1、 毕业设计用纸 中文 摘要 随着科学技术的飞速发展，时代的进步，生产的需要更高的工作效率，机械设备越来越多的在生产和生活的各个方面的应用自动控制，由于工作的需要，人类有时需要在各种恶劣的环境下工作，容易给人生安全造成威胁，这也加速了机械自动控制的发展需要，自动控制系统正由于他的积极效果，正日益被人们所认识。它可以部分或完全取代人的工作，他可以按照设定的程序，根据生产工艺要求，时间和位置，完成工作。现代的科技的发展的越来越快，自动控制的研究不断深入，自动控制的发展也越来越成熟。我这次设计的是小车自动运料控制系统，它由一个 PLC 200 控制两个机械手和一个小车的运动，一个为手动机械手（装料），
2、一个为自动机械手（卸料）。通过简单对机械手的操作可以一个人简单地完成对重物的空间转移任务 毕业设计用纸 Abstract With the rapid development of science and technology, the progress of the times, the needs of production and higher work efficiency, mechanical equipment is more and more used in every aspect of production and life of the automatic control
3、, because the job needs, people sometimes need to work in a variety of harsh environment, easy to pose a threat to life safety, it also accelerates need to develop mechanical automatic control, automatic control system is due to the positive effect of his, is increasingly being recognized. It can pa
4、rtially or completely replace humans work, he can be set in accordance with the procedures, according to the requirements of production process, time and location, to complete the work. Modern science and technology develops rapidly, research on automatic control unceasingly thorough, the developmen
5、t of automatic control is more and more mature. My design is automated material transport carriage control system, which consists of a PLC - 200 control two manipulators and a sports car, a manual manipulator (loading), an automatic mechanical hand (discharge) 毕业设计用纸 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的应用场合 . 1 1
6、.2 课题的系统功能 . 1 1.3 PLC 的基本概念 . 2 第二章 总体方案 . 3 2.1 控制要求 . 3 2.2 方案的设计与选择 . 3 2.3 方案设计思路 . 4 2.4 系统的总体结构 . 4 第三章 硬件设计 . 7 3.1 PLC 的选择 . 7 3.2 PLC 的介绍 . 7 3.3 机械手的构成 . 8 3.4 硬件的设计 . 8 3.5 PLC 接线图 . 9 第四章 软件程序设计 . 10 4.1 程序的设置 . 10 4.2 手动机械手程序 . 10 4.3 小车往返程序 . 11 4.4 自动机械手运行 . 11 第五章 程序仿真 . 11 5.1 仿真调试
7、 . 12 第六章 总结 . 11 参考资料 . 15 致 谢 . 22 毕业设计用纸 第 1 页 共 22 页 第一章 绪论 为什么自动控制的运用这么流行呢？因为它的低成本，低出错率，高的工作效率和可以长时间的无休息的运转，它能在人类工作所不能接受的恶劣环境下工作。 它的操作不需要太过复杂操作简，只要对它设定好了程序，简单的操作就能让他根据你的设 定进行准确的操作，它大大降低了一个厂对工人人数的要求，节约成本，大大提高工作效率。进过实践的证明，工业机器手可以经常性地代替人员进行繁重的体力劳动，大大降低了工人的劳动的强度，改善工人的劳动环境，提高现代自动化水平劳动和生产率。 我国对于自动化的运
