基于s7-200plc气动机械手plc控制系统设计

内容摘要本课题主要目的是通过S7200PLC的设计，实现机械手的物料搬运，其中包括手动工作方式，回原位工作方式，单步工作方式，单周期工作方式，连续工作方式，以及一些关于安全保护类要求。具体来说包括实现机械手的各种动作控制，像上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松的控制，另外该过程中还包括分析系统硬件要求，选择合适工作方式，选择合适的CUP以及合理分配I/O地址和完成PLC外部接线图，最后完成气动机械手的程序设计梯形图，并进行调试，完成语句表。关键词机械手；S7200PLC；可编程技术目录第1章引言1第2章系统总体方案设计221气动机械手的控制要求222气动机械手的气压传动系统323系统的控制面板操作与工作方式3231操作面板操作3232气动机械手的工作方式3第3章PLC控制系统设计531可编程控制器的CPU选择532气动机械手的I/O地址分配表533PLC外部接线图634气动机械手控制流程图735程序设计梯形图8结论9附录10参考文献17第1章引言由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。现代汽车制造工厂的生产线，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动；车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位；点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用。本课题拟开发物料搬运机械手，采用西门子系列S7200PLC，对机械手的上升、下降、左行、右行、夹紧以及放松进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。第2章系统总体方案设计21气动机械手的控制要求气动机械手动作示意图如图21所示，气动机械手的功能是将工件从A点搬运到B点，控制要求为图21气动机械手示意图1、气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；2、上升、下降的电磁阀线圈分别为MB2、MB1；右行、左行的电磁阀线圈为MB3、MB4；3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀MB5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；4、机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时17S实现；5、机械手下降、上升、右行、左行的限位由行程开关BG1、BG2、BG3、BG4来实现。22气动机械手的气压传动系统图22气动机械手的气压传动系统图23系统的控制面板操作与工作方式231操作面板操作机械手用来将工件从A点搬运到B点，输出Q01为1时工件被夹紧，为0时被松开。工作方式选择开关的5个位置分别对应于5种工作方式，操作面板左下部的6个按钮式手动按钮。为了保证在紧急情况下（包括PLC发生故障时）能可靠地切断负载电源，设置了交流接触器QA。PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使QA线圈得电并自锁，QA的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。232气动机械手的工作方式系统设有手动、单周期、连续、单步和回原点五种工作方式（如图23）。1、手动工作方式时，用I13I15以及I20I22对应的6个按钮分别独立控制机械手的下降、上升、右行、左行、夹紧、放松；2、回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；3、单步工作方式时，从初始步开始，按一下启动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停留在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。单步工作方式常用于系统的调试；4、单周期的工作方式时，按下启动按钮I00后，从初始步M103开始，机械手按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步；5、连续工作方式时，按下启动按钮I00后，机械手按顺序功能图的规定连续循环工作，直到按下停止按钮。图23气动机械手的控制面板第3章PLC控制系统设计31可编程控制器的CPU选择根据控制要求，分析后知所需17个输入5个输出，可以选择西门子S7200系列的PLC1、CPU2228DI/6DOXDC24V价格为人民币1,82600元和一个扩展模块EM22116DIXDC24V价格为人民币1,02200元，共需人民币284800元；2、CPU22414DI/10DOXDC24V价格为人民币2,69900元和一个扩展模块EM2218DIXDC24V价格为人民币69800元，共需人民币339700元；3、CPU22624DI/16DOXDC24V价格为人民币4,85700元。在价格方面考虑理应选择CPU2228DI/6DOXDC24V和一个扩展模块EM22116DIXDC24V的PLC，但是本次课程设计的目的是掌握PLC的控制思想，为简化绘图最终选择CPU22624DI/16DOXDC24V的PLC。32气动机械手的I/O地址分配表气动机械手的I/O地址分配表如表31所示表31气动机械手的I/0地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码启动启动按钮SF1I00下降停止下限位开关BG1I01上升停止上限位开关BG2I02右行停止右限位开关BG3I03左行停止左限位开关BG4I04回原位操作回原位开关I05停止停止按钮SF2I06手动操作手动开关I07单步操作单步开关I10输入信号单周期操作单周期开关I11输入信号连续操作连续开关I12控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码下降下降按钮SF3I13上升上升按钮SF4I14右行右行按钮SF5I15左行左行按钮SF6I20夹紧夹紧按钮SF7I21松开松开按钮SF8I22下降下降电磁阀MB1Q00夹紧、松开夹松电磁阀MB5Q01上升上升电磁阀MB2Q02右行右行电磁阀MB3Q03输出信号左行左行电磁阀MB4Q0433PLC外部接线图PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计是结合系统的控制要求来设定的。气动机械手控制外部接线图如图31所示。图31CPU226的I/O接线图34气动机械手控制流程图在进行程序设计时，首先应明确对象的具体控制要求。由于CPU对程序的串行扫描工作方式，会造成输入输出的滞后，而由扫描方式引起的滞后时间，最长可达两个扫描周期，程序越长，这种滞后越明显，则控制精度就越低。因此，在实现控制要求的基础上，应使程序尽量简洁紧凑。另一方面，同一控制对象，根据生产的工艺流程不同，控制要求或控制时序会发生变化，此时，要求程序修改方便、简单，即要求程序有较好的柔性。PLC工作原理接通电源时系统启动开始扫描，扫描手动开关，是执行手动操作，手动操作不需要按工序顺序动作；扫描回原点开关，是执行回原点操作；扫描单步开关，是执行单步操作；扫描单周期开关，是检测是否在原点，是执行单周期操作；扫描连续操作，是检测是否在原点，是执行连续操作。除了连续操作以外，其他操作执行完以后自动重新扫描。图32气动机械手控制流程图35程序设计梯形图程序设计的梯形图如附录中的附图1所示，语句表如附录中的附表1所示。结论在这次课程设计中，我学到了很多东西，不仅有知识，还有很多其它意外的收获。通过这次课程设计我对PLC有了更为深刻的认识。对它的工作原理以及各种硬件组成都有很多认识，例如，我现在已熟练掌握了循环语句的编写，以及对语句调用也有了一定的掌握。另外我也深刻的体会到了去图书馆查找资料的重要性，因为刚开始我没有去查找参考文献，所以进展很慢，后来，我借了两三本关于PLC实例编程及讲解的图书，所以很快把梯形图给写了出来。由于理论知识学的不牢固，在设计中遇到了不少的问题，通过理论与实践的结合，进一步提高观察，分析和解决问题的实际能力，以便培养成为能够主动适应社会现代化建设需要的高素质复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过本次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合运用可编程控制器课程设计及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中感谢同学的帮助为我今后的学习和工作过程打下基础。附录附图1气动机械手的PLC梯形图附表1气动机械手的PLC语句表参考文献1田效伍电气控制与P