机电一体化课程设计说明书 红绿灯信号编程(共33页)

1、机电(jdin)一体化专业(zhuny)方向课程综合设计说明书课程设计题目(tm)： 机电综合课程设计 作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： Bxxxx班 作 者 姓 名 ： xxx 作 者 学 号 ： xxxxxx 指导教师姓名： xxx xxx 完 成 时 间 ： 年 月 日 机电(jdin)一体化专业方向课程综合(zngh)设计任务书学生姓名：xxx 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：xxx 学 号：xxxxx 指导教师： xxx 完成时间： 2015.12.31 课程设计题目： 机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装

2、线的设计设计要求及技术要点：本次课程设计进行三个项目控制程序的设计，具体控制要求见附件。工作内容及最终成果：1、根据任务要求，确定控制系统整体控制方案。2、根据总体控制方案主要完成以下设计： 绘制液压（气动）回路；绘制控制系统程序流程图；绘制控制系统外部接线图及I/O地址分配表。3、编写PLC 控制程序，并进行调试。4、撰写课程设计说明书一份（不少于 6000字）。时间进度安排：第16周： 查阅相关资料，进行项目控制方案的拟定和液压（气动）回路、外部接线图设计。第17周： 项目控制程序的编写及调试。第18周： 项目控制程序的调试、撰写说明书及答辩。指导教师签字： 年 月 日摘 要工业机械自动化

3、是近代控制领域的一大部分，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械自动化是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染性的场合(chng h)，应用的最为广泛。在我国，近几年也有较快发展，并取得一定成果，受到机械工业部门的重视。本文(bnwn)主要(zhyo)介绍了有关机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线的设计三个方面。每个方面又包含了设计任务和要求，控制方案确定，接线图和地址分配表，控制程序分析以及程序调试遇到问题及解决方案等几大部

4、分内容。从任务要求着手，继而绘制顺序功能流程图，根据功能图编辑PLC梯形图，在实验室进行程序调试完成程序验证，并总结归纳过程中出现的问题，最后完成各个项目。关键词： 机械手 PLC 控制 机械手臂 交通信号灯 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc439336522 摘 要1 HYPERLINK l _Toc439336523 第1章 绪论 PAGEREF _Toc439336523 h 1 HYPERLINK l _Toc439336524 1.1 PLC的发展背景 PAGEREF _Toc439336524 h 1 HYPERLINK l _Toc4393

5、36525 1.2 PLC发展前景 PAGEREF _Toc439336525 h 1 HYPERLINK l _Toc439336526 第2章 机械手控制的模拟 PAGEREF _Toc439336526 h 2 HYPERLINK l _Toc439336527 2.1设计任务和要求 PAGEREF _Toc439336527 h 2 HYPERLINK l _Toc439336528 2.2 控制方案确定 PAGEREF _Toc439336528 h 3 HYPERLINK l _Toc439336529 2.3 I/O接线图和地址分配表 PAGEREF _Toc439336529

6、h 4 HYPERLINK l _Toc439336530 2.4控程序分析 PAGEREF _Toc439336530 h 6 HYPERLINK l _Toc439336531 2.4.1主程序 PAGEREF _Toc439336531 h 6 HYPERLINK l _Toc439336532 2.4.2手动子程序 PAGEREF _Toc439336532 h 7 HYPERLINK l _Toc439336533 2.4.3连续子程序 PAGEREF _Toc439336533 h 8 HYPERLINK l _Toc439336534 2.5程序调试遇到问题及解决方案 PAGER

7、EF _Toc439336534 h 11 HYPERLINK l _Toc439336535 第3章 按钮人行横道交通信号灯控制 PAGEREF _Toc439336535 h 12 HYPERLINK l _Toc439336536 3.1按钮人行横道交通信号灯控制 PAGEREF _Toc439336536 h 12 HYPERLINK l _Toc439336537 3.2按钮人行横道交通信号灯控制设计 PAGEREF _Toc439336537 h 12 HYPERLINK l _Toc439336538 3.2.1 按钮人行道控制的I/O分配和接线图 PAGEREF _Toc439

8、336538 h 12 HYPERLINK l _Toc439336539 3.2.2按钮人行横道交通信号灯控制时序图 PAGEREF _Toc439336539 h 13 HYPERLINK l _Toc439336540 3.2.3按钮人行道控制的顺序功能图 PAGEREF _Toc439336540 h 14 HYPERLINK l _Toc439336541 3.2.4 按钮人行道控制的梯形图 PAGEREF _Toc439336541 h 14 HYPERLINK l _Toc439336542 3.2.5 程序调试遇到问题及解决方案 PAGEREF _Toc439336542 h

9、17 HYPERLINK l _Toc439336543 第4章 饮料灌装线的设计 PAGEREF _Toc439336543 h 18 HYPERLINK l _Toc439336544 4.1设计任务和要求 PAGEREF _Toc439336544 h 18 HYPERLINK l _Toc439336545 4.2 控制方案确定 PAGEREF _Toc439336545 h 19 HYPERLINK l _Toc439336546 4.3 I/O接线图和地址分配表 PAGEREF _Toc439336546 h 20 HYPERLINK l _Toc439336547 4.4控制程序

