plc机械手毕业设计1

plc机械手毕业设计1（精选6篇）

篇1：plc机械手毕业设计1

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目录 引言.................................................................5 2 设计目的及主要内容...................................................6 2.1设计目的.......................................................4 2.2.主要内容.......................................................4 3 气动机械手的操作要求及功能...........................................4

3.1.操作要求.......................................................4 3.2操作功能.......................................................5 4 PLC及机械手的选择和论证.............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC简介...................................................6 4.1.2 PLC的结构及基本配置.......................................6 4.1.3 PLC的选择及论证..........................................7 4.2机械手.........................................................7 4.2.1机械手简介.................................................7 4.2.2机械手的选择...............................................8 5 硬件电路设计及描述...................................................8 5.1操作方式.......................................................8 5.2 PLC的I/O分配接线.............................................9 6 软件电路设计及描述..................................................10 6.1机械手的操作系统程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手动单步操作程序..............................................11 6.4自动操作程序..................................................12 6.5机械臂传送系统梯形图..........................................12 6.6指令语句表....................................................13 7 心得体会...........................................................15 参考文献.............................................................16

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1引 言

在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。

可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。

机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。

采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。

在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不

一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。

课程设计说明书 设计目的及主要内容

2.1设计目的

1、培养plc设计能力；

2、扩展知识结构；

3、培养综合运用能力；

4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。

2.2主要内容

1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模拟调试 气动机械手的操作要求及功能

3.1操作要求

气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为：

1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；

2、上升、下降的电磁阀线圈分别为Q0.0、Q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为Q0.3、Q0.4；

3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀Q0.1来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；

4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延1S实现；

5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关I1.0、I0.5、I1.1、I0.6来实现；

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3.2操作功能

机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。

1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；

2、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；

3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；

4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；

5、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；

6、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。

课程设计说明书 PLC及机械手的选择和论证

4.1 PLC 4.1.1 PLC简介

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。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

4.1.2 PLC的结构及基本配置

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开

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放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。

CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手

4.2.1机械手简介

mechanical hand 也被称为自动手，auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1．执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2．传动系统

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执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统

机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

4.2.2机械手选择

由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。硬件电路设计及描述

5.1 操作方式

设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。

手动操作方式------手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。

自动操作方式------单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。------单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。

-------连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。

5.2 PLC的I/O分配接线

I/O分配及接线图I 软件电路设计及描述

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6.1 主程序设计

主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子程序，都在主程序中体现。SM0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件执行的；在手动控制方式中，I2.0为ON时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回原点控制方式中，I2.1为ON时，其常开触点闭合，执行“回原点”子程序；在单步、单周期和连续控制方式中，I2.2、I2.3、I2.4并联，其中任何一个为ON时，执行“自动”子程序。主程序梯形图为：

图2-1 主程序梯形图

6.2 公用程序设计

公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点串联接通时，“原点条件”M0.5变为ON，机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。若M0.5为OFF状态，M0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。

当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序中，除初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0~M2.7）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，I2.1的常闭触点闭合，代表回原点中的各步

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M1.0~M1.5复位。在非连续方式，I2.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志M0.7复位。公用程序梯形图为：

图2-2 公用程序梯形图

6.3 手动程序设计

在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，防止功能相反的两个输出同时为ON；限位开关I1.2的常开触点闭合使得输出Q0.1置位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关I0.7常开触点闭合时，输出Q0.1复位失电，表示工件已松开；I0.1~I0.4的常闭触点，限制机械手移动的范围；上限位开关I0.2的常开触点与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞；只允许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。

手动程序梯形图为：

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图2-3 手动程序梯形图

6．4 自动程序设计

自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作方式主要用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分，M0.0表示初始步，M2.0~M2.7分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状态时，I2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动按钮I2.6，M0.6才能得电一个扫描周期，程序执行一步，以此来实现单步执行，此时转换不允许。当系统处于连续工作状态时，M0.6始终得电，按下启动按钮I2.6后同时未按停止按钮I2.7之前，“连续”标志M0.7始终得电，系统首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7始终得电，其常闭触点断开，使得程序执行完一个周期后不在进入初始步M0.0，而是直接进入M2.0，开始了下一个周期的执行，以此来实现连续执行。当系统处于单周期工作状态时，M0.7不得电，M0.6得电，按下启动按钮I2.6后系统也是首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7不得电，其常闭触点闭合，当程序执行完一个周期后，返回初始步M0.0，此时程序再要执行必须重新按下启动按钮I2.6，以此来实现单周期执行。自动程序梯形图见附录1。

