机电一体化综合实训报告
2012/2013学年第一学期
班 级: 姓 名:
学 号: 1030320427 1030320410 1030320411 1030320425 1030320409 1030320418 1030320401
指导教师:
2012年 12月 14日
哈尔滨理工大学机电一体化综合实训说明书
荣成学院机电一体化综合实训任务书
题目名称 学生姓名 指导教师姓名 完成期限 基于西门子 S7-200PLC的工位机械手系统设计 所学专业 机电一体化 班级 机电10-4班 技术 造及自动化 2012年12月03日至 2012年12月14 日 所学专业 机械设计制职称 讲师 一、主要内容 1. 工位机械手系统电气控制系统搭建及PLC应用训练； 2. 设计PLC程序机电系统的过程控制； 3. 在仿真平台上运行程序并进行仿真实验； 4. 完成设计并撰写不少于4000字的实训总结报告； 5. 修改完善实训总结报告，准备答辩。 二、实训报告的基本要求 1. 机电一体化综合实训的要求及任务； 2. 机电一体化综合实训的主要内容（设计过程、实物图、硬件连接图、I/O地址分配表、功能顺序图、PLC流程图及梯形图、操作说明等）； 3. 机电一体化综合实训的心得体会； 4.参考文献（不少于5篇）。 指导老师意见： 指导老师签名： 年 月 日 Ι
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摘 要
近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅速发展，可编程序控制技术已广泛应用于自动化控制领域，可编程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点，已经形成了一种工业趋势。
可编程控制器是一种新型的通用控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。
关键词：可编程控制器（PLC）；自动控制；工位机械手；
ΙΙ
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目录
荣成学院学院机电一体化综合实训任务书 ..................................... 错误！未定义书签。 摘要 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 第1章 工位机械手设计 ..................................................................................................... 1
1.1 实训题目 ................................................................................................................ 1 1.2 实训目的 ................................................................................................................ 1 1.3 实训任务 ................................................................................................................ 1 第2章 机电综合实训的方案 ............................................................................................. 2
2.1 工位机械手的结构及动作 .................................................................................... 2 2.2 控制工艺要求 ........................................................................................................ 2 2.3 控制系统 ................................................................................................................ 2 2.4 选择PLC ................................................................................................................ 3 第3章 硬件设计 ................................................................................................................. 5
3.1 机械手传送工件系统 ............................................................................................ 5 3.2 I/O接口分配 ........................................................................................................ 5 3.3 PLC的外部接线图 .............................................................................................. 6 3.4 实物搭建及连线图 ................................................................................................ 6 3.5 控制系统流程图 .................................................................................................... 7 3.6 控制系统梯形图 .................................................................................................... 7 第4章 软件设计 ................................................................................................................. 9