10、分析 PAGEREF _Toc439336547 h 21 HYPERLINK l _Toc439336548 4.5程序调试遇到问题及解决方案 PAGEREF _Toc439336548 h 25 HYPERLINK l _Toc439336549 第5章 结 论 PAGEREF _Toc439336549 h 26 HYPERLINK l _Toc439336550 参考文献 PAGEREF _Toc439336550 h 27 HYPERLINK l _Toc439336551 致 谢 PAGEREF _Toc439336551 h 28TOC o 1-3 h u 第1章 绪论(xln)

11、1.1 PLC的发展(fzhn)背景PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储(cn ch)器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。在工业生产的各个领域，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的方式，对不同类型的零件分别组成的自动生产线。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程

12、运行，而继电接触器控制器系统是采用固定接线，很难适应这个要求，大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，随着PLC的应用日益普及,其使用方法简单,便于掌握,且可靠性极高,抗干扰性很强,自身具有完善的功能.模块化的结构,使其在工业生产线上的应用越来越广泛。1.2 PLC发展前景PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多

13、样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。第2章 机械手控制(kngzh)的模拟2.1设计任务(rn wu)和要求机械手动作(dngzu)的模拟实

14、验面板图如图2.1此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。图2.1 械手控制示意图图2.1中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程有八个动作，即为：要求机械手能够实现手动、单步

15、、单周期和连续循环多种工作模式。连续循环工作中，按下停止按钮后，能够将当前周期循环完，然后停在原点位置。2.2 控制方案(fng n)确定 I0.4*i0.2*Q0.1 Q0.5M0.0原位Q0.0I0.6M0.1下降(xijing)I0.1*M5.0S Q0.1T37 M0.2夹紧(ji jn)T37*M5.0Q0.2M0.3上升I2.0*M5.0Q0.3M0.4右移I0.3*M5.0Q0.0M0.5下移I0.1*M5.0R Q0.2T38 1sM0.6松开T38*M2.0Q0.2M0.7上升I0.2*M5.0Q0.4M1.0左移I0.4图2.2 顺序(shnx)功能流程图方案确定：初始状态

16、用上下限(xixin)位及机械手松开来接通，随后用开始按钮将机械手下降，分别用每次完成的结果作为下次动作执行的条件让程序能够连续、稳定、循环的进行下去，最终完成循环动作。2.3 I/O接线图和地址(dzh)分配表图2.3 IO外部线图表2.1 IO地址分配表PLC地址元器件名称说明I0.0SB1复位I0.1SQ1下限位I0.2SQ2上限位I0.3SQ3右限位I0.4SQ4左限位I0.5SB4停止I0.6SB2启动I0.7SB3手动右移I1.0SB4手动松开I1.1SB5手动夹紧I1.2SB6手动下降I1.3SB7手动上升I1.4SB8手动左移I1.5SB9单周期方式I2.0SB10连续方式I2

17、.1SB11单步方式I2.2SB12手动方式Q0.0Yv1下移Q0.1Yv2夹紧Q0.2Yv3上移Q0.3Yv4右移Q0.4Yv5左移Q0.5HV原位2.4控程序(chngx)分析2.4.1主程序2.4.2手动子程序2.4.3连续(linx)子程序控制程序分析(fnx)：主程序分别将手动与连续分开，其中连续又包含了单步(dn b)、单周期、连续三种方式。单步通过利用中间继电器M5.0将连续转换为单步，单周期是通过中间继电器M1.1将连续转换为单周期，在连续中各步的结果是下一步的执行条件，最终达到程序的连续运行。2.5程序调试遇到(y do)问题及解决方案1、机械手无法实现单步动作。解决方案：在

18、每一步转换条件中加上一个中间继电器（常开触点），当执行单步时，单步的常闭开关闭合，导致步与步之间的转换只有当每次按下启动按钮才能执行，最终实现单步操作。2、机械手的启动停止按钮无法实现或是步骤太过繁琐。解决方案：引入中间继电器，启动按钮与继电器形成自锁让程序执行，在继电器前面串接一个停止按钮的常闭触点，按下后，线圈自锁破坏，程序无法运行，这样就按成了启动，又可完成停止，程序大大缩减。3、手动操作无法引入。解决方案：通过引入手动子程序得以实现第3章 按钮人行横道交通(jiotng)信号灯控制3.1按钮人行横道交通(jiotng)信号灯控制按钮人行横道交通(jiotng)信号灯控制示意图如图2.1