6.5 自动回原点程序设计

自动回原点程序用起保停电路设计。在此工作方式下，I2.1为ON，按下启动按钮I2.6后，机械手可能处于三种情况下，应分别处理。

Q0.1为0状态，即机械手处于松开状态，应直接返回原点应进入上升步M1.4或左行

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步M1.5；若Q0.1为1状态同时机械手在最右边此时说明应执行下降步M1.2,；若Q0.1为1状态同时机械手不在最右边，应将工件先送到B点，再返回原点，进入步M1.0。

返回原点后，原点条件满足，公用程序中的原点条件标志M0.5为ON，此时I2.1为ON，M0.0在公用程序中置位，为进入自动工作方式作好准备。因此可以认为自动程序中的初始步M0.0是步M1.5的后续步。自动回原点程序见附录2。心得体会

可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。

因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。

参考文献

《可编程控制器原理与应用》 主编：周惠文 电子工业出版社 北京，2007.8 《可编程控制器原理与应用》 主编：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作实训（三菱）》 主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9 《PLC应用技术》 主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4

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附录1 自动程序梯形图：

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附录2 自动回原点程序梯形图：

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篇2：plc机械手毕业设计1

XX办学点毕业论文

课题名称：PLC控制机械手设计

专 业： 班 级： 学 籍 号： 学生姓名： 导师姓名： 提交日期：

PLC控制机械手设计

（姓名）

摘 要：机械手是能够模仿人手动作，并按设定程序、轨迹和要求代替人手抓（吸）取、搬运工件或工具或进行操作的自动化装置，它能部分的代替人的手工劳动。较高级型式的机械手，还能模拟人的手臂动作，完成较复杂的作业。在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大地改善了工人的劳动条件，显著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。在我国，工业机械手近年来有较快的发展，投入了大量的人力物力加以研究和应用，并且很好的效果。本课题主要研究的问题是“近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动式”。设计包括两大方面，其中之一是自动行走部分，另一部分为手臂的运转。采用同一驱动能源--气泵。行走部分可以采用气压马达带动两轮转动。气压泵固定在某处，用一根软管将泵与马达相连，马达安装在行走装置中。运动手臂的直线运动用气缸来实现，旋转运动用气压马达来实现。行走的时候手臂不动，手臂运动的时候，行走部分停止运动。关键词：机械手，气压驱动，自动移动，气泵

随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

一、机械手组成

机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。

（一）执行机构

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。

1、手部：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。

2、手腕：是联接手部和手臂的部件，其调整或改变工件方位的作用。

3、手臂：支承手腕和手部的部件，用以改变工件的空间位置。

4、立柱：是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。

5、行走机构：机械手为了完成远距离的操作和扩大使用范围，可以增设滚轮行走机构。滚轮式行走机构可分为有轨的或是无轨的两种。

6、机座：它是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于基座上，故起支承和联接的作用。

（二）驱动系统

机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动等四种形式。

1、液压传动：是以油液的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然有的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。

2、气压传动：是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性差，而且气源压力较低，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

3、机械传动：即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动。其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。

4、电力传动：即由特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。

（三）控制系统

有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

（四）位置检测装置

控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。

二、设计内容

这里介绍我将要做的近距离自动移动式机械手臂设计--气压驱动。

（一）气源系统

压缩空气是保证气动系统正常工作的动力源，空气压缩机是将动力机供给的机械能转换成气体压力能的一种能量转换装置。

（二）气动执行机构

气动执行机构由气缸和气动马达。气缸是利用压缩空气的压力能转换为机械能的一种能量转换装置。它可以输出力，驱动工作部分作直线往复运动或往复摆动。气缸可分为：单向作用式气缸和双作用式气缸。气动马达是把压缩空气的压力能转变为机械能的能量转换装置，其作用同于液压传动的油马达。它输出力矩，驱动机构作回转运动。

（三）空气控制阀

1、压力控制阀分为：调压阀、安全阀和顺序阀等。

2、流量控制阀是用来调节和控制压缩空气的流量、流速以改变执行机构的工作速度。流量控制阀主要有节流阀、单向截流阀和排气节流阀等。

3、方向控制阀是用来控制气流的方向、气路的通断，从而使执行机构的动作发生变化的气动原件。方向控制阀在整个气动元件中数量占有相当大的比例，并在气动系统中起着神经中枢的作用。

