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1、學(xué)號(hào)091401149 《電氣控制與可編程控制技術(shù)》 課 程 設(shè) 計(jì) （ 2009級(jí)本科） 題 目： 基于S7-200PLC的坐標(biāo)式 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 曹 國(guó) 虎 指導(dǎo)教師： 張 靜 職稱： 副教授 完成日期： 2012 年 12 月 14

2、 日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2012 年 秋 季學(xué)期 學(xué) 生 姓 名 曹國(guó)虎 學(xué) 號(hào) 091401149 專 業(yè) 方 向 電力系統(tǒng) 班 級(jí) 09級(jí)（1）班 題 目 名 稱 基于S7-200PLC的坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)一個(gè)基于S7-200PLC的坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)下圖的控制功能： 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及編寫要求： 學(xué)生根據(jù)控制要求 ，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)

3、行坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。 1.設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)的接線圖，軟件系統(tǒng)流程圖等； 2.進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，做出程序梯形圖； 3.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)式機(jī)械抓手的控制要求。 三、設(shè)計(jì)進(jìn)度及安排： 第一周： 星期一、二 講解設(shè)計(jì)課題內(nèi)容、布置任務(wù)及要求 星期三、四 PLC輸入輸出接線圖，初步設(shè)計(jì) 星期五 梯形圖，控制面板圖初步設(shè)計(jì) 第二周： 星期一、二 PLC I/O接線圖，梯形圖，控制

4、面板的修改 星期三、四 繪圖，系統(tǒng)調(diào)試，寫說明書及操作使用說明 星期五 完善上述設(shè)計(jì)內(nèi)容，裝訂設(shè)計(jì)說明書，答辯 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 目錄 一、設(shè)計(jì)目的 1 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 1 2.1 控制要求 1 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 2 三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2 3.1 PLC的選型 2 3.2 I/O分配表 3 3.3

5、硬件接線圖 3 3.4 PLC外圍端子接線圖 4 四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4 4.1 程序設(shè)計(jì)的流程圖 4 4.2 程序設(shè)計(jì)順序功能圖 5 4.3 程序設(shè)計(jì)梯形圖 7 五、系統(tǒng)調(diào)試 11 六、設(shè)計(jì)總結(jié) 16 七、參考文獻(xiàn) 17

6、 一、設(shè)計(jì)目的 通過對(duì)S7-200PLC的坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制系統(tǒng)的工作原理分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程及上機(jī)調(diào)試工作的實(shí)踐，了解了電器控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)思路，熟悉和掌握了外圍電路系統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)的方法，并掌握利用PC對(duì)PLC工作狀況進(jìn)行監(jiān)控的方法。 二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2.1 控制要求 如圖1坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制示意圖所示，其控制要求主要有： 圖1機(jī)械手控制示意圖 圖2工作過程圖 1.

7、 只要D點(diǎn)有工件，機(jī)械手臂先下降，將工件抓取后上升； 2.將工件抓取搬運(yùn)到E點(diǎn)上方，機(jī)械手再次下降后放開工件； 3.機(jī)械手臂上升，最后機(jī)械手臂回到原點(diǎn)； 4.C缸在抓取或放開工件后，都需要10s的延時(shí)； 5.當(dāng)E點(diǎn)有工件且B缸已上升到LS4時(shí)，傳送帶電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以運(yùn)走工件。 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行基于S7-200PLC的坐標(biāo)式機(jī)械抓手原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。 主要內(nèi)容包括： 1.設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)

8、的接線圖、軟件系統(tǒng)流程圖等； 2.進(jìn)行PLC控制程序設(shè)計(jì)，做出程序梯形圖； 3.進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)式機(jī)械抓手的控制要求。 三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的選型 S7-200PLC它有四種不同的型號(hào)，由于設(shè)計(jì)要求有6個(gè)輸入點(diǎn)和7個(gè)輸出點(diǎn)，因而選擇S7-CPU224最為合適。 CPU224主機(jī)數(shù)字量I/O點(diǎn)為14輸入/10輸出共24個(gè)；擴(kuò)展能力強(qiáng)，可連續(xù)7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)；13KB程序和數(shù)據(jù)存取空間；6個(gè)獨(dú)立的30KHz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20KHz高數(shù)緩沖輸出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整體拆卸，是具

