大专机电一体化毕业论文-PLC机械手控制设计

吉林大学远程教育专科生毕业论文（设计）中文题目PLC机械手控制设计学生姓名陈攀专业机电一体化技术层次年级09春专科学号10921508050306指导教师厉相宝职称讲师学习中心山东杏林科技职业学院成绩2011年4月15日摘要PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；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，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可即使发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效一直外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可再强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的发展具有很重要的意义。关键词：意义，应用，前景，编程语言，设计目录第一章绪论…………………………………………………………………………………11.1本课题的意义………………………………………………………………………11.2本文的主要工作……………………………………………………………………1第二章PLC的概述…………………………………………………………………………32.1PLC的基本知识……………………………………………………………………32.2PLC的应用与前景…………………………………………………………………5第三章PLC的编程语言……………………………………………………………………73.1梯形图编程语言……………………………………………………………………73.2功能块图编程语言…………………………………………………………………8第四章PLC控制机械手的设计…………………………………………………………….94.1机械手在工业生产中的应用………………………………………………………94.2各电器设备的制方式及控制要求…………………………………………………104.3电器元件设备的选择………………………………………………………………134.4控制系统的软、硬件设计…………………………………………………………144.5功能表图设计………………………………………………………………………27参考文献……………………………………………………………………………………35致谢…………………………………………………………………………………………36第一章绪论1.1本课题的意义机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。1.2本文主要做的工作1、问题提出：PLC控制的机械手最主要是应用于自动化生产中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。2、系统设计的主要内容（1）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；（2）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；（3）选定PLC的型号；（4）编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；（5）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；（6）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系；第二章可编程控制器的概述2.1可编程控制器的基本知识PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类.根据1、PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类（1）整体式PLC整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式机构。整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展(2)模块式PLC模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用这种模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。2、按功能分根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中，高档次（1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较；数据转换，远程I/O，子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制，PID控制等功能，适应于复杂控制系统。（3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3、按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类（1）.型PLC——I/O点数<256点，单CPU，8位或16微处理器，用户存储器容量4K字以下CE-I型美国通用电气（GE）公司TI100美国德洲仪器公司F、F1、F2日本三菱电气公司C20C40日本欧姆龙公司SF200德国西门子公司EX20EX40日本东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司（2）．中型——点数256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8KS7-300德国西门子SR-400中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5SU-6德国西门子公司C-500日本立石公司CE-ШGE公司（3）.大型PLC——I/O点数>2048点，多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8-16KS7-400德国西门子公司GE-IVGE公司C-2000立石公司K3三菱公司2.2可编程控制器PLC的应用与前景目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，汽车，轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格的不断提高，器应用领域不断扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面：2.2.1强量逻辑运算利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统的继电器控制用于单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2.运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械。机器人等进行运动控制。3.过程控制大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。4.数据处理现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC设备进行处理。5.通信联网PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。2.2.2国外PLC发展概况PLC在问世以来，经过40多年的发展。在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司。韩国：三星、LG公司等PLC的发展前景（1）产品规模向大小两个方向发展大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速度快高速；小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；（2）PLC在闭环过程中应用日益广泛；（3）不断加强通讯功能；（4）新器件和模块不断推出第三章可编程控制器的编程语言3.1可编程控制器的几种编程语言可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-LadderDiagram)、功能块图(FBD-FunctionBlockDiagram)、顺序功能图(SFC-SequentialFunctionChart)。文本化编程语言包括:指令表(IL-InstructionList)和结构化文本(ST-StructuredText)。这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言.而SFC编程语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种编程度语言。3.1.1梯形图编程语言(LD-LadderDiagram)梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述，是PLC编程中被最广泛使用的一种图形化语言，由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图，便于理解,因此许多编程人员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子，故名梯形图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线，左侧的电力轨线名义上为功率流从左向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量，功率流的终点是右侧的电力轨线。每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个实际设备的状态，一个简单的梯形图程序如图1所示:图3.1梯形图程序示例梯形图的每个梯级表示一个因果关系,事件发生的条件表示在梯形的左面,事件发生的结果表示在梯级的右面。梯形图编程语言具有如下特点:(1)与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性;(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习;(3)对于复杂控制系统描述,仍不够清晰;(4)可读性仍不够好。几乎所有PLC厂商提供的PLC都支持梯形图编程语言,而且都比较容易理解，只是在梯形图结构上可能稍有变化。比如西门子的S7系列梯形图就没有右边的电力轨线。有时在有此参考书中右边的电力轨线也常常被省略。3.1.2功能块图编程语言(FBD-FunctionBlockDiagram)功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功能。功能模块用矩形来表示，每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端，右侧有不少于一个的输出端。功能