4.1 程序调试 ................................................................................................................ 9 4.2 实验结果 ................................................................................................................ 9 第5章 实习心得体会 ....................................................................................................... 10 参考文献 ............................................................................................................................. 11 致谢 ..................................................................................................................................... 12 附录 ..................................................................................................................................... 12
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第1章 工位机械手设计
1.1实训题目
基于PLC的工位机械手控制装置设计。
1.2实训目的
目的：机电一体化综合训练是一个阶段性的综合训练环节，大学三年级上学期开设。通过综合训练，首先让学生了解一般机电控制系统的组成和控制方法，建立机电一体化系统控制的概念；其次通过学生综合运用所学机电专业相关理论知识，根据机电一体化系统上的机械结构及控制部分的工作原理，自己动手设计各个机械部件的动作控制流程，最后在典型机电一体化系统仿真试验台上进行仿真实验，锻炼学生的理论联系实际能力及综合应用知识的能力。
1.3实训任务
任务：包括机电一体化系统电气控制系统搭建及PLC应用训练、设计PLC程序机电系统的过程控制、在仿真试验台上运行程序并进行仿真实验。任务分配如表1-1。
表1-1 任务分配表
职称 组长 成员 成员 成员 成员 成员 成员 姓名 任务 程序编写、总体设计 、报告汇总 I/O口的分配及PLC的选择 外部及PLC的接线 仿真实验调试 截图、文件的整理 查找资料 视频整理 - 1 -
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第2章 实训主要内容
2.1工位机械手的结构及动作
本机械手为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。其动作过程如图2-1。
原位 下降 夹紧 上升 右移
左移 上移 放松 下降
图2-1 机械手的结构及动作
2.2 控制工艺要求
机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后，自动进行下一个周期的动作。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时，须用手动操作将机械手移回到原点，然后按一下启动按钮，机械手重新开始周期操作。
2.3 控制系统
机械手控制系统如图2-2所示：
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启动按钮 停止按钮 1个刀开关 6个行程按钮图2-2 机械手控制系统
P L C 机械手运动
2.4 选择PLC
可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构和S7-200系列plc输入输出特性如图2-3、2-4所示。
图2-3 PLC的基本结构
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特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
本机I/O 6输入/48 输入/614输入/124输入/1
输出
扩展模块无 数量 通信口数1
量
图2-4 S7-200系列plc输入输出特性
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
本设计选取CPU224，它有14输入/10输出，I/O共计24点。和CPu222相比，存储容量扩大一倍，并且有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数以及处理能力，是应用最多的s7-200产品。
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输出 2
0输出 7
4输出 7
1 1 2
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第
3章 硬件设计
3.1 机械手传送工件系统
机械手的动作过程分解图如图3-1所示。从原点开始按下起动按钮时，机械手下降。下降到底时，碰到下限开关，机械手下降停止，机械手夹紧，碰到加紧限位开关后，机械手上升。上升到顶时，碰到上限开关，机械手上升停止，机械手右移，右移到位时，碰到右限开关，机械手右移停止。若此时工作台上无工件，则光电开关接通，机械手下降。下降到底时，碰到下限开关，机械手下降停止，机械手放松。放松后，到放松限位后，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止，机械手左移。左移到原点时，碰到左限位开关，左移停止。至此，机械手经过8步动作完成了一个周期。
