机电一体化课程设计说明书_机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线_的设计

机电一体化专业方向课程综合设计说明书课程设计题目机电综合课程设计作者所在系部机电工程学院作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级Bxxxx班作者姓名xxx作者学号xxxxxx指导教师姓名xxxxxx完成时间年月日机电一体化专业方向课程综合设计任务书摘要工业机械自动化是近代控制领域的一大部分，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分工业机械自动化是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染性的场合，应用的最为广泛在我国，近几年也有较快发展，并取得一定成果，受到机械工业部门的重视本文主要介绍了有关机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线的设计三个方面每个方面又包含了设计任务和要求，控制方案确定，接线图和地址分配表，控制程序分析以及程序调试遇到问题及解决方案等几大部分内容从任务要求着手，继而绘制顺序功能流程图，根据功能图编辑PLC梯形图，在实验室进行程序调试完成程序验证，并总结归纳过程中出现的问题，最后完成各个项目关键词机械手PLC控制机械手臂交通信号灯3第1章绪论

1.1PLC的发展背景PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置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PLC及其有关的外围设备都应按照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在工业生产的各个领域，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的方式，对不同类型的零件分别组成的自动生产线随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制器系统是采用固定接线，很难适应这个要求，大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，随着PLC的应用日益普及其使用方法简单便于掌握且可靠性极高抗干扰性很强自身具有完善的功能.模块化的结构使其在工业生产线上的应用越来越广泛

1.2PLC发展前景PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高多种编程语言的并存、互补与发展是PLC软件进步的一种趋势 PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP制造自动化协议靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化PLC采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作第2章机械手控制的模拟

2.1设计任务和要求机械手动作的模拟实验面板图如图

2.1此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟图

2.1械手控制示意图图

2.1中为一个将工件由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当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程有八个动作，即为要求机械手能够实现手动、单步、单周期和连续循环多种工作模式连续循环工作中，按下停止按钮后，能够将当前周期循环完，然后停在原点位置

2.2控制方案确定I

0.4*i

0.2*Q

0.1Q

0.5M

0.0原位Q

0.0I

0.6M

0.1下降I

0.1*M

5.0SQ

0.1T37M

0.2夹紧T37*M

5.0Q

0.2M

0.3上升I

2.0*M

5.0Q

0.3M

0.4右移I

0.3*M

5.0Q

0.0M

0.5下移I

0.1*M

5.0RQ

0.2T381sM

0.6松开T38*M

2.0Q

0.2M

0.7上升I

0.2*M

5.0Q

0.4M

1.0左移I

0.4图

2.2顺序功能流程图方案确定初始状态用上下限位及机械手松开来接通，随后用开始按钮将机械手下降，分别用每次完成的结果作为下次动作执行的条件让程序能够连续、稳定、循环的进行下去，最终完成循环动作

2.3I/O接线图和地址分配表图

2.3I\O外部线图表

2.1I\O地址分配表

2.4控程序分析

2.

4.1主程序

2.

4.2手动子程序

2.

4.3连续子程序控制程序分析主程序分别将手动与连续分开，其中连续又包含了单步、单周期、连续三种方式单步通过利用中间继电器M

5.0将连续转换为单步，单周期是通过中间继电器M

1.1将连续转换为单周期，在连续中各步的结果是下一步的执行条件，最终达到程序的连续运行

2.5程序调试遇到问题及解决方案

1、机械手无法实现单步动作解决方案在每一步转换条件中加上一个中间继电器（常开触点），当执行单步时，单步的常闭开关闭合，导致步与步之间的转换只有当每次按下启动按钮才能执行，最终实现单步操作

2、机械手的启动停止按钮无法实现或是步骤太过繁琐解决方案引入中间继电器，启动按钮与继电器形成自锁让程序执行，在继电器前面串接一个停止按钮的常闭触点，按下后，线圈自锁破坏，程序无法运行，这样就按成了启动，又可完成停止，程序大大缩减

3、手动操作无法引入解决方案通过引入手动子程序得以实现第3章按钮人行横道交通信号灯控制

3.1按钮人行横道交通信号灯控制按钮人行横道交通信号灯控制示意图如图

2.1所示正常通行，车行道信号灯为绿、人行道信号灯为红若按下人行道按钮SB1或SB2，过30S后，车行道信号灯变为黄，再过10S后，车行道信号灯变为红5S后人行道信号灯变为绿15S后，人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯图

2.1按钮人行横道交通信号灯控制示意图

3.2按钮人行横道交通信号灯控制设计

3.

