1、山东华宇职业技术学院毕业设计用纸108 级毕业设计（论文）报告专业名称: 机电一体化 设计课题: 基于 PLC 控制的材料搬运装置 导师姓名: 魏润仙 学生姓名: 宋聪辉 班 级: 08 高职机电一体化七班 学 号: 20082340708 山东华宇职业技术学院毕业设计用纸1毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目： 基于 PLC 控制的材料搬运装置 专业： 机电一体化 姓名： 宋聪辉 毕业设计（论文）工作起止时间： 20011 年 3 月 1 日-2011 年 4 月 毕业设计（论文）的内容要求：1、写出设计方案与目的 2、PLC 及机械手的介绍及选择 3、设计主体部分 4、模拟与调试 5
2、、梯形图及指令表的设计 指导教师（签名）： 系主任： 年 月 日山东华宇职业技术学院毕业设计用纸2摘 要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感
3、器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX 系列 PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。 关键词：材料搬运、可编程控制器 PLC 、机械手、限位开关山东华宇职业技术学院毕业设计用纸3目 录第 1 章 前言 .11.1 选题背景 .11.2 设计目的及主要内容 .11.2.1 设计目的 .11.2.2 主要内容
4、 .1第 2 章 PLC 及机械手的介绍及选择 .32.1.可编程控制器 PLC .32.1.1PLC 慨况 .32.1.2PLC 的结构及基本配置 .42.1.3PLC 的选型 .72.1.3PLC 的选型 .72.1.4PLC 的工作过程 .72.2 机械手 .72.2.1 机械手简介 .102.2.2 机械手的选择 .12第 3 章 设计主体部分 .133.1 控制要求 .133.2 控制流程图 .133.3I/O 分配 .143.4 梯形图 .143.5 指令表 .173.6PLC 连线图 .203.7 模拟调试 .21第 4 章 论文小结 .22参考文献 .23致谢 .24山东华宇职
5、业技术学院毕业设计用纸1第 1 章 前言1.1 选题背景大学三年的专业知识学习生涯即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用PLC 的工作原理来控制材料搬运装置的技术基本已经成熟，其中得到愈来愈广泛的就是采用 PLC 控制搬运机械手来实现搬运材料的装置。在完成大学三年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于 PLC 对机械手搬运材料的控制设计这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的实习。经
6、过在几家单位的生产实习，我对于 PLC 对搬运机械手的控制设计有了一个全新的认识，丰富了许多 PLC 方面的知识，而对于 PLC 方面的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下，同时在现场查阅了很多相关资料，明确了 PLC 的一般工作原理、制造、工艺过程。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信会完满的完成毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。1.2 设计目的及主要内容1.2.1 设计目的
7、1、培养机械设计能力；2、扩展知识结构；3、培养综合运用能力；4、是课堂教学的有益补充。通过本次论文，进一步加强自己对机械手和 PLC 的认识，以及它们在生活中广泛应用。1.2.2 主要内容A 正确选用机械手和 PLC 类 B 绘制 I/O 分配 C 设计梯形图 D 指令表 E山东华宇职业技术学院毕业设计用纸2模拟调试山东华宇职业技术学院毕业设计用纸3第 2 章 PLC 及机械手的介绍及选择2.1.可编程控制器 PLC2.1.1PLC 慨况可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC） 。与个人计算机的PC 相区别，用 PLC 表示。自二十世纪六十年代美国推出可编程
8、逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通
9、过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU 内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END 指令） ，然后再返回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。PLC 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1
10、 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省 40%左右）。PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O） 。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。PLC 由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近 10 年来，随着
11、PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开山东华宇职业技术学院毕业设计用纸4始采用 PLC 进行控制，PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内 PLC 在我国仍将保持高速增长势头。 通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但 PLC 相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型
12、工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC 的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形
13、成世界潮流PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 2.1.2PLC 的结构及基本配置和继电器控制系统类似，PLC 控制系统也是由输入部分、逻辑部分和输出部分组成。一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构
14、类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。CPU 的构成：PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电山东华宇职业技术学院毕业设计用纸5源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 功能：（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状
15、态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（3）诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；（4）在 PC 进入运行状态后：a） 执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）b） 进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务c） 更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数
16、据通讯等）存储器系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能子程序、命令 解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数*不能由用户直接存取用户存储器 用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。 功能存储器（数据区）存放用户数据PC 的用户存储器通常以字（16 位/字）为单位来表示存储容量。注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了
17、进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成山东华宇职业技术学院毕业设计用纸6单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU 模块的外部表现就是它的工作
18、状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC 的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。I/O 模块： PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O 模块集成
19、了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。电源模块：有些 PLC 中的电源，是与 CPU 模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流 220VAC 或 110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为 24V。底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC 的外部设备：外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类1. 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2. 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。