19、所示。正常通行，车行道信号灯为绿、人行道信号灯为红。若按下人行道按钮SB1或SB2，过30S后，车行道信号灯变为黄，再过10S后，车行道信号灯变为红。5S后人行道信号灯变为绿。15S后，人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。图2.1 按钮人行横道交通信号灯控制示意图3.2按钮人行横道交通信号灯控制设计3.2.1 按钮人行道控制的I/O分配和接线图（1）PLC是用来执行具体的控制，具体的工艺要求和具体的工作环境决定如何具体选择PLC的系统配置和I/O模块。一般从PLC的内存容量大小和PLC 的CPU最多能支持I/0点数多少这两个方面

20、来考虑。见2.2图图3.3 顺序功能图图2.2 按钮人行横道交通(jiotng)信号灯控制外部接线图（2）PLC所需的I/O点个数输人信号(xnho)端:2个人行道的手动开关，作为人要过人行道的输入(shr)指令。输出信号端：5个信号灯，分别控制车行道和人行道的红绿灯。如表2.1所示：表2.1 I/O分配方式输入继电器作用 输出继电器作用I0.0SB1按钮Q0.0车行道红灯I0.1SB2按钮Q0.1车行道黄灯Q0.2车行道绿灯Q0.3人行道红灯Q0.4人行道绿灯3.2.2按钮人行横道交通信号灯控制时序图图2.3按钮人行横道交通信号灯控制时序图3.2.3按钮人行道控制(kngzh)的顺序功能图图

21、2.4 顺序(shnx)功能图3.2.4 按钮人行道控制(kngzh)的梯形图图2.5 按钮人行道控制(kngzh)的梯形图3.2.5 程序调试遇到(y do)问题及解决方案所遇问题(wnt)：人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回(fnhu)初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。绿灯持续亮，没有闪烁，次项无法完成。解决方案：加入脉冲和时间继电器，使绿灯闪烁第4章 饮料(ynlio)灌装线的设计4.1设计(shj)任务和要求图4.1 饮料(ynlio)灌装线运动示意图如图4.1所示，传送带由电机M1驱动，传送带上设有灌装工位工件传感器。SE1、封盖工位工件传感器SE2

22、和传送带定位传感器SE5。按动起动按钮Start，传送带M1开始转动，若定位传感器SE5动作，表示饮料瓶已到达一个工位，传送带应立即停止。在灌装工位上部有一个饮料罐，当该工位有饮料瓶时，则由电磁阀LT1对饮料瓶进行3s定时灌装（传送带已定位）。在封盖工位上有2个单作用气缸（A缸和B缸），当工位上有饮料瓶时，首先A缸向下推出瓶盖，当SE3动作时，表示瓶盖已推到位，然后B缸开始执行压接，1s后B缸打开，再经1s A缸退回，当SE4动作时表示A缸已退回到位，封盖动作完成。瓶子的补充及包装，假设使用人工操作，暂时不考虑。 任何时候按停止按钮Stop，应立即停止正在执行的工作：传送带电机停止、电磁阀关闭

23、、气缸归位。4.2 控制(kngzh)方案确定电机停转电机转动灌装启动复位图4.2 顺序功能图复位启动电机转动电机停转A缸伸出B缸加紧灌装A缸缩回图4.2 顺序功能图方案确定：起初用SM0.1将各个元器件复位，然后通过I0.6所对应的触点处是否有料来确定电机是否转动。当电机停转时灌装与压盖处的触点通过检测是否有料来确定是否灌装或压盖，只有当两个都完成动作电机才能启动继续(jx)循环动作下去。4.3 I/O接线图和地址(dzh)分配表图4.2 IO接线图表4.1地址分配表PLC地址元器件名称说明I0.0SB1启动I0.1SB2停止I0.2SE1灌装工位I0.3SE2压盖工位I0.4SE3A缸下限

24、位I0.5SE4A缸上限位I0.6SE5定位工位Q0.0M1电机Q0.1LT1灌装Q0.2Y1A缸Q0.3Y2B缸4.4控制程序分析(fnx) 程序分析：程序开始由SM0.1接通并使各个元器件复位，当i0.6接通说明LS5处有料电机停转。随后，I0.2，I0.3分别检测是否(sh fu)有工件然后确定两个工位是否有动作。当两个工位动作都结束后在使电机重新转动继续循环动作下去。4.5程序调试遇到(y do)问题及解决方案1、该流水线无法循环(xnhun)进行。解决方案：通过利用灌装工位完成条件（Q0.1的常闭触点）和压盖工位完成条件（I0.5的常开触点）来继续是电机转动。2、题目说明条件比较模糊。解决方案：各种情况综合考虑，力求完善。3、灌装与压盖无法并行排列进行。解决方案：通过各个工位的传感器（SE1与SE2）分别接通各自工位所执行的动作来使两个动作能够同时进行，最终达到题目所要求的结果。第5章 结 论经过自己的努力和查阅资科，也在老师和同学的帮助下，我最终完成了这次课程设计。本次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识延用到我以后(yhu)的工作中去，还是通过一定学习手段更好的完善知识，总的来说，我受益匪浅。我先对课设题目及任务要求进行分析，然后画出顺序功能图，根据顺序功能程序图画