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电气控制课程设计 设计题目：基于S7-200 PLC机械手自动控制系统的设计 姓 名： 班 级： 学 号： 指导教师： 成绩评定： 201*年**月**日 1. 控制系统的要求 图1为传送工件的某机械手的工作示意图，其任务是将工件从传送带A搬运到传送带B。按下起动按钮后，传送带A开始运行直到光电开关KF检测到物体，才停止，同时机械手下降；下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧；上升到位左转，左转到位下降；下降到位机械手松开，2s后机械手上升；上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转；右转到位，传送带B停止。机械手返回原位后，自动启动传送带A运转，进行下一个循环。当按下停止按钮时，使移位寄存器复位，机械手立即停止工作。 机械手的上升、下降和左转、右转的执行，分别由双线圈两位电磁阀控制汽缸的运动控制。当下降电磁阀通电，机械手下降，若下降电磁阀断电，机械手停止下降，保持现有的动作状态，同样上升电磁阀、左转和右转电磁阀的控制过程亦然。而夹紧/放松则是由单线圈的两位电磁阀控制汽缸的运动来实现，线圈通电时执行夹紧动作，断电时执行放松动作。并且要求只有当机械手处于上限位时才能进行左/右移动，因此，在左右转动时用上限条件作为联锁保护。由于上下运动，左右转动采用双线圈两位电磁阀控制，两个线圈不能同时通电，因此在上/下、左/右运动的电路中须设置互锁环节。 为了保证机械手动作准确，机械手上安装了限位开关BG1、BG2、BG3、BG4，分别对机械手进行上升、下降、左转、右转等动作的限位，并给出动作到位的信号。 光电开关KF负责检测传送带A上的工件是否到位，到位后机械手开始动作。 图1 机械手控制示意图 2. 系统设计思路 依据系统设计要求，机械手控制的工作过程如图2所示，一个工作周期有八个顺序执行的动作，即为： 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降 图2 机械手控制工作过程 从控制要求可以看出，输入信号需要一个启动按钮SF1（I0. 0）来完成机械手的启动，还需要一个停止按钮SF2（I0.5）用来停止运行。机械手运动的限位开关有4个，上升限位开关BG1、下降限位开关BG2、左转限位开关BG3和右转限位开关BG4，以及传送带A上光电开关KF的输入信号I0.6，共有7个输入信号。输出信号有机械手上升驱动电磁阀MB1、下降电磁阀MB2、左转电磁阀MB3、右转电磁阀MB4和机械手抓紧/放松驱动电磁阀MB5，以及控制传送带A和B运行的接触器QA1和QA2，共有7个输出信号。 3 .系统硬件设计 3.1 硬件设计 系统选用的是西门子可编程序控制器 S7-200系列，根据控制要求，系统所需的输入信号为7 个点， 输出信号为7 个点，可选用PLC的型号为CPU224。它共有 14 个输入点， 10 个输出点， 能够满足系统的控制要求，其PLC输入/输出接线如图3所示。 图3 PLC输入输出接线图 （2） I/O 端子的地址分配1 I0.1 上升限位BG1 Q0.2 下降MB2 I0.2 下降限位BG2 Q0.3 左转MB3 I0.3 左转限位BG3 Q0.4 右转MB4 I0.4 右转限位BG4 Q0.5 夹紧MB5 I0.5 停止按钮SF2 Q0.6 传送带A（QA1） I0.6 光电开关KF Q0.7 传送带B（QA2） 4. 系统软件设计 根据控制要求，机械手的工作过程是顺序执行的，一个工作周期由8步组成。因此，可先设计出顺序功能图，如图4所示。根据顺序功能图再设计出梯形图程序，如图5所示。顺序功能图是一个按顺序动作的步进控制系统，在本例中采用移位寄存器编程方 图4 机械手自动控制的顺序功能图 法。用移位寄存器M10.1～M11.2位代表流程图的各步，两步之间的转换条件满足时，进入下一步。移位寄存器的数据输入端DATA（M10.0）由M10.1～M11.1各位的常闭接点、上升限位的标志位M1.0、右转限位的标志位M1.1及传送带A检测到工件的标志位M1.2串联组成，即当机械手处于原位，各工步未起动时，若光电开关KF检测到工件，则M10.0置1，这作为输入的数据，同时这也作为第一个移位脉冲信号。以后的移位脉冲信号由代表步位状态中间继电器的常开接点和代表处于该步位的转换条件接点串联支路依次并联组成。在M