機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)詳解

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1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目 機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-數(shù)控加工中心刀具換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系別機(jī)電工程系專(zhuān)業(yè)機(jī)電一體化班級(jí) 11級(jí)機(jī)電2班姓名xiaoming設(shè)計(jì)時(shí)間 2013 年5月8日指導(dǎo)教師xiaoli二。一三年五月七日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)控加工中心刀具庫(kù)換刀系統(tǒng)。二、課程設(shè)計(jì)要求刀具由PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。斗笠式刀庫(kù)裝 6把刀，從上向下看順時(shí)針編號(hào)，如圖 4-1所示。以機(jī)械手位置為基準(zhǔn)，刀號(hào)變大方向連續(xù)3把刀盤(pán)逆時(shí)針換刀；刀號(hào)變小連續(xù)2把刀采用順時(shí)針旋轉(zhuǎn)換刀。例如：假設(shè) 1號(hào)刀為停留在機(jī)械手位置處時(shí)，調(diào)去 1號(hào)刀時(shí) 刀盤(pán)不動(dòng)作；調(diào)取5、6

2、號(hào)刀時(shí)刀盤(pán)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，調(diào)去 2、3、4號(hào)刀時(shí)，刀盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。三、課程設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)置1、寄存器D0；機(jī)械手當(dāng)前位置寄存器。2、寄存器D1:程序刀號(hào)寄存器。3、寄存器D3:偏差寄存器。4、參數(shù) K:參數(shù) K1、K2、K& K4 KS K6分別為 1、2、3、4、5、6。四、課程設(shè)計(jì)過(guò)程第一節(jié)PLC基本介紹可編程控制器(Programmable Controller ) 簡(jiǎn)稱(chēng)PC,為了避免和通用計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)PC同意，在很多書(shū)中對(duì)可編程控制器仍沿用PLC的簡(jiǎn)稱(chēng)。1968年美國(guó)的汽車(chē)工業(yè)首先提出了可編程控制器的概念，1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司制造出了世界上第一臺(tái)PLG這時(shí)的可編程控制器只能用于執(zhí)行邏輯

3、判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序 控制功能，所以稱(chēng)為可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLG PLC最早用于取代汽車(chē)生產(chǎn)線上的繼電器控 制系統(tǒng)，隨即擴(kuò)大到食品加工、制造冶金等工業(yè)部門(mén)可編程控制器在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能上都類(lèi)似于通用計(jì)算機(jī)，所不同的是可編程控制器還具有很多通用計(jì)算機(jī)所不具有的功能和結(jié)構(gòu)。PLC還有很多適應(yīng)于各種工業(yè)控制系統(tǒng)的模塊；PLC采用以傳統(tǒng)電氣圖為基礎(chǔ)的梯形圖語(yǔ)言編程，方法簡(jiǎn)單且易于學(xué)習(xí)和掌握。所以 在控制系統(tǒng)應(yīng)用方面PLC優(yōu)于計(jì)算機(jī)，它易于和控制系統(tǒng)相連接，可以方便靈活的構(gòu)成不 同要求，不同規(guī)模的控制系統(tǒng)，其環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力強(qiáng)， 所以可將可編程控制器稱(chēng)工 業(yè)控制計(jì)算機(jī)，由于這些特點(diǎn)，目前可編程控

4、制器已成為工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要支柱?？删幊炭刂破鞯幕窘M成：1、中央處理單元(CPU)中央處理器單元是PLC的核心，PLC的檔次越高CPU勺位數(shù)越多，系統(tǒng)處理信息量越大， 運(yùn)算速度就越快，指令功能也越強(qiáng)。2、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶程序存儲(chǔ)器。3、輸入輸出接口電路現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。4、電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一

5、個(gè)良好的、可靠的電源 系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)5、編程器編程器用于將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，是PLC最重要德外部設(shè)備。編程器可用于編程，也可以用來(lái)進(jìn)行程序修改和檢查，還可以對(duì)PLC工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。第二節(jié)闡述PLC的工作原理可編控制器的工作原理：循環(huán)掃描工作方式，PLC在通電以后，PLC實(shí)際上是按照分時(shí)操作進(jìn)行工作的，此工作過(guò)程的循環(huán)掃描工作方式。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序 執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階

6、段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期 問(wèn)，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（一）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它 們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸 出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào) 的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（二）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形

7、圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的 控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯 運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面 的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被 刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)

8、排在其上面的程 序起作用。在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即 I/O指令則可以直接存取 I/O點(diǎn)。即使 用I/O指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（三）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。第三節(jié)列出I/O配置表節(jié)點(diǎn)類(lèi)型節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)節(jié)點(diǎn)作用軸入X001機(jī)械手位置檢測(cè)X002機(jī)械手位置檢測(cè)X003機(jī)械手位置檢測(cè)X004機(jī)械手位置檢測(cè)X005機(jī)械手位置檢測(cè)X006機(jī)械

