.1.2 整個設計過程的總體步驟：</p><p>　　1.明確控制對象，列出輸入輸出列表，畫出電路圖。 </p><p>　　2.明確控制要求，畫出動作順序圖和順序功能圖。 </p><p>

16、　　3.參考查閱資料完成PLC程序編寫。 </p><p>　　4.將程序輸入電腦，并與PLC聯(lián)機。下載程序 </p><p>　　5.調試PLC程序，修改優(yōu)化。 </p><p>　　6.編寫課程設計說明書。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的電氣原理圖</p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)原理框圖</p

17、><p>　　依照控制系統(tǒng)的具體要求，設計控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示：</p><p>　　通過操作臺上的各種按鈕﹑旋鈕，向西門子S7200PLC發(fā)出指令（也可以通過PC機上的PLC軟件或按鈕發(fā)送）；信號可由PLC處理并通過標準的傳輸數(shù)據(jù)線傳遞，實現(xiàn)控制電磁閥的動作，從而控制氣缸的動作使其能夠完成系統(tǒng)的設計要求，同時各種傳感器也通過數(shù)據(jù)線向PLC傳遞開關信號，操作臺上的各種指示燈可以指示P

18、LC的工作狀態(tài)，即使得操作人員方便得知系統(tǒng)運作的各種情況。</p><p>　　圖2.1控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　此次設計中除了要讓系統(tǒng)在PLC的控制下完成以上要求的動作，使得操作人員可以系統(tǒng)進行操作。此外，遇到緊急情況時也可采取相應措施。</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)PLC原理圖</p><p>　　PLC具有結構簡

19、單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，即確定了PLC的輸入輸出如表2.1所示，PLC的原理圖如圖2.2所示：</p><p>　　表2.1 I/O列表

20、</p><p>　　圖2.2 PLC的原理圖</p><p>　　2.2.3 控制系統(tǒng)氣動原理圖</p><p>　　根據(jù)所選的各種氣動執(zhí)行元件的工作原理和本單元所要完成的動作要求，繪制出工件搬運單元的氣動原理圖，見圖2.3。壓縮空氣由空氣壓縮機產(chǎn)生，經(jīng)過冷卻器降溫；經(jīng)過油水分離器和過濾器去掉空氣中的雜質；經(jīng)過減壓閥使氣流變得緩和；壓縮空氣經(jīng)過手動閥時，當手動閥

21、在左位時，氣動系統(tǒng)將不能控制各個氣缸的正常運作；而當手動閥在右位時，各個氣缸可按照系統(tǒng)的設計要求完成指定。</p><p>　　圖2.3 控制系統(tǒng)氣動原理圖</p><p>　　表2.2 電磁鐵工作情況表</p><p>　　3.PLC的選擇及技術參數(shù)</p><p>　　目前市場上最受好評的PLC品牌有：西門子、歐姆龍、三菱等。目前中國市場

22、上應用最廣泛的PLC品牌是三菱，但相比之下西門子PLC較三菱的性能更加優(yōu)越，所以本次系統(tǒng)設計中選用的PLC品牌是西門子。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)動作要求明確了PLC所需要的輸入輸出個數(shù)為：輸出為10個，輸入為14個。因為本控制系統(tǒng)的動作比較簡單，可以使用小型PLC。該設備選用的是西門子S7-200 CPU224型PLC，這類型適用于小型自動控制系統(tǒng)，且具有反應快，可擴展，價格便宜的優(yōu)點。PLC的具體技術參數(shù)

23、如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 PLC性能參數(shù)表</p><p>　　4 控制系統(tǒng)的程序設計</p><p>　　4.1 PLC編程軟件的選擇</p><p>　　本次設計中PLC的編程軟件選擇西門子S7系列PLC編程專用軟件Step7。</p><p>　　STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品

24、包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的在線幫助。</p><p>　　在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的

25、硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。</p><p>　　4.2 PLC程序的編寫</p><p>　　4.2.1 PLC程序設計流程圖</p><p>　　設計中采用的是“步”的流程編程思想，

26、這種編程思想的具有調試方便以及機器的動作可靠等優(yōu)點。由以上要求得出流程圖如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 PLC程序設計流程圖</p><p>　　4.2.2 PLC程序設計流程圖</p><p>　　5. PLC程序的調試</p><p>　　一個PLC程序的設計，只是編輯完成還遠遠不夠，因為程序的編輯者往往會有許多的疏漏，使

27、得PLC在實際的運行當中不能夠按照指定的運行軌跡來完成動作指令；又或者是編程者想象的結果與實際PLC的反應不相同。這樣就需要對程序進行適當?shù)恼{試，進過不斷地調試才能最終得出滿足系統(tǒng)設計的程序來。</p><p>　　在程序的調試過程中碰到的問題有：</p><p>　　程序調試時發(fā)現(xiàn)復位流程未結束亦可再按運行按鈕啟動系統(tǒng)進行正常運作。其中原因主要是因為沒有限制啟動的條件。</p>

28、;<p>　　運行程序時由于有些輸出的觸發(fā)條件相同，又不允許這兩個輸出同時執(zhí)行，這種情況下就必須用到自鎖的編程手段。程序編制如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 PLC自鎖程序梯形圖</p><p>　　運行程序時擺動氣缸左擺時氣缸左右擺動不定，造成這一現(xiàn)象的主要原因是應為程序的開始沒有關閉所有不運行的程序，在該流程的線路上接上控制通斷的開關，將其關閉后徹底解決了這

29、個問題。</p><p><b>　　6.設計心得</b></p><p>　　本次課程設計根據(jù)PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則，完成了PLC控制系統(tǒng)的設計。本次設計對PLC自動化控制技術以及利用編程軟件STEP7.0實現(xiàn)對西門子PLC梯形圖的編制應用做了探討與研究。實踐證明這種編程方法是一種較為理想的方法。它是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，對于有經(jīng)驗的工程師，

30、也會提高設計的效率，程序的調試、修改和閱讀也很方便。</p><p>　　通過這次對工件搬運單元所要求的搬運能力以及正品廢品的區(qū)分能力的PLC控制，讓我了解了plc梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。本次設計，既讓我懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設計中，還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館成了我們很好的助手,不知不

31、覺中查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。</p><p>　　雖然本次課程設計是要求自己獨立解決，但是，還是脫離不了集體的力量，遇到問題和老師同學互相討論交流討論。本次課程設計是在王建平老師和胡朝斌老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他們嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。在做課程設計的過程中總是遇到這樣或那樣的問題，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在

32、其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。</p><p><b>　　7.參考文獻</b></p><p>　　[1何衍慶主編 常用PLC應用手冊 北京：電子工業(yè)出版社 2008.3</p><p>　　[2] 粱濤 現(xiàn)代電氣控制技術 重慶：重慶大學出版社，

33、2006</p><p>　　[3] 王永華編著 現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術 北京航空航天出版社 2008.2</p><p>　　[4] 魏克新.自動控制綜合應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 蔡崧著 傳感器與PLC編程技術基礎 北京：電子工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　[6] 廖常初.PLC