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1、可编程控制器技术 课程设计（论文）题目：机械手移动工件控制系统院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）： 教研室：学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目机械手移动工件控制系统课程设计（论文）任务1、设计一个机械手移动工件控制系统。要完成系统分析以及PLC和外接设备的选择；PLC的I/O接点分配；系统电路图；系统流程图；系统梯形图和指令表；完成程序的仿真和调试。2、掌握PLC控制系统的开发过程并熟练掌握PLC控制器的设计方法和电气控制基本原理，进一步加深对PLC和电气控制等相关课程的掌握与理解。加强程序设计的规范性及
2、对复杂程序设计步骤的理解以及相关硬件电路和控制对象的认识。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 课程设计目的与要求11.1 课程设计目的11.2 课程设计的实验环境11.3 课程设计的预备知识11.4 课程设计要求1第2章 课程设计内容42.1系统分析与I/O分配42.2系统电路图设计52.3 软件程序设计7第3章 课程设计的考核123.1 课程设计的考核要求123.2 课程性质与学分12第4章 课程设计总结13参考文献14第1章 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的本课程的课程设计实际是楼宇智能化专业学生学习完电气控制设备传感器与数据采集可编程控制器技术等课程后
3、，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对PLC控制系统开发与设计的基本方法的掌握。1.2 课程设计的实验环境硬件要求能运行Windows 9.X操作系统的微机系统。三菱FX可编程控制器和仿真软件、电子元件一套、工具一套。1.3 课程设计的预备知识熟悉常用电子元件的使用；电路电子技术中的相关内容；电气控制；传感器与数据采集；可编程控制器原理与应用。1.4 课程设计要求1、使用三菱FX2N系列PLC为控制核心，选择交流/直流电动机、接触器KM、按钮、传感器等作为外围控制器件，控制机械臂启动、移动和停止，控制机械手的抓紧和放开动作，满足工业生产控制要求。A台B台工件机械手图1.机械手移动工件的基
4、本结构图2.工作原理：机械手移动工件通过限位开关和电机来控制。1) 机械手分别通过前进/后退电机、上升/下降电机的正反转来上、下、左、右移动，移动的最大位置通过上、下、左、右4个限位开关控制。2) 夹放工件通过夹紧/放下电机的正反转来控制。夹紧工件通过定时器来控制，即凭经验设定一个时间，在这个时间内，机械手能完全夹紧工件。放下工件通过松限位开关来控制。3) 按下启动按钮，整个系统按照PLC程序的设定有序的运行；正常停车时，按下正常停车按钮，等机械手运行到初始位置，停车。当按下急停按钮时，系统不管运行到什么状态，都要立即停止。3.设备控制要求：机械手移动工件控制系统的要求是有“正常运行”和“强制
5、停止”两种控制方式。A、正常运行1).在初始位置（上、左、松限位开关确定）处，按下启动按钮，系统开始工作；2).机械手首先向下运动，运动到最低位置停止；3).机械手开始夹紧工件，一直到把工件夹紧为止（由定时器控制）；4).机械手开始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；5).上限位开关闭合后，机械手开始向右运动；6).运行到右端后，机械手开始向下运动；7).向下运动到最低位后，机械手把工件松开，一直到松限位开关有效（由松限位开关控制）8).工件松开后，机械手开始向上运动，直至触动上限位开关（上限位开关控制）；9).到达最上端后，机械手开始向左运动，直到触动左限位开关，此时机械手已回到
6、初始位置；10).该系统要求能连续循环工作。正常停止时，要求机械手回到初始位置时才能停车。B、紧急停止按下急停按钮时，系统立即停止。4、查阅相关资料，要完成系统分析以及PLC和外接设备的选择；PLC的I/O接点分配；系统电路图；系统流程图；系统梯形图和指令表；完成程序的仿真和调试。5、课程设计说明书(论文)要求内容包括：（1） 设计使用的PLC和外围器件选择与器件介绍。（2） 分析控制要求，绘制系统电路图（3） 确定输入输出设备以及接点分配。（4） 画出程序流程图和梯形图。（5） 指令表清单第2章 课程设计内容2.1系统分析一、机械手移动工件控制系统工作流程机械手移动工件的单个工作流程由将机械
7、手移动到工作处、夹紧工作、将工件移动到制定位置、放下工件和移动到初始位置5个过程组成。机械手移动工件通过PLC来控制，可以实现这5个过程全自动依次运行。机械手的具体控制过程可分为两个部分：第一部分为正常运行部分，第二部分为紧急停止部分。第一部分,在正常运行时，机械手先处于原始位置，即机械图所示的左侧，当按下启动按钮，系统开始工作；然后机械手首先向下运动，运动到最低位置接触到限位开关停止，按照设计定时紧紧夹起工件，接下来，机械手开始向上运动，一直运动到最上端，遇到限位开关开始向右侧移动，当移动到右侧的限位开关，机械手开始向下运动，向下运动到最低位后，机械手把工件松开，一直到松开限位开关有效；最后