8、用与研究起步比较晚，随着世界的自动化的快速发展、社会生产生活需求的增大和技术的进步，促使了自动化迅速的发展。 PLC 首先出现在美国 60 年代末期 ,其目的是用来执行逻辑程序，并具有计时功能和计数的功能，他有自己独特的程序控制系统优势，从而取代了传统继电器。在 PLC 的研究 和发展近几十年的今天， PLC 己经运用地非常完善和成熟。现代的中国，随着生产生活的快速发展，工业发展进步的步伐越来越快地影响着各行业各领域，同时对自动化程度的需求也越来越高为了更好地适应这种情况，科学和技术已经被广泛应用在实际生产生活，同时 PLC 控制各自的优点，在现代自动化领域起着重要的作用，是不容忽视的！ 这次
9、的设计的是一个装料的手动的机械手，可以手动操作机械手，根据自己的要求抓取物体，抓取完毕放到小车上后，按下一个按钮，就可以将小车和另外的卸料自动机械手根据我设定的程序将物体转移再恢复原来的初始位置，等 待我的下一次抓取物体后的使用，这样一个人就可以完成对物体的转移的任务。 这次设计的小车运料控制系统有点特别，因为我给它的两侧各加上了一个机械手，从而形成了一个运送整体。软件和硬件的结合使得整个控制系统都更加的稳定。 1.1 课题的应用场合 它可以使用于码头，货仓等。由于它的机械手的加入，这个系统可以简单的抓取质量比较重的物体进行运输，可以抓取那些整体的东西，也可以抓取散物（如黄沙等），机械手的加入
10、使得整个系统的灵活得到提升，使得整个系统的应用范围也随之扩大。 1.2 课题的系统功能 由于被抓物品的位置不确定性， 从而设计的手动控制的机械手可以应付这个问题，可以人工控制机械手的位置抓取物品。 被抓取的物品有可能是整体的物品，有可能是零散的物品，小车可以将这些物品放入车中，不会丢散。 另一端的自动机械手是物品到达了指定地点后自动工作的，从而省去了需要另一个操作人员，从而提高了工作效率。 整个系统在进行过一次的运行后会自动恢复初始状态，等待下一次的工作，操作更简单。 软件硬件结合使用，使得整个系统更稳定毕业设计用纸 第 2 页 共 22 页 1.3 PLC 的基本概念 最初的 PLC 称作为
11、 可编程逻辑控制器 ，它是主要用来替代 继电器 工作，从而实现逻辑控制。 PLC随着高速发展的现代自动化的发展， PLC 的功能已经不限于原来的使用范围，现在的 PLC 已经更加完美，使用范围更大。 毕业设计用纸 第 3 页 共 22 页 第二章 总体方案 2.1 控制要求 装料机械手为手动控制，可以进行前、后、上、下、左、右、抓动作，当一个方向动作按下时，如果同时按反方向的按钮的话反方向则无效，继续保持第一个动作。 小车由开 始按键按下后启动，右行至右行程开关，到达右行程开关后，停止 5 秒进行卸货， 5秒钟后，小车左行至左行程开关后小车停止动作，小车的左行程开关与小车的原始位置为同一点，即
12、小车回到了起点，恢复了初始状态，等待下次的动作。 卸货动作开始时，卸料机械手初始位置是在上方，开始时，卸料机械手自动下降致下行限位开关后进行抓动作，抓动作 3 秒后，卸料机械手上升至上行限位开关，然后右行至右行限位开关后下降至下行限位开关，然后进行松的动作，松 3 秒后，机械手上升至上行限位开关，然后左行至左行限位开关后停止动作，最后的左行程开关为机械手的 原始位置，即机械手恢复初始状态，等待下一次的动作。 2.2 方案的设计与选择 我在设计此课题之前，开始是要写出这设计程序所需要的输入量 I 和输出量 Q，从而根据所需要的输入输出量的特点选择出最适合的 PLC 型号，节约制作成本。其次要根据
13、所需要的功能写出完善的程序。 在课题开始设计之前，应根据对该课题系统所需要的功能，要求确定精确合理的、具体的设计功能和技术指标，而且要对这个课题系统的可行性、通用性、先进性、以及他的成本等同时进行综合考虑，做到合理并符合相应的标准，完善系统的功能。 方案一：直接使用小车进行运 料工作，此方案过于简单，系统也不够完善，可直接用电动机的正反转控制，实现的功能比较简单，成本低。但它也有缺点，只能单一的来回运动不能适应现代化的工作要求，没有一个系统的工作组，工作的时候必须要其他的辅助设备辅助它的工作。 方案二：将一个手动机械手加入小车运料系统中，此方案解决了那些体重比较大的物体可以很轻松的放入小车中进
14、行运料工作，但缺点是大的物品上去了，下来的时候也要个机械手将车上的重物抓取转移，此方案还是不够完善。 方案三：在小车的两边各个手动的机械手，这方案看似已经完成对小车运料更细致的要求，但对于现 代化所需要的工作效率来说还是不够的，因为两个手动机械手需要两个工作人员控制，可以继续改进。 方案对比：为了改进方案三近乎完美的方案，我们可以用 PLC 226 来控制的话，将一个机械手换成自动的机械手，这样只需要一个工作人员即可完成全部的工作，提高了工作的效率，使得方案更具有了合理性。毕业设计用纸 第 4 页 共 22 页 2.3 方案设计思路 本课题阐述的小车运料系统主要有以下部分组成：运料用的小车，自
