基于PLCs7200小车运料控制.doc

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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PLC200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），一个为自动机

2、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AbstractWith 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, because the j

3、ob 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 partially or comp

4、letely 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 development of automatic

5、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)目 录第一章 绪论11.1课题的应用场合11.2课题的系统功能11.3 PLC的基本概念2第二章 总体方案32

6、.1 控制要求32.2方案的设计与选择32.3 方案设计思路42.4 系统的总体结构4第三章 硬件设计73.1 PLC的选择73.2 PLC的介绍73.3 机械手的构成83.4 硬件的设计83.5 PLC接线图9第四章 软件程序设计104.1程序的设置104.2手动机械手程序104.3 小车往返程序114.4 自动机械手运行11第五章 程序仿真125.1 仿真调试12第六章 总结15参考资料15致 谢22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

7、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

8、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，

9、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

10、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第 21 页 共 22页1.3 PLC的基本概念最初的PLC称作为可编程逻辑控制器，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。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

11、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

12、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

13、。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。2.3 方案设计思路本课题阐述

14、的小车运料系统主要有以下部分组成：运料用的小车，自动机械手，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

15、相互锁定的，左动作跟右动作、抓紧和松开动作也是互锁的，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。图2-1方案设计思路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、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。图2-2手动机械手示意图小车有右行左行控制，以及左右行

16、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2-4自动机械手示意图第三章 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

17、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。SFSystem 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

18、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）

19、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。 图3-2 PLC226实物3.3 机械手的构成机械手是工业农业上用来抓取物品进行空间转移的工具，他根据物品不同的形态形状从而有不同的手部构造，最常见的是抓持式的机械手。机械手的构成对我们来说不算太陌生，我们在现实中常见的抓土机、挖掘机就是利用的机械手的的构成，码头的机械手更

20、是很常见，机械手通常有自身的几个关节来进行旋转，运行动作，几个关节都可以自由的独立的运动，这样的机械手就可以不受空间位置的影响，叫做自由度，自由度越多的机械手越是灵活也就越复杂。机械手一般是由硬度比较大的材料来制作的，这样在抓取重量比较大的物体的时候不会发生断裂，从而避免发生意外事故。机械手会有接收反馈的信息，从而形成了一个稳定的闭环控制系统，使得系统更加稳定安全。这次我使用的机械手是简单的抓取式的，手动的机械手它由4个正反转的电动机控制，一个电动机控制机械手的前进后退，一个电动机控制机械手的上行和下行，还有一个电动机控制机械手的上行下行，还有一个控制机械手的抓取和放松的动作。每个电机都可以独

21、立的运动，当电机线圈得电的时候才能动作，不动的时候就保持当前的动作。3.4 硬件的设计在装料机械手中，I0.0为手动控制的机械手上行按钮，I0.1为手动控制的机械手下行按钮，I0.2为手动控制的机械手右行按钮，I0.3为手动控制的机械手左行按钮。Q0.0是机械手上行电动机线圈，Q0.1是机械手下行电动机线圈，Q0.2是机械手右行电动机线圈，Q0.3是机械手左行电动机线圈。Q1.5是机械手前进的电动机线圈，Q1.6是机械手后退的电动机线圈。在装料小车中，I0.5是小车右行电动机的启动按钮，I0.6是小车的右行限位开关，I0.7是小车的左行限位开关，Q0.5是用来控制小车的右行的电动机的线圈，Q0

22、.6是用来控制小车左行的电动机的线圈。在卸料机械手中，Q0.7为机械手上行电动机线圈，Q1.0为机械手下行电动机线圈，Q1.1为右行机械手电动机线圈，Q1.2为左行电动机线圈。I1.0为机械手的上行限位开关，I1.1为机械手的下行限位开关，I1.2为机械手的右行限位开关，I1.3为机械手的左行限位开关。3.5 PLC接线图图3-3 PLC接线图第四章 软件程序设计4.1程序的设置（1） 装料机械手的I/O定义输入输出装料机械手上行SB1I0.0装料机械手上行KM1Q0.0装料机械手下行SB2I0.1装料机械手下行KM2Q0.1装料机械手右行SB3I0.2装料机械手右行KM3Q0.2装料机械手左

