毕业设计（论文）基于PLC的步进电机的控制和机械手.doc

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1、目 录摘 要1一、课程设计概述31.1 可编程程序控制器(PLC)概述31.2 SIEMENS S7-200简介31.3 STEP7MICRO/WIN 编程软件简介3二、基于PLC 的机械手控制42.1 设计要求42.2 机械手控制流程图 52.3机械手各按键作用 52.4基于PLC 的机械手控制程序梯形图 62.5 问题及解决办法8三、基于PLC的刀库捷径方向选择控制93.1 设计要求93.2 刀库捷径方向选择控制按钮作用 93.3 刀库捷径方向选择流程图 103.4 刀库捷径方向选择控制梯形图 113.5 问题及解决办法14四、基于EM235 的步进电机调速系统144.1 设计要求144.

2、2 基于EM235 的步进电机调速系统按钮作用 144.3 基于EM235步进电机的调速流程图 154.4 基于EM235步进电机的调速程序梯形图 164.5 问题及解决办法19五、课程设计总结20六、参考文献21摘 要PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。它采用可以编制程序的存储器，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。而有关的外围设备，都应按易与工业系统连成一个整体，易于扩

3、充其功能的原则设计。PLC的应用领域,目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。关键词 可编程控制器 PLC 控制 应用AbstractPLC is a specialized in industrial environment and design of the application of the electronic device digital computing operations. It has high reliability and anti-interference ability strong,

4、 powerful, flexible, learn, and use, small volume, light weight, price cheap characteristics. build programs used in its internal memory, storage to perform the logic operation, order processing, timing, counting and arithmetic operation instructions, and digital or analog through the input and outp

5、ut, the control various types of machinery or the production process. And the peripheral devices, should according to easy and industrial system into a whole, easy to extend its function of the design principles.PLC application field, at present, PLC has been widely used in the domestic and foreign

6、steel, petroleum, chemical industry, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, light textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries.Keywords plc control application一、 课程设计概述 1.1 可编程程序控制器(PLC)概述PLC(可编程序控制器)是一种数字运算操作的电子装置,专为工业环境设

7、计。它采用可编程序的存储器，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，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。而有关的外围设备都应该按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。1.2 SIEMENS S7-200简介S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动

8、系统。 CPU 226： 24V DC电源，24V DC输入，24V DC输出，100230V AC电源 24V DC输入，继电器输出。本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特

9、殊功能。1.3 STEP7MICRO/WIN 编程软件简介STEP7MICRO/WIN 编程软件，强大的工控编程组态软件在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200软件简单、易学能够解决复杂的自动化任务。可以快速进入，节省编程时间。具有扩展功能。基于标准的Windows软件(类似于Winword, Outlook等标准应用软件STEP 7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。1、基本功能：STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。适

10、用于所有SIMATIC S7-200 PLC机型软件编程。支持IL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换。具有密码保护功能。STEP 7-Micro/WIN提供软件工具帮助您调试和测试您的程序。这些特征包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。指令向导功能：PID自整定界面；PLC内置脉冲串输出(PTO)和脉宽调制(PWM)指令向导；数据记录向导；配方向导。支持TD 200和TD 200C 文本显示界面 (TD 200向导)。二、 基于PLC 的机械手控制2.1 设计要求开始时，按下启动按钮SB后，机械手处于原始位置，Y3亮

11、，过2秒钟，变为放松状态，则Y1亮，Y7亮，准备2秒钟后。机械手开始顺序动作：1、机械手下降：延时1秒后，Y1灭，按SQ1，表示到下限位的检测信号，则Y2亮。2、机械手夹紧：延时3 秒后， Y3 亮，表示夹紧。3、机械手上升：延时1秒后，Y2灭，按SQ2，表示到上限位的检测信号，则Y4亮。4、机械手右行：延时1秒后，Y4灭，按SQ3，表示到右限位的检测信号，则Y5亮。5、机械手下降：延时1秒后，Y5灭，按SQ1，到下限位后，则Y6亮。6机械手放松：延时2秒后，Y3灭，Y7亮。7、机械手上升：Y6灭，按SQ2，到上限位后，则Y5亮，延时1秒，Y5灭。8、 机械手左移：按SQ4，到左限位后，则Y1