15、动机械手，手动机械手，西门子 PLC226 型号控制器。 PLC 控制器控制整个系统整体之间的配合工作，让各部分之间实现无缝的连接，减少错误率。手动机械 手部分的工作是根据人为的操作，抓取物品，放入小车中。小车的工作是将物品进行空间的移动，达到运料的工作目的。自动机械手所扮演的是一个卸料的角色，将小车上的东西卸下来，是整个系统的最后一个工作部分，工作完成后，系统将回到初始位置。 整个系统的工作过程是： 手动机械手可以被人为自由的控制它的上、下、前进、后退、左、右、抓紧和松开动作。由于物体不稳定性，可人为控制地机械手抓取物品后放入小车。机械手的上动作和下动作时相互锁定的，左动作跟右动作、抓紧和松
16、开动作也是互锁的，保证按钮同时按下时不会产生矛盾。 物品放入小车后 ，小车开始运行，运行到右行程开关时，启动定时器，小车停一段时间，等定时器时间到了后，小车开始返程回到起点，等待下一次的动作。 当小车到达右行程开关时，启动自动机械手卸料工作，自动机械手将物品进行转移后，回到初始位，等待下次的物品到来。 2.4 系统的总体结构 该系统中，手动机械手有上、下、左、右、前进、后退和抓 7 个按钮，分别控制机械手的上、图 2-1 方案设计思路 毕业设计用纸 第 5 页 共 22 页 下、左、右、前进、后退动作，而且相反的方向的动作都进行锁定，保证在误按的时候不会发生事故。 小车有 右行左行控制，以及左
17、右行程开关。两个行程开关的距离是一样的，使得小车在第二次行程开关结束的时候等于是回到了起点 图 2-3小车示意图 自动机械手有上、下、左、右、抓、松的动作，有上、下、左、右四个行程开关，上、下行程开关的距离相等，左、右的行程开关距离相等。 图 2-2手动 机械手示意图 毕业设计用纸 第 6 页 共 22 页 图 2-4自动机械手示意图 毕业设计用纸 第 7 页 共 22 页 第三章 硬件设计 3.1 PLC 的选择 在 PLC 的选择这个方面，我们要考虑到低成本，高使用率，要选择出最适合的 PLC，要有足够的输入端和输出端，要有最适合的扫描，定时等等方面。根据所需要设计的方案各个方面的要求，我
18、们写出了所需要的输入量和输出量的数量，因为 CPU226 因为内置 40 个数字量 I/O 点，可扩充到248 路数字量 I/O 或 35 路模拟量 I/O，所以最终确定 了使用西门子 PLC S7-200CPU226 型号。 3.2 PLC 的介绍 S7-200CPU226: 我这次使用的 PLC200设计的小车运料系统是用一个西门子 PLC200 226型号的控制器实现对一个手动的机械手、一个自动的机械手和一个小车进行控制， 226 型号 PLC 可以有 24 个输入量和 16个输出量，还可以有 2 个扩展模块， 248 路数字量 I/O 点或者 35 路模拟量 I/O 点 ,并且他拥有
19、PPI通讯、 MPI 通讯以及自由方式通讯本领，用于较高要求的中小型控制系统。 1状态指示灯（ LED）显示 CPU 所处的工作状态。 SF System Fault（系统错误） RUN 运行 STOP 停止 2存储卡接口可以插入存储卡 3通信接口可以连接 RS-485 总线的通信电缆 _ EMBED PB rush _ 4在顶部端子有个盖子，盖子下边是输出的端子和 PLC 供电电源端。 PLC 输出端的是否在运行状态可以由其顶部盖下方的一排指示灯来显示， ON 的状态对应的指示灯亮。 _ EMBED PB rush _ 5底部端子也有个盖子，在盖子下边为输入端与传感器的电源端子。输入端的是否
20、在运行状态查询可以在盖子上方一排的指示灯 显示， ON 的状态对应的指示灯亮。 6前盖下面有运行、停止开关和接口模块插座。将开关拨向停止位置时， PLC 处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时， PLC 处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控（ Term）状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连接扩展模块，实现 I/O 扩展。 7. 扫描技术 在 PLC 进入运行后，他的工作过程可以被分为三个阶段，输入采样阶段、 执行用户程序阶段与输出刷新阶段这三个阶段。完成这三个阶段为一个周期。在 PLC 的运行期间， PLC 他的 CPU 以一定的速率来重复着扫描执行着以上述的三个阶段。