2.1按钮人行道控制的I/O分配和接线图 

（1）PLC是用来执行具体的控制，具体的工艺要求和具体的工作环境决定如何具体选择PLC的系统配置和I/O模块一般从PLC的内存容量大小和PLC的CPU最多能支持I/0点数多少这两个方面来考虑见

2.2图图

3.3顺序功能图图

2.2按钮人行横道交通信号灯控制外部接线图

（2）PLC所需的I/O点个数 输人信号端:2个人行道的手动开关，作为人要过人行道的输入指令 输出信号端5个信号灯，分别控制车行道和人行道的红绿灯如表

2.1所示表

2.1I/O分配方式

3.

2.2按钮人行横道交通信号灯控制时序图图

2.3按钮人行横道交通信号灯控制时序图

3.

2.3 按钮人行道控制的顺序功能图 图

2.4顺序功能图

3.

2.4按钮人行道控制的梯形图图

2.5按钮人行道控制的梯形图

3.

2.5程序调试遇到问题及解决方案所遇问题人行道绿灯开始闪烁，闪烁5次，每次1S，即5S后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯绿灯持续亮，没有闪烁，次项无法完成解决方案加入脉冲和时间继电器，使绿灯闪烁第4章饮料灌装线的设计

4.1设计任务和要求图

4.1饮料灌装线运动示意图如图

4.1所示，传送带由电机M1驱动，传送带上设有灌装工位工件传感器SE

1、封盖工位工件传感器SE2和传送带定位传感器SE5按动起动按钮Start，传送带M1开始转动，若定位传感器SE5动作，表示饮料瓶已到达一个工位，传送带应立即停止在灌装工位上部有一个饮料罐，当该工位有饮料瓶时，则由电磁阀LT1对饮料瓶进行3s定时灌装（传送带已定位）在封盖工位上有2个单作用气缸（A缸和B缸），当工位上有饮料瓶时，首先A缸向下推出瓶盖，当SE3动作时，表示瓶盖已推到位，然后B缸开始执行压接，1s后B缸打开，再经1sA缸退回，当SE4动作时表示A缸已退回到位，封盖动作完成瓶子的补充及包装，假设使用人工操作，暂时不考虑任何时候按停止按钮Stop，应立即停止正在执行的工作传送带电机停止、电磁阀关闭、气缸归位

4.2控制方案确定电机停转电机转动灌装启动复位图

4.2顺序功能图复位启动电机转动电机停转A缸伸出B缸加紧灌装A缸缩回图

4.2顺序功能图方案确定起初用SM

0.1将各个元器件复位，然后通过I

0.6所对应的触点处是否有料来确定电机是否转动当电机停转时灌装与压盖处的触点通过检测是否有料来确定是否灌装或压盖，只有当两个都完成动作电机才能启动继续循环动作下去

