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PLC机械手搬运控制课程设计
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更新于2023-03-03
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全面介绍了如何通过PLC来控制机械手的搬运,内容详尽而且有上位机组态,欢迎做课程设计的多多下载!
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目 录
第一章 机械手搬运控制工艺分析...........................................................................0
1.1 PLC 简介...................................................................................................................................................0
1.2 机械手简介...............................................................................................................................................2
1.3 控制工艺分析...........................................................................................................................................5
第二章 机械手搬运 PLC 控制系统设计....................................................................6
2.1 I/O 分配及 PLC 类型选择........................................................................................................................6
2.2 PLC 程序设计...........................................................................................................................................7
2.3 PLC 程序的调试.......................................................................................................................................7
第三章 机械手搬运 PLC 监控系统设计....................................................................8
3.1 MCGS 简介...............................................................................................................................................8
3.2 工程的建立与变量的定义.......................................................................................................................9
3.3 工程画面的创建.....................................................................................................................................13
3.4 封面窗口及监控画面的制作.................................................................................................................13
3.5 动画的连接.............................................................................................................................................14
3.6 组态运行.................................................................................................................................................17
结论与体会.......................................................................................................17
参考文献..........................................................................................................18
附 录 一.......................................................................................................18
附 录 二.......................................................................................................20
附 录 三.......................................................................................................22
第一章 机械手搬运控制工艺分析
1.1 PLC 简介
可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称 PLC 或 PC,是从早期的继电器逻辑控制系
统发展而来,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适应复杂的控制任务 。
1. PLC 的结构
PLC 和一般的微型计算机基本相同,也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 PLC 的硬件系
统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM,ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O 扩展单元
PLC 控制系统课程设计
和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结
构简图如下:
图 1-1 PLC 硬件结构图
PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合,通常可分为系统程序和用户程序两大部分。
系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分,由 PLC 厂家提供,用于控制 PLC 本身的运行,系统程
序固化在 EPROM 中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一
个完整的 PLC 系统,他们是相辅相成,缺一不可的。
2. PLC 的特点
可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置,其实质是一种工业控制用
的专用计算机。国内外现有的机械手系统,它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制,特别是在