8、，工件松开后，机械手开始向上运动，直至触动上限位开关，到达最上端后，机械手开始向左运动，直到触动左限位开关，这时机械手的一个工作过程结束。根据需要机械手可以按照此工作流程循环工作，正常停止时，机械手在左侧。第二部分为紧急停止部分，当有紧急情况发生时，需要机械手立即停止工作，这时只要按下紧急停止按钮，不管系统处于任何状态，都将停止工作，确保人身安全，并防止突发事故。其单个工作流程如图2.1.1所示。开始结束机械手移动到工件处将工件移动到制定位置夹紧工件放下工件移动到初始位置图2.1.1 机械手工作流程图二、机械手移动工件控制系统使用PLC和设备介绍在本设计中使用FX2N系列PLC，FX2N系类P
9、LC是FX系列中功能最强、速度最快的微型PLC。它的基本指令执行时间可达0.08微秒，内置用户存储器为8000步，也可以扩展到16000步，最大可以扩展到256个I/O点，有多种特殊功能模块和功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，且其PID指令可用于模拟量的闭环控制。有功能很强的数学指令集，如浮点运算符、开平方和三角函数等。每个FX2N基本单元可以扩展8个特殊单元。其他外部设备还有，三台交流电动机，继电器，5个限位开关和两个按钮（启动和停止按钮）。2.2 系统电路图设计与I/O分配 一、机械手移动工件控制系统电路图1.在本设计中用到的电气设备主要有按钮、PLC、限位开关、380V交流
10、电动机，其连接电路图绘制如下：PLC启动按钮停止按钮急停按钮前进/后退电机上升/下降电机夹紧/放下电机限位开关（上、下、左、右、松）2.2.1 系统电路图二、机械手移动工件控制系统I/O分配表在本设计中用到PLC输入与输出I/O口共13个，有7个是输入端口，6个输出端口，其具体分配如表2-2-1、2-2-2、2-2-3、2-2-4所示：输入地址对应的外部设备X000启动按钮X001停止按钮X002紧急停止按钮X003上限位开关X004下线位开关X005左限位开关X006右限位开关X007松限位开关表2-2-1输入地址分配表输出地址对应的外部设备Y000前进/后退电机正转继电器（前进）Y001前
11、进/后退电机反转继电器（后退）Y002上升/下降电机正转继电器（上升）表2-2-2 输出地址分配表输出地址分配表续表Y003上升/下降电机反转继电器(下降)Y004夹紧/放下电机正转继电器（夹紧）Y005夹紧/放下电机反转继电器（放下） 表2-2-2 输出地址分配表定时器功能T0夹紧工件时定时5S表2-2-3定时器分配内部继电器分配功能M0机械手的初始位置 表2-2-4内部继电器分配2.3软件程序设计一、机械手移动工件控制系统程序流程图在本设计中用软件编辑的机械手移动工件控制流程图有两部分，如图2.3.1、和2.3.2所示：2.3.1为机械手移动工件系统正常运行时的流程图,2.3.2为机械手移
12、动工件系统紧急停止时的流程图。开始机械手在初始位置按动启动按钮机械手向下运动运动到最低位置计时5s机械手向上运动运动到最上端机械手向右运动运动到最右端机械手向下运动运动到最低位置松开工作完全松开机械手向上运动运动到最上端机械手向左运动运动到最左端按下停止按钮结束夹紧工作11否否否否否否否否否否是是是是是是是是是是2.3.1 正常运行程序流程图下图为机械手移动工件控制系统紧急停止时流程图开始正常运行按动紧急停止按钮结束是否2.3.2 紧急停止流程图二、机械手移动工件控制系统梯形图指令表清单本设计中的梯形图经过软件编辑并调试成功后，得到其图形如图2.3.2所示图2.3.2机械手移动工件控制系统梯形
13、图三、机械手移动工件控制系统指令表清单在设计好梯形图后，经过变换得到机械手移动工件控制系统的指令表如下所示：图2.3.3 机械手移动工件控制系统指令表第3章 课程设计的考核3.1 课程设计的考核要求总成绩按优、良、中、及格、不及格五级分评定。以下为考核成绩评分标准：（1）平时成绩20分（包括出勤情况）（2）课程设计报告30分（无报告者无成绩！）要求同学将完成的课程设计报告以书面形式（A4纸）打印，装订成册，如打印要求字号小四、行距1.5倍。（3）上机调试所选程序并运行通过50分3.2 课程性质与学分 考试课 2学分第4章 课程设计总结参考文献1王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：机械工业出
14、版社，2002.6 2钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，2002.33刘迎春.传感器原理设计与应用.北京：国防科技大学出版社，2002.104求是科技.PLC应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社，2005.15张方庆.可编程控制器技术及应用(三菱系列).北京：电子工业出版社，2007.126张力科.PLC应用开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2005.17汪志锋.PLC应用开发技术与工程实践.北京:人民邮电出版社,2004.38夏辛明.可编程控制器技术及应用.北京:北京理工大学出版社,2002.79王也仿.可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社,2003.210郁汉琪.可编程控制器原理与应用.北京:中国电力出版社,2004.511徐德.可编程序控制器（PLC）应用技术.山东: 山东科学技术出版社,2000.312鲁远东.PLC机电控制系统应用设计技术.北京:电子工业出版社,2005.7 13杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用.北京:电子工业出版社,2004.1014李允文.工业机械手设计.北京：机械工业出版社,1996.5