23、行SB4I0.3装料机械手左行KM4Q0.3装料机械手前进SB5I1.4装料机械手前进KM5Q1.5装料机械手后退SB6I1.5装料机械手后退KM6Q1.6装料机械手抓SB7I0.4装料机械手抓KM7Q0.4运料小车开始SB8I0.5运料小车右行KM8Q0.5运料小车右限位开关SQ1I0.6运料小车左行KM9Q0.6运料小车左限位开关SQ2I0.7卸料机械手上行KM10Q0.7卸料机械手上限位开关SQ3I1.0卸料机械手下行KM11Q1.0卸料机械手下限位开关SQ4I1.1卸料机械手右行KM12Q1.1卸料机械手右限位开关SQ5I1.2卸料机械手左行KM13Q1.2卸料机械手左限位开关SQ6I

24、1.3卸料机械手抓KM14Q1.3卸料机械手松KM15Q1.4表4-1 I/O表4.2手动机械手程序手动控制机械手的动作：1.按下I0.0，机械手向上运动，同时避开向下的动作同时进行。2.按下I0.1，机械手向下运动，同时避开向上的动作同时进行。3.按下I0.3，机械手向左运动，同时避开向右的动作同时进行。4.按下I0.4，机械手向右运动，同时避开向左的动作同时进行。5按下I1.4，机械手前进运动，同时避开后退的运动同时进行。6按下I1.5，机械手后退运动，同时避开前进的运动同时进行。7.按下I0.5，机械手抓紧动作，松开即机械手松开。 4.3 小车往返程序按下I0.6之后，小车开始右行，右行

25、到行程开关I1.1处停止（进行卸料），停止5秒后，小车返回至I1.2处停止。 4.4 自动机械手运行详细程序见附录A与附录B第五章 程序仿真5.1 仿真调试图5-1程序仿真程序仿真在写程序和写完程序进行验证的时候尤为重要，仿真的技术是利用用计算机模拟在实际环境下验证科学实验的技术。软件的仿真具有非常的简单方便，经济便宜而且可以多次的重复使用的优点。程序仿真技术的优点已经被广泛地被科学所认识，并且经常地应用于各个科学技术技术的领域，现在的它已经广泛地成为用来分析实验综合因素的一种科学手段。仿真软件使用的步骤：打开软件，选择所需要的PLC的型号，装载逻辑块，点击运行，点击监控。然后可以根据自己设计

26、的程序步骤来一步步地按按钮看输出的现象是不是符合设计时的要求。这样就验证了程序的正确与否。在设计程序的时候由于程序的复杂程序不同，前后的程序有的会互相干扰，相互矛盾，所以仿真器的使用可以让我们更快的写好正确的程序，在写程序的同时，我们可以写一点然后验证一点，保证每一段的程序都是对的。小车在碰到左行程开关延迟5秒后右行，同时机械手下降图5-2程序的仿真小车碰到右行程开关后停止，卸料机械手碰到下行限位开关后抓取2s上升。图5-3程序仿真第六章 总结对于这次毕业设计，我感慨挺多，从选题到结束也经历了好多难题，也浪费很多时间，虽然刚开始在选题的时候决定做用基于PLCs7-200设计的小车运料加机械手控

27、制 这个课题，可是当动手做起来的时候却发现它并没有我想象的那么简单，比如如何从哪找对口的资料，怎样解决现有的程序问题，怎样才能写好一篇论文等等。面对那么多问题一度不知从何下手，于是从最基础的做起，把以前学的专业课本又复习了一遍，发现好多问题都能从最起初的东西找到答案，也让我又学到了很多以前忽略的知识。对于本课题的设计，分成硬件设计和软件设计两部分，在设计硬件的时候，也是困难重重，对一些元器件的特性和使用不够了解，对以前学过的东西印象不够深刻，画硬件原理图的时候错误重重，不规范，因为不细心，也出现了把二极管焊反等问题。设计课题软件部分的时候，由于PLC编程的不好，导致编写程序困难，调试的时候电路

28、没反应；于是费劲脑汁的修改程序，前几次修改都不成功，调试时也出现程序没用，连续调试也没反应等问题。经过无数次的修改、编写程序最终可以实现该课题设计的功能。在画软件仿真图的时候，因为对一些元器件不了解而选错元器件，以至于不能成功仿真出效果。在老师和同学们的指导帮助下，也得以解决了。通过这次课题设计，让我受益非浅，让我学到了很多以前遗漏的和遗忘的专业知识，也让我有了对做事的耐心和毅力，同时在撰写论文期间也离不开指导老师的帮助，因为老师的指导让我又了很大的动力和信心，在老师慢慢的引导下，设计和撰写论文成为了一件很简单的事。感谢老师给我们这次课体设计的任务，让我明白理论与实践相结合的重要性，在以后的任