智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为 PLC 具有以下
优点:
(1) 灵活、通用
在继电器控制系统中,使用的控制器件是大量的继电器,整个系统是根据设计好的电器控制图,
由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的,其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化,需要改
变电器控制系统的话,那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除,而重新进行布线、焊接、固定等
工作,浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能
的,如果控制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且,同一台可编程
控制器还可以用于不同的控制对象,只要改变软件就可以实现不同的控制要求,因此具有很大的灵活
性、通用性。
(2) 可靠性高、抗干扰能力强
对于机械手系统来说,可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标,如何能在各种工作环境和条件(如
电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下,平稳可靠的工作,将故障率降至最低,是研制每一种控制系
统必须考虑的问题。现代 PLC 采用了集成度很高的微电子器件,大量的开关动作由无触点的半导体电
路来完成,其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证 PLC 能在恶劣的工业环境
可靠的工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施,使其可以适应恶劣
的工业应用环境。
(3) 操作方便、维修容易
PLC 采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程,使用户十分方便的读懂程序和编写、修
改程序。对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观,只要写
好操作说明书,操作人员经短期的学习就可以使用。
(4) 功能强
1
口
输
出
部
件
外
设
I/O
存储器
EPROM
微处理器
运算器
控制器
电源
输
入
部
件
I/O
扩
展
接
口
I/O
扩
展
单
元
受
控
元
件
输
入
信
号
外
部
设
备
PLC 控制系统课程设计
现代 PLC 不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能,而且还能完成 A/D、D/A 转换、数
字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此,它既可控制开关量,又可控制模拟量;既
可控制一个机械手,又可控制一个机械手群;既可控制简单系统,又可控制复杂系统;既可现场控制 ,
又可远程控制。
(5) 体积小、重量轻和易于实现机电一体化
由于 PLC 采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且 PLC 是为工业控
制设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧,并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力,
使之易于装入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。
同样,可编程序控制器控制也有其不足的地方,在性价比上要高于继电器控制和单片机控制,其开发
潜力要差于单片机,并且通用性不好,不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
3. 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。
1.2 机械手简介
本课题设计使用的是 THWJX-1 型机械手实物教学实验装置。机械手实物教学模型的机械结构采
用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机、直流电机、步进电机驱动器 、
传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。该模型是 PLC 技术、位置控制技术、气动技术有机结合
成一体的教学仪器。
1. 步进电机
采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手的动作,相比直流电机有更好的制动效果,又加上滚
珠丝杆和滑杆配合,使机械手的运动更加稳定。主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有
定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法,其电气接线图如图 1-2 所示:
图 1-2 步进电机电气接线图
2. 步进电机驱动器
步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。驱动器参数如下表 1-1、表
1-2、表 1-3、表 1-4 所示。PLC 控制器与步进电机驱动器连接及工作原理,如图 1-3 所示。步进电机驱
动器有电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分等,利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速 、
方向进行控制。驱动器电源由面板上电源模块提供,驱动器信号端采用+24V 供电,需加 1.5K 限流电
阻(见图 1-3 中 1.5K 电阻)。驱动器输入端为低电平有效。PLC 通过控制其输出点来控制驱动器光耦
的开合,当 PLC 输出线圈得电时,晶体管导通,相应的触电输出低电平,使驱动器光耦导通,当 PLC
输出线圈失电时,晶体管关断,使驱动器光耦截止。另外若不采用驱动器,而采用 PLC 输出触点直接
驱动步进电机,会占用很多的输出触点,同时给编程带来不便。
表 1-1 电气规格
2
PLC 控制系统课程设计
说明 最小值 典型值 最大值 单位
供电电压
18 24 40 V
均值输出电流
0.21 1 1.50 A
逻辑输入电流
6 15 30 mA
步进脉冲响应频率
— — 100 kHz
脉冲低电平时间
5 — 1 μs
表 1-2 电流设定
电流值 SW1 SW2 SW3
0.21A OFF ON ON
0.42A ON OFF ON
0.63A OFF OFF ON
0.84A ON ON OFF
1.05A 0FF ON OFF
1.26A ON OFF OFF
1.50A OFF OFF OFF
表 1-3 细分设定
细分倍数 步数/圈(1.8 O整步) SW4 SW5 SW6
1 200 ON ON ON
2 400 OFF ON ON
4 800 ON OFF ON
8 1600 OFF OFF ON
16 3200 ON ON OFF
32 6400 OFF ON OFF
64 12800 OFF ON OFF
由外部确定 动态改细分/禁止工作 OFF OFF OFF
表 1-4 接线信号描述
信 号 功 能
PUL
脉冲信号:上升沿有效,每当脉冲由低变高时电机走一步
DIR 方向信号:用于改变电机转向,TTL 平驱动
OPTO
光耦驱动电源
ENA 使能信号:禁止或允许驱动器工作,低电平禁止
GND
直流电源地
3
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+V
直流电源正极,典型值+24V
A+ 电机 A 相
A-
电机 A 相
B+ 电机 B 相
B-
电机 B 相
图 1-3 PLC 控制器与步进电机驱动器连接及工作原理
3. 传感器
本装置中使用的传感器有接近开关和行程开关。基座和气夹的正反转限位采用接近开关(金属传
感器),通过调整基座和气夹上的金属块的位置,可以在一定范围内改变基座和气夹的旋转角度。机
械手的伸缩、升降均采用行程开关来限位,并通过改变行程开关的位置来调节横轴和竖轴的运动范围。
图 1-4 传感器工作原理图
4. 直流电机驱动单元
本装置中直流电机驱动模块是由两个继电器的吸合与断开来控制电机的转动方向的,从而实现基
4
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