9、有將強(qiáng)控制能力的控制器。 3.2 I/O分配表 表1 I/O分配表： 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 名稱 地址 功能 名稱 地址 功能 LS0 I0.0 啟動(dòng)按鈕 HL Q0.6 原始位指示燈 LS1 I0.1 左限位開關(guān) YV1 Q0.0 A臂左移 LS2 I0.2 右限位開關(guān) YV2 Q0.1 A臂右移 LS3 I0.3 下限位開關(guān) YV3 Q0.2 B臂上移 LS4 I0.4 上限位開關(guān) YV4 Q0.3 B臂下移 LS5 I0.5 E點(diǎn)有無工件 YV5 Q0.4 抓手C YV6 Q0.5

10、電動(dòng)機(jī)MC 3.3 硬件接線圖 圖3 坐標(biāo)式機(jī)械抓手控制系統(tǒng)的PLC硬件接線圖 3.4 PLC外圍端子接線圖 圖4 PLC外圍端子接線圖 四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序設(shè)計(jì)的流程圖 程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5示： 圖5 程序流程圖 4.2 程序設(shè)計(jì)順序功能圖 順序功能圖如圖6所示 圖6 順序功能圖 4.3 程序設(shè)計(jì)梯形圖 五、系統(tǒng)調(diào)試 圖7 初始狀態(tài)的監(jiān)控

11、狀態(tài) 圖8機(jī)械手下降的監(jiān)控狀態(tài) 圖9抓手加緊的監(jiān)控狀態(tài) 圖10 機(jī)械手加緊物體后上升的監(jiān)控狀態(tài) 圖11 機(jī)械手左移的監(jiān)控狀態(tài) 圖12 機(jī)械手夾著物體下降的監(jiān)控狀態(tài) 圖13 機(jī)械手松開物體的監(jiān)控狀態(tài) 圖14 機(jī)械手松開物體后上升的監(jiān)控狀態(tài) 圖15 機(jī)械手右移、電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)控狀態(tài) 六、 設(shè)計(jì)總結(jié) 在經(jīng)過兩周的PLC課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我們都曾以為自己熟練地掌握了PLC課程設(shè)計(jì)的訣竅，但當(dāng)自己真正的參與其中，真正的自己動(dòng)手動(dòng)腦之后，才發(fā)覺實(shí)際解決一項(xiàng)問題有多么困難。但在這個(gè)過程中，我們所收獲的也是更加巨大的。 在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了

12、運(yùn)用Microsoft Visio畫圖軟件繪制電氣接線圖。對(duì)電氣的操作規(guī)范有了深刻的認(rèn)識(shí)。在程序設(shè)計(jì)中首先要總體設(shè)計(jì)程序思路，然后分塊設(shè)計(jì)。在程序設(shè)計(jì)中，通過親自寫程序，我更加理解了PLC基本指令的使用方法，也對(duì)基本指令的具體運(yùn)用有了深刻的概念。 通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)，同時(shí)加強(qiáng)了自己的動(dòng)手實(shí)際操作能力。當(dāng)然本次課程設(shè)計(jì)是以小組形式開展，在這次設(shè)計(jì)中也更加認(rèn)識(shí)到了小組團(tuán)隊(duì)合作的重要性，在合作中遇。 七、參考文獻(xiàn) [1] 張曉鋒，張靜.電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010. [2] 宋伯生

13、.PLC編程控制指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [3] 史國(guó)生.電氣控制與可編程控制技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004. [4] 張萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例（西門子S7-200系列).北京：清華大學(xué)出版社，2007. [5] 王鑫.PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2010. 17