29、务中，我会更加努力并记住这次课题设计所解决问题的方法，我相信在以后的工作中，我会更优秀。对于本课题设计的 基于PLCs7-200设计的小车运料加机械手控制，这只是我对这三年所学的PLC的应用，我只学到的只是PLC的一点皮毛，所以对这个设计的的一些研究和设计还不是很完美，真正要用到实际生活工作中还是需要做些更详细的研究，现实中的环境对工作部件的影响是不能忽视的，比如：生锈、低温、高温、潮湿对器件的损坏，有必要避免这些危害出现于现实的设计中。所以后续的设计还是要继续。先代的机械是的发展已经非常的成熟，他被广泛的应用于大型机械和小型的控制系统，不管机械手的应用在哪个方面，但它的控制的实现同样可以来相

30、互的借鉴。通过这次的研究设计，要把所学的只是利用起来，要会使用自己的方式来验证自己的想法是否符合实际，同时需要一些软件工具来辅助我们完成这项任务，以后我要加强对这些软件的熟练程度。利用自己所学的知识来解决身边的问题，来设计发明一些便利的工具。科学实验的验证环节非常重要，仿真的应用非常方便，以后的实验要多试验，多验证，从而达到最好。虽然这次的设计时间不是很长，运用的东西不是很复杂，但将继续努力学习身边的知识，更好的运用到实际生活中去。 参考资料1.戴仙金西门子S7-200系列PLC应用与开发M.中国水利水电出版社2007. 2. 陈建明.电气控制与PLC应用M.北京:电子工业出版社,2009.3

31、.马小军.可编程控制器及应用M.南京，东南大学出版社4.陈建明.电气控制与PLC应用M.北京，电子工业出版社20095.郑凤翼图解西门子PLC-200系列PLC200应用88例M.北京.电子工业出版社20096.王永华现代电气控制器及应用M.南京.东南大学出版社20077.戴仙金西门子PLC200X系列PLC应用与开发M.中国水电水利出版社20098.袁任光可编程序控制器选用手册M.北京.机械工业出版社20029焦.海生可编程程序控制器梯形图的控制设计M.内蒙古电大学刊200610.赵玉英可编程控制器在电气控制系统中的应用M.河南科技学院学报200211.廖常初,周林,PLC的功能指令、电工技

32、术,1999-2000 12.常晓玲电气控制系统与可编程控制器北京：机械工业出版社.200713.周万珍, 高鸿斌, PLC分析与设计应用,北京：电子工业出版社,2004.1 14.张立科, PLC应用开发技术与工程实践,北京：人民邮电出版社,2005.1 15.张进秋，陈永利，张中民.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社.2003 附 录 A图4-1 手动机械手程序 图4.3图4-2小车往返程序图4-4自动机械手运行附 录 B致 谢在这次的课题设计中，我学会了发现问题解决问题的方法，把大学三年学的知识综合的的运用在一起。也让我懂得做任何事都要有耐心，恒心，和决心，这样才能解决遇到的难题

33、。对于课题设计论文的撰写，从一开始的无从下手到有步骤的完成完成论文，离不开老师的辅导帮助和自己的努力。这次课题开始的时候，也是遇到了种种的困难，光是确定课题就想了好久，开始的程序的初始的一些要求也是需要自己去设计，完全独立自主，而且这些想法必须切合实际，要把自己所学的所以东西用上，自己的软件要装全，自己的程序要把它理清楚，想完善。我重新翻开了以前的书，把这次设计所需要的部分认真画重点做笔记。开始的输入输出量的设计就费了一番苦心，输入输出量少了的话课题显得简单，输入输出量多了的话，写程序的时候要照顾的方方面面也就多，程序的设定之后的仿真我都用心去做了，并且都成功了，这是我这次很欣慰的，自己的努力最后还是成功的。在最后我要感谢我的指导徐伟老师，他在我这次毕业设计中给予了我很大的帮助，他不仅全面指导我如何撰写论文，教我们如何安排自己毕业设计的时间安排，如何检测自己论文的相似度，如何的合理使用硬件软件，程序的晚上，包括帮助解决设计上方方面面的问题。我这次可以顺利的完成自己的毕业设计，多谢了指导老师的帮忙。以后我会在生活中发挥自己的所学解决身边的问题，通过这次的独立自主毕业设计的训练，我的收益非浅，对我以后的生活将有深远的影响。