（四）气动基本回路

1、方向控制回路主要有：单作用气缸中间停止回路，双作用气缸换向回路，双作用气缸的活塞可在任意位置停止的回路，延时控制回路。

2、速度控制回路主要有：单作用气缸的速度控制回路，双作用气缸单向速度控制回路，双作用气缸双向速度控制回路，双作用气缸速回运动控制回路，双缸同步动作的速度控制回路，缓冲回路。

（五）其他部分

行走机构有：车轮式行走机构，履带式行走机构，步行式行走机构。

三、机械手的发展趋势

机械手目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按事先制订的程序完成操作，但普通不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，将引起零件甚至机械手本身的损坏。

为此，机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，设它拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化作相应的变更，如位置发生稍些偏差时即能更正，并自行检测。重点是研究视觉功能，将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。

参考文献

篇3：机械手PLC控制系统的设计

工业机械手(以下简称机械手)是近代自动控制领域中出现的一项新技术,已成为现代制造生产系统中的一个重要的组成部分。机械手的迅速发展是由于它具有积极作用正日益为人们所认识:其一,它能部分地代替人工操作;其二,它能按照生产工艺的要求,遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三,它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此,它能大大地改善工人的劳动条件,显著地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而,机械手受到各先进工业国家的重视,并投入了大量的人力物力加以研究和应用,尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。该技术在我国近几年来也有较快的发展,并取得一定的成果,受到各工业企业的重视[1]。但目前使用的机械手的电气控制系统一般采用继电器和开关元件组成的控制系统,不能实现较为复杂的逻辑控制和较多功能控制方式的选择,因而现场使用功能和控制方式单一,不能进行在线管理。

2 工艺顺序及控制要求[2]

图1是机械手机构示意图,其任务是将传送带A上的物品搬送至传送带B上。该机械手控制系统是由机械手装置和两条传送带以及光电检测开关三部分组成。该机械手控制系统要求控制系统具有手动和自动两种工作方式,设备在调试或出现故障时,可通过手动方式实现单步动作或调整设备到原始状态工作位置。

机械手是一种典型的顺序控制方式如图2所示,在机电设备和生产线中应用广泛。

2.1 控制要求

1)在传输带A端部安装了光电开关PS,用以检测物品的到来。当光电开关检测到物品时为ON状态。

2)机械手在原位时,按下启动按钮,系统起动,传送带A运转。当光电开关检测到物品后,传送带A停止传送。

3)传送带A停止后,机械手进行一次循环动作,把物品从传送带A上搬到传送带B(连续运转)上。

4)机械手返回原位后,自动再起动传送带A运转,进行下一个循环。

5)按下停止按钮后,应等到整个循环完成后,才能使机械手返回原位,停止工作。

6)机械手的上升/下降和左移/右移的执行机构均采用双线圈的二位电磁阀驱动液压装置实现,每个线圈完成一个动作。

7)抓紧/放松由单线圈二位电磁阀驱动液压装置完成,线圈通电时执行抓紧动作,线圈断电时执行放松动作。

8)机械手的上升、下降、左移、右移动作均由极限开关控制。

9)抓紧动作由压力继电器控制。当抓紧时,压力继电器动合触点闭合;放松动作为时间控制(设为2s)。

3 机械手PLC控制系统的实现

根据工艺要求及控制需要,对I/O做如下分配:

3.1 输入端

启动/停止按钮:2点;用于位置控制的极限开关:4点;抓紧压力继电器触点:1点;用于检测有无工件的光电开关:1点;电动机热保护:2点;手动控制与自动控制转换开关:1点;手动控制按钮:5点;紧急处理按钮:1点;以上输入共计17点。

3.2 输出端

执行电磁阀工作:5点;3台电动机运行控制:3点;以上输出共计8点。

考虑到输入输出点数的备用余量,结合FX2N系列可编程序控制器型号的特点,本文介绍的机械手为某工厂的搬运装置,根据现场状况、控制要求、输入/输出的信号,选用三菱FX2N系列的FX2N-48MR可编程序控制器构成控制系统实现对机械手的控制[3]。