12、亮，回到原始位置2.2 机械手控制流程图 见图1 按SB启动Y3亮Y1 Y7亮Y1灭Y2灭Y3亮Y2亮Y4灭Y4亮Y8亮Y5灭Y5灭Y5亮Y6灭Y6亮Y3 Y7亮Y1亮 延时2秒 延时1s 按下SQ2 延时1s 延时3s延时1s按下SQ3 延时1s 按下SQ1延时2s延时1s 按下SQ2按下SQ4图12.3 机械手各按键作用 如下表所示启动按钮I0.0机械手左移SQ4(I0.4)机械手下降SQ1(I0.1)关断按钮I0.5机械手上升SQ2 (I0.2)机械手右行SQ3 (I0.3)2.4 基于PLC 的机械手控制程序梯形图 见图2图22.5 问题及解决办法该设计中较多的指令一开始令我有点混乱，

13、因为对该指令不熟悉，不能很好的正确使用，在程序调试中总是出现错误，后来画出来时序图，通过与同学的讨论以及合作，做种完成该程序，达到题目的要求。三、 基于PLC的刀库捷径方向选择控制3.1 设计要求加工中心刀库回台式模拟装置，上面设有8把刀，每把刀有相应的刀号地址，分别为1、2、8。刀库转动时，将由传感器测试其刀号位置，并由一只数码管显示当前刀号位置。当按下启动开关后，如果传感器没有找到任何刀，电机将按顺时针方向自动转动，直到指传感器检测到某把刀，电机停转。这时数码管将显示该刀号对立面的地址，即：若刀号是1，其对立面的为5。拔码开关用来选择刀号。选好刀号后，再按一下“送刀号”按钮，即可将所选择的

14、刀号送入程序。程序将对所选择的刀号与当前刀号进行比较、运算，然后指挥电机按照离当前刀号最近的方向旋转（即最捷径方向，正转或反转），转到所选刀号位置后，电机停转3.2 刀库捷径方向选择控制按钮作用 如下表所示名称输入点名称输出点启动按键I1.0刀库正转Q1.0送刀号按键I1.0刀库反转Q1.1停止按键I2.0数码显示Q0.0Q0.7传感器感应刀号地址I0.1.I0.7 I0.0发送刀号地址I1.2.I1.53.3 刀库捷径方向选择流程图 见图3N按I1.0开始读取当前刀号Vw16按I1.1送刀号Vw18Vw16=Vw18Y换刀结束Vw16Vw18Vw10=Vw16-Vw18Vw12=Vw16+8

15、Vw10=Vw12-Vw18Vw104YNQ1.0得电 电机正转Q1.1得电 电机反转Vw16=Vw18换刀结束YNY图33.4 刀库捷径方向选择控制梯形图 见图4图43.5 问题及解决办法该程序使用了较多的比较指令，转换指令，发送指令，一开始对这些指令并不熟悉，在一步一步的学习中逐步掌握并熟练使用了这些指令，跟同学完成了该题目要求，在这里缺少不了老师的教诲与帮助。四、 基于EM235 的步进电机调速系统4.1 设计要求输入信号为0-10V直流电压信号，经过EM235转换之后，用1位LED显示相应整数位电压值；实现步进电机的启动、停止、正转、反转；根据输入信号电压值的大小实现步进电机调速，即根

16、据0-10V信号分为8级调速。4.2 基于EM235 的步进电机调速系统按钮作用 如下表 名称输入点名称输出点启动按键I0.0电机正转I0.1停止按键I0.3电机反转I0.24.3 基于EM235步进电机的调速流程图 见图5按I0.0开始I0.1 正转I0.2 反转VD0=AIW0/3200AD0 Vw2Vw2 QB7QB7 QB0QB0输出到LED显示AIW0=Vw10判断Vw10的大小（032000五等分）根据Vw10的不同分别把20、40100给Vw11Vw13=500/Vw11M1.1产生不同频率脉冲正转反转A 、AB、B、BC、C、CA 依次得电C、CB、B、BA、A、AC 依次得电

17、结 束图54.4 基于EM235步进电机的调速程序梯形图 见图6图64.5 问题及解决办法该程序使用较多的算术运算指令，进制转换指令，以及传送指令，编写程序过程中很容易迷失方向，不知所措，还好在编写该程序时能边编写边看书，最终在老师的帮助下，较早的完成了该试验项目。五、课程设计总结在老师辛勤的指导和我们的努力下，我们终于顺利的完成了为期两周的PLC课程设计。这短短两周的时间，我们学到了很多书本上没有的知识。使我们对PLC的理解更加的深刻。锻炼了我们从程序的规划设计，到程序编写，再到成功运行的能力。当然，也锻炼了我们的实际动手能力，为我们以后的工作提供了一个良好的基础。有了这些实际操作的经验，使