4.3I/O接线图和地址分配表图

4.2I\O接线图表

4.1地址分配表

4.4控制程序分析程序分析程序开始由SM

0.1接通并使各个元器件复位，当i

0.6接通说明LS5处有料电机停转随后，I

0.2，I

0.3分别检测是否有工件然后确定两个工位是否有动作当两个工位动作都结束后在使电机重新转动继续循环动作下去

4.5程序调试遇到问题及解决方案

1、该流水线无法循环进行解决方案通过利用灌装工位完成条件（Q

0.1的常闭触点）和压盖工位完成条件（I

0.5的常开触点）来继续是电机转动

2、题目说明条件比较模糊解决方案各种情况综合考虑，力求完善

3、灌装与压盖无法并行排列进行解决方案通过各个工位的传感器（SE1与SE2）分别接通各自工位所执行的动作来使两个动作能够同时进行，最终达到题目所要求的结果第5章结论经过自己的努力和查阅资科，也在老师和同学的帮助下，我最终完成了这次课程设计本次的设计使我从中学到了很多东西，不管是将我所学到的知识延用到我以后的工作中去，还是通过一定学习手段更好的完善知识，总的来说，我受益匪浅我先对课设题目及任务要求进行分析，然后画出顺序功能图，根据顺序功能程序图画出I/O地址分配表以及I/O接线图之后根据1/0接线图在操作面板布置图上接好线路，进行调试本论文所设计的液体混合装置模拟、物料分拣机构控制和饮料灌装生产线，都采用PLC可编程控制器控制，程序简单且便于调试，通过PLC本身通信接口与计算机联网，对现场操作的各项参数进行监测由于对程序的设计不是很熟悉，调试了很多次，最后才调试成功经过这次课程设计，我学会了一些基本的编程方法，学会了顺序控制的编程思想我会在以后的学习当中把我学到的用到我们现实的生后中去，学以致用，只有经历辛勤的汗水，才能让知识绽放出美丽的花朵老师的指导和同学的帮助当然也是一个不可忽视的方面，让我明白了自己的不足，并得以改正，也让我更好的完成自己的设计参考文献

[1]廖常初.PLC编程及其应用.北京:机械工业出版社

2008.

[2]李俊秀.可编程控制器应用技术.北京:化学工业出版社

2008. 

[3]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术.南京东南大学出版社

2003. 

[4]王阿根.电气可编程控制器及应用.北京:清华大学出版社

2007. 

[5]汪志峰.可编程序控制器原理与应用[M].西安电子科技大学出版社2004 

[6]常斗南.可编程序控制器机[M].机械工业出版社2007致谢历时三周的综合课程设计将要告一段落经过自己不断地探索努力以及老师们的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成在这段时间里，老师们严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，她们的指导使我受益匪浅在论文即将完成之际，我的心情久久无法平静，从开始选题到顺利论文完成，可敬的师长、同学、朋友给了我无数的帮助感谢老师们提供的实验器材，感谢全体老师给予我丰富的专业知识和各个方面的关心和帮助正是由于你们的帮助和支持，我才能一个一个克服困难、解明疑惑，直至本文顺利完成，在这里请接受我诚挚的谢意！谢谢你们！学生姓名xxx专业机械设计制造及其自动化班级xxx学号xxxxx指导教师xxx完成时间

2015.

12.31课程设计题目机械手控制的模拟、按钮人行横道交通信号灯控制、饮料灌装线的设计设计要求及技术要点本次课程设计进行三个项目控制程序的设计，具体控制要求见附件工作内容及最终成果

1、根据任务要求，确定控制系统整体控制方案

2、根据总体控制方案主要完成以下设计绘制液压（气动）回路；绘制控制系统程序流程图；绘制控制系统外部接线图及I/O地址分配表

3、编写PLC控制程序，并进行调试

4、撰写课程设计说明书一份（不少于6000字）时间进度安排第16周查阅相关资料，进行项目控制方案的拟定和液压（气动）回路、外部接线图设计第17周项目控制程序的编写及调试第18周项目控制程序的调试、撰写说明书及答辩指导教师签字年月日PLC地址元器件名称说明I

0.0SB1复位I

0.1SQ1下限位I

0.2SQ2上限位I

0.3SQ3右限位I

0.4SQ4左限位I

0.5SB4停止I

0.6SB2启动I

0.7SB3手动右移I

1.0SB4手动松开I

1.1SB5手动夹紧I

1.2SB6手动下降I

1.3SB7手动上升I

1.4SB8手动左移I

1.5SB9单周期方式I

2.0SB10连续方式I

2.1SB11单步方式I

2.2SB12手动方式Q

0.0Yv1下移Q

0.1Yv2夹紧Q

0.2Yv3上移Q

0.3Yv4右移Q

0.4Yv5左移Q

0.5HV原位输入继电器作用输出继电器作用I

0.0SB1按钮Q

0.0车行道红灯I

0.1SB2按钮Q

0.1车行道黄灯Q

0.2车行道绿灯Q

0.3人行道红灯Q

0.4人行道绿灯PLC地址元器件名称说明I

0.0SB1启动I

0.1SB2停止I

0.2SE1灌装工位I

0.3SE2压盖工位I

0.4SE3A缸下限位I

0.5SE4A缸上限位I

0.6SE5定位工位Q

0.0M1电机Q

0.1LT1灌装Q

0.2Y1A缸Q

0.3Y2B缸1。