图3所示为机械手控制系统的FX2N-48MR的I/O接线图。

4 FX2N-48MR简介

PLC是可编程序控制器(Programmable Controller)的简称。PLC是一种数字运算的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。自从PLC在汽车装配生产线上的首次成功利用以来,PLC在多品种、小批量、高质量的生产设备中得到了广泛的应用,PLC控制已经成为工业控制的重要手段之一。FX2N系列可编程序控制器适用于普通的工业环境,具有很强的抗干扰能力和很高的可靠性,对工作电源没有特殊要求。FX2N系列PLC是超小型机,I/O点数最大可扩展到256点。它有内置8k B的RAM,使用存储卡盒后,最大容量可扩大到16k B。编程指令达327条。PLC运行时,对一条基本指令的处理时间只要0.08μs。它不仅能完成逻辑控制、顺序控制、模拟量控制、位置控制、高速计数等功能,还能做数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根以及浮点数运算、PID运算等更为复杂的数据处理。所以FX2N系列PLC具有容量大、运行速度快、指令功能完善等特点[4]。可见FX2N系列FX2N-48MR可编程序控制器能够满足控制要求。

4.1 元件的选择

控制系统元件如表1所示。

4.2 系统的程序框图

根据系统的控制要求绘出控制程序结构框图,如图4所示。

4.3 系统的顺序功能图

根据机械手的工作过程及其工艺要求,画出以下系统顺序功能图,如图5所示。

4.4 系统的梯形图[5]

根据机械手控制系统的顺序功能图编写出系统的梯形图,图6为系统的初始化程序(紧急处理程序),图7为系统的手动程序,图8为系统的自动程序,图9为系统程序的结构框图。

5 系统的可靠性设计及输出线路

本控制系统控制3台电动机工作的输出点由4个需要CJ10-20交流接触器和控制机械手工作的输出点由5个需要CJ10-10交流接触器作为执行元件。交流接触器CJ10-20的工作功率是9W,线圈吸持功率是22V·A,瞬间吸合功率是140V·A。交流接触器CJ10-10的工作功率是5W,线圈吸持功率是11V·A,瞬间吸合功率是65V·A[6]。FX2N-48MR为继电器输出型式,每一个输出点的感性负载最大为80V·A,因此不能直接驱动控制电动机运行的较大功率的交流接触器的执行元件。一般是采用小型中间继电器作为电流放大元件,其触点电流可以达到5A,再由小型中间继电器去驱动控制电动机运行的较大功率的交流接触器等执行元件。

可编程程序控制器(PLC)的可靠性极高,因此系统的可靠性主要取决于外部元器件的可靠性,也就是小型中间继电器的可靠性。因为可编程序控制器是采取扫描刷新的方式工作的,不停的输出控制机械手工作的命令,因此小型中间继电器处于频繁动作中,其触点在频繁动作过程中会发生毛损,从而使小型中间继电器产生故障,影响控制系统的可靠性。而双向可控硅通过触发电路可以频繁启动,可靠性极高。利用双向可控硅代替中间继电器工作提高了机械手控制系统的可靠性。

5.1 双向可控硅开关原理图[3]

图10是双向可控硅的等效图。有两个主电路极T1和T2,一个门极,因此第和第象限的伏安特性对原点对称。

其触发方式有4种:

1)触发方式Ⅰ+:T2接负,T1接正,加正门极电流;

2)触发方式Ⅰ-:T2接负,T1接正,加负门极电流;

3)触发方式Ⅲ+:T2接正,T1接负,加正门极电流;

4)触发方式Ⅲ-:T2接正,T1接负,加正门极电流。

根据双向可控硅的特性,需要主电路导通时采用过零触发,其导通,断开触发信号,在反向电压时,主电路关断,实现了开关功能。四种触发方式的灵敏度各不相同,一般是Ⅰ+>Ⅲ->Ⅰ->Ⅲ+,使用其开关特性,基本不要考虑触发方式的灵敏度。双向可控硅实现开关功能的原理图如图11所示。

当上述电路接上交流电源时,如果继电器触点KA闭合,双向可控硅正半周和负半周全能够导通,接触器可以得到交流信号,接触器动作;如果继电器触点KA断开,双向可控硅正好处于导通状态时,则继续导通,由于交流信号周期性换向,双向可控硅即关断,如果交流信号再换向,因为继电器触点KA断开,没有触发信号,双向可控硅不能导通,接触器就没有交流信号,接触器释放。控制继电器触点KA闭合和断开,就实现了主电路的通/断功能。