18、我们对自己的所学更有信心。我们组做的是机械手、刀库还有步进电机的8级调速三个题目。在刚开始时，虽然机械手的比较简单，但是由于缺少经验，程序里总是出现这样或者那样的问题，通过请教老师、询问同学，我们一点点的改正程序。最后，再跌跌撞撞和我们的不断学习中，慢慢地完成了任务。让我们体会到对待一个任务，首先要先要明白任务的要求，然后根据具体的要求做好规划，一点点的去实现所要求的功能。在遇到问题时，要冷静耐心的去查找问题所在，用所学到的知识来解决问题。后面的两个题目，虽然在逐渐变难，可是有了前面的经验，都在有惊无险中顺利的完成。当看到自己设计的程序能够实现所要求的功能时，心里充满了喜悦。在这里，我想感谢韩

19、老师给予我们的辛勤指导，还有我的队友和同学们的指点。没有你们，我们不会这么顺利的完成此次课程设计。在我们感到迷惑不解时，老是总是能够给予我们正确的指点，让我们发现问题的所在。在遇到不会的问题时，和同学们讨论讨论，总会有意外的收获。还有队友的帮助，我们相互合作，努力的完成自己的任务，保证了效率。以后的工作中，自己能独立的思考很重要，但是团队的合作也很重要，毕竟，一个人的力量是很难和一个团队相抗衡的。六、参考文献1 王永华，现代电气控制及PLC应用技术，北京:北京航空航天大学出版社2007；2 王淑英，S7-200西门子PLC基础教程 ，北京:人民邮电出版社 ，2009； 3廖常初,可编程序控制器

20、的编程方法与工程应用，重庆：重庆大学出版社；4 郁汉琪,机床电气及可编程控制器实验，北京：高等教育出版社,2001。一、设计内容及要求1机械手开始时，机械手处于原始位置，且为放松状态，则Y1亮，Y7亮，按下启动按钮SB后，机械手开始顺序动作：1、机械手下降：延时1秒后，Y1灭，到下限位时，按SQ1，则Y2亮。2、机械手夹紧：延时3秒后， Y3亮，3、机械手上升：延时1秒后，Y2灭，到上限位后，按SQ2，则Y4亮，4、机械手右行：延时4秒后，到右限位，按SQ3，则Y8亮，5、机械手下降：到下限位后，按SQ1，则Y6亮，6、机械手放松：延时3秒后，Y3灭，Y7亮，7、机械手上升：Y6灭，到上限位后

21、，按SQ2，则Y8亮，8、机械手左移：Y8灭，到左限位后，按SQ4，则Y1亮，回到原始位置。2刀库捷径方向加工中心刀库回台式模拟装置，上面设有8把刀，每把刀有相应的刀号地址，分别为1、2、8。刀库转动时，将由传感器测试其刀号位置，并由一只数码管显示当前刀号位置。当按下启动开关后，如果传感器没有找到任何刀，电机将按顺时针方向自动转动，直到指传感器检测到某把刀，电机停转。这时数码管将显示该刀号对立面的地址，即：若刀号是1，其对立面的为5。拔码开关用来选择刀号。选好刀号后，再按一下“送刀号”按钮，即可将所选择的刀号送入程序。程序将对所选择的刀号与当前刀号进行比较、运算，然后指挥电机按照离当前刀号最近

22、的方向旋转（即最捷径方向，正转或反转），转到所选刀号位置后，电机停转。9步进电机调速输入信号为0-10V直流电压信号，经过EM235转换之后，用1位LED显示相应整数位电压值；实现步进电机的启动、停止、正转、反转；根据输入信号电压值的大小实现步进电机调速，即根据0-10V信号分为8级调速。二、设计原始资料南京工学院仪器实验平台、德国西门子生产的S7-200PLC、导线n根等三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分2图纸部分：四、进程安排教学内容 学时 地点集中学习 1天 教室资料查阅与学习讨论 1天 图书馆、实验室设计及调试 7天 实验室成果验收 1天 实验室 五、主要参考资料1 王永华，现代电气控制及PLC应用技术，北京:北京航空航天大学出版社2007；2 王淑英，S7-200西门子PLC基础教程 ，北京:人民邮电出版社 ，2009； 3廖常初,可编程序控制器的编程方法与工程应用，重庆：重庆大学出版社；4 郁汉琪,机床电气及可编程控制器实验，北京：高等教育出版社,2001。成 绩 评 定 表口试（答辩）成绩报告成绩总评成绩