9、手位置檢測(cè)X0011刀具號(hào)選擇X0012刀具號(hào)選擇X0013刀具號(hào)選擇X0014刀具號(hào)選擇X0015刀具號(hào)選擇X0016刀具號(hào)選擇出輸Y000刀具到位寸斤Y001刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)指示Y002刀盤(pán)順轉(zhuǎn)Y003刀盤(pán)逆轉(zhuǎn)Y004換刀閃爍第四節(jié)刀盤(pán)取刀示意圖如圖4-1所示，以1號(hào)刀位在機(jī)械手位置處為例。一、調(diào)取當(dāng)前刀號(hào)。機(jī)械手在1號(hào)刀位D0=K1,系統(tǒng)調(diào)取當(dāng)前刀號(hào)，D0=K1,兩值比較D0=D1,此時(shí)，到位指示燈直接亮起，接著換刀成功指示燈閃爍，表示換 刀完成。二、調(diào)取2 （或3、4）號(hào)刀。機(jī)械手在 1號(hào)位D0=K1,系統(tǒng)調(diào)取2號(hào)刀，D1=K2, 兩值比較 D0K3,M10動(dòng)作， 刀盤(pán)逆轉(zhuǎn)。-14 -圖4-1

10、 如圖4-2 ,調(diào)取5 （或6）號(hào)刀，機(jī)械手在 1號(hào)位置D0=K1,系統(tǒng)調(diào)取5號(hào)刀，D1=K5,兩值比較 D0D1,止匕時(shí)，D0要先加 K6再減D1得D3, D3再和k3較,K011X012X013K014K015K001 M5HIK002 M5TIX003 M5TIX004 M5K005 M5TIK006 M5TIM5D3K3, M11、M12動(dòng)作，刀盤(pán)順轉(zhuǎn) 第五節(jié) 本系統(tǒng)梯形圖及指令4MOVKIBOTMOVK2DO-MovK3DO-MOVK4DO4JiovK5DO-DrtOVK6DOHJIOVKIDISET M5 NtO K2 DI SETM51D!K)VS3DISETM5WVK4DISE

11、TM51WVK5DISETM51MOVK6DISETM5(CMPDODIMCISUBDODID3(YOW，MDDOK6D2，SUBD2DID3指令表在止步進(jìn)指令器彳牛號(hào)0LDX0111MOVK1D06LDX0127MOVK2D012LDX01313MOVK3D018LDX01519MOVK11D024LDX01525MOVK530LDX016131MOVK1D036LDX00137ANIM538MOVK1D143SETM5441LDX00245ANIM546MOVK2D151SETM552LDX00353ANIM554MOVK3D159SETM560LDX00461ANIM562MOVK4D1

12、67SETM568LDX00569ANIM570MOVK5D175SETM576LDX00677ANIM578MOVK6D183SETM584LDM585CMPD0D192MPS93ANDM094SUBD0D1101MRD102ANDM1103OUTY000104MRD105ANDM2106ADDD0K61131MPP114ANDM2115SUBD2D11221LDM5123CMPD3K3130MPS1311ANDM10132ANIY000133ANIM20134OUTM18135MRD136ANDM11137ANIY0001381ANIM20139OUTM19140MPP1411ANDM12

13、142ANIY000143ANIM20144OUTM20145LDM19146ORM20147OUTY002148LDM18149OUTY003150LDY000151OUTT1K50154LDY002155ORY003156OUTY001157LDY000158ANDM8013159OUTY004160LDT1161RSTM5162END第六節(jié)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步， 人們對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)提出了許多新的和更 高的要求，制造業(yè)中的機(jī)電一體化應(yīng)用就是典型的實(shí)例。毫無(wú)疑問(wèn)，機(jī)械制造自動(dòng)化中的 計(jì)算機(jī)數(shù)控、柔性制造、計(jì)算機(jī)集成制造及機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展代表了機(jī)電一體化的發(fā)展 水平。系統(tǒng)的表現(xiàn)特征之一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。第七節(jié)本系統(tǒng)的改進(jìn)選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器人具有選擇順應(yīng)性的裝配機(jī)器人的手臂，這種機(jī)器人在 水平方向具有順應(yīng)性，而在垂直方向則有很大的剛性，最適合于裝配作業(yè)使 用，它有大臂回轉(zhuǎn)、小臂回轉(zhuǎn)、腕部升降與回轉(zhuǎn)四個(gè)自由度。人工智能化在機(jī)電一體化中的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要的應(yīng)用。提高機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和加快設(shè)計(jì)水平是 改進(jìn)該系統(tǒng)的重要方法。五、指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)1 .指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名:2 .成績(jī)?cè)u(píng)定:簽名：年 月 日