图3-1 机械手的动作过程分解图
3.2 I/O接口分配
从控制方式选择上需要2个按钮，分别完成启动 I0.0和停止I0.7。限位开关有6个，上升限位开关I0.1、下降限位开关I0.2、左移限位开关I0.3、右移限位开关I0.4、放松限位开关I0.5、夹紧限位开关I0.6，共八个输入信号。
输出信号有下降驱动Q0.0、夹紧驱动Q0.1、上升驱动Q0.2、右移驱动Q0.3、左移驱动Q0.4、松开驱动Q0.5，六个输出点 。如表3-1、表3-2。
表3-1 输入信号分配表
I0.0
I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 - 5 -
I0.5 I0.6 I0.7 哈尔滨理工大学机电一体化综合实训说明书
开始 上限 下限 左限 右限
放松限位 夹紧限位 停止 表3-2 输入信号分配表
Q0.0 下降
Q0.1 夹紧 Q0.2 上升 Q0.3 右移 Q0.4 Q0.5 左移 松开 3.3 PLC的外部接线图
1、一个刀开关，两个按钮开关 2、电源
3、六个行程开关 4、六个输出动作
PLC的外部接线图如图3-2所示。
图3-2 PLC的外部接线图
3.4 实物搭建及连线图
系统实物搭建及连线图如图3-3所示。
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图3-3 系统实物搭建及连线图
3.5 控制系统流程图
流程图是编写程序的关键一步，能准确地反映出编程思路。控制系统流程图如图3-4所示。
图3-4 控制系统流程图
3.6 控制系统梯形图
梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言，本工位机械手的系统梯形图如图3-5所示。
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图3-5 控制系统梯形图
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第四章 程序调试及运动仿真
4.1 程序调试
1) 按照PLC图的I/O端对应的外部接线图连接硬件电路，检查无误后实验装置上电。
2) 打开SIEMENS S7-200PLCz编程软件，键入所编程序。经编译检查无误后，把编写好的程序下载到西门子S7-200的PLC中进行调试。
3）程序调试：打开总电源，闭合启动按钮I0.0，有输出点Q0.0变亮；断开启动按钮I0.0，闭合下降限位开关I0.2，有Q0.1输出变亮；闭合夹紧限位开关I0.6，有Q0.2输出变亮；闭合上升限位开关I0.1，有Q0.3输出变亮 ；闭合右移限位开关I0.4，有Q0.0输出变亮；闭合下降限位开关I0.2，有Q0.5输出变亮；闭合松开限位开关I0.5，有Q0.2输出变亮 ；再次闭合上升限位I0.1，有Q0.4输出变亮；当机械手回到原位时，左限位开关I0.3闭合，重复整个动作；整个过程中，当按下停止按钮I0.7时，机械手停止。
4）仿真分析：连接接线图，六个限位开关要接常开还是常闭需要经过分析和不断的调试分析。
4.2 实验结果分析
以上程序经模拟调试和现场运行均达到了理想的效果，小车能够按照控制要求运行，实现了PLC对小车的控制要求。
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第5章 实训心得体会
通过这次机电综合实训使我们收获颇多，让我们更加深刻了解机与电的结合，把日常所学的知识应用于这次实训中 ，更加拉近了理论和实际的距离，这次是很好的复习以前所学知识的机会，这次让我感受最深的能够把PLC真正的应用于工程实际中，更加了解PLC的强大功能及它带给我们的便利。让我更加熟知PLC程序的编制、调试、应用。
此次机电综合实训在宋鸣老师的指导下，我们收获颇多。在系统设计过程中，我们遇到了很多设计方面的问题。为了弄懂相关的知识，掌握相关技术，我们翻阅了大量的书籍和资料，并积极利用互联网丰富的资源找取答案。让我们对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我们了解了关于PLC设计原理。另外，我们还在宇龙仿真软件进行仿真模拟过程。
各组成员彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做机电综合实训的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。
我们的学习不但要立足于书本，以解决理论和实际教学中的实际问题为目的，还要以实践相结合，理论问题即实践课题，解决问题即课程研究，学生自己就是一个专家，通过自己的手来解决问题比用脑子解决问题更加深刻。学习就应该采取理论与实践结合的方式，理论的问题，也就是实践性的课题。这种做法既有助于完成理论知识
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的巩固，又有助于带动实践，解决实际问题，加强我们的动手能力和解决问题的能力。
在这次机电一体化综合实训之后我们更加了解所学专业，深知我们还有许多不足的地方需要改进和进步，以后会更加努力学习专业知识 ，增强专业技能能力。
参考文献
[1]《电器控制与PLC应用技术》 机械工业出版社 田效伍 主编 [2]《机电一体化控制技术》 高等教育出版社 陈瑞阳 主编 [3]《机械设备控制技术》 机械工业出版社 陈鼎宁 主编 [4]《电气控制技术[J]》 机械工业出版社 齐占庆 主编 [5]《电气控制与PLC应用[M]》 机械工业出版社 余雷声 主编 [6]《机电控制工程（第二版）[M]》 清华大学出版社 高钟毓 主编 [7]《现代电气控制及PLC应用技术[M]》 北京航空航天大学出版社 [8]《PLC应用开发技术与工程实践[M]》 人民邮电出版社
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致 谢
首先衷心地感谢宋鸣老师。本文从选题到完成，从理论上的探讨到实际问题的解决，无处不饱含着老师的心血。老师的悉心指导和建议给了我极大的帮助和支持，使我受益匪浅，在此论文完成之际，谨向老师致以深深的谢意和崇高的敬意！
附 录 工位机械手仿真视频
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