5.2 双向可控硅控制大功率负载电路

可编程序控制器的输出触点控制双向可控硅的门极,即实现了开关功能如图12所示。

选择KS10A的双向可控硅构成电路,该可控硅元件的额定通态电流为10A,足以驱动CJ10-20交流接触器,而其需要的门极出发电流≤100m A,也就是可编程序控制器输出触点的电流很小,可靠性大大提高。同时双向可控硅元件体积小、安装方便、外行美观,而且无触点、可靠性高、使用寿命长[3]。

一般情形下,双向可控硅应当需要保护电路。由于双向可控硅的额定通态电流较小,电路电压不是很高,可以不必添加保护电路。保护电路如果不完善,可能也是故障点。

6 结束语

采用可编程序控制器对机械手的控制系统进行控制,通过联机调试,系统运行可靠,降低了机械手控制系统的故障率,投入使用后,运行良好,值得推广。

参考文献

[1]张桂香,等.机电类专业毕业设计指南[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]胡学林.可编程控制器应用技术(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2005.

[3]黄伟.基于可编程序控制器磁选除铁机控制系统的设计[J].电气自动化,2007,29(6):32-33.

[4]吴启红.变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]陈立定,等.电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2004.

篇4：基于PLC控制的机械手设计

【摘 要】本设计采用PLC控制技术和气动技术，通过PLC控制器控制电磁阀的顺序开启，实现机械手的运动、控制工件的抓取和卸料，实现全自动生产。应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

【关键词】后定位器机械手；气动技术；机械结构；PLC控制

一、绪论

日照某公司冲压车间，现有一台xxx型冲床，专门用于生产后定位器部件。目前生产采用手工上料、手工压紧、冲压后半手工卸料。这种生产方式导致了该冲压件的生产质量很大程度上取决于操作人员的技术水平，且存在较大的安全隐患。

根据山东水利职业学院和该公司冲压车间合作，进行后定位器部件弯曲冲压冲床的自动上料技术改造。解决该冲床的，生产效率低，安全防护差，人员依赖强的缺点，实现设备的全自动，高效，安全运行的目的。

二、后定位器机械手系统的总体思路

（一）主要技术参数

后定位器机械手采用光机电气一体化技术，针对后定位器部件弯曲组装工序进行的技术改造，实现工件毛坯的自动上料与卸料。通过调研现场冲压机床的安装布局，发现后定位器机械手的结构除满足冲床的工作行程外，还要满足现有的模具空间要求。

后定位器机械手的主要要求如下：

工件不允许被磁化。

工件表面不允许被划伤。

保证坯料被放到正确的冲压位置。

生产效率比目前的手工操作要高。平均19件/分，约为目前纯人工上料操作的1.46倍。

运行安全可靠，能耗低，噪音小，绿色无污染。

实现后定位器机械手的自动控制。

（二）后定位器机械手系统整体框架

后定位器机械手主要由控制系统，驱动系统，执行机构和检测装置四大部分构成。其中，执行机构分别是完成工件上料、送料、卸料的带有接料盒的气动导轨、气动真空吸附机械手、提升板和推板。本设计是由气压来进行驱动。控制系统是以PLC为核心的控制器。控制系统采用闭环控制系统，保证了系统的精度。

综上所述，机械手控制系统整体框图1如下：

（三）后定位器机械手系统总体设计

当安装在冲床上的凸模开始向上运动做返回行程时，上料装置的气动吸盘迅速从带有送料板的气动导轨上吸取坯料，然后气动装置，沿双向导轨快速运动，通过行程开关使坯料能够准确到达冲床模具的冲压位置。吸盘将坯料放到冲压模具的凹模上时，通过六个定位销进一步定位，并且，吸盘运动到使坯料接触凹模上表面后才松开坯料，这样保证了坯料能够放平，准确地定位。在坯料到达模具冲压位置之前，安装在送料装置前端的卸料装置已将上一个已加工好的工件推到卸料槽内，工件靠重力滑落到工件箱内，自行完成卸料。

系统的主要特点如下：

1.采用无损、无磁化的柔性多功能真空吸盘抓料手；

2.采用双轨导向、重力落料的自动定位贮料装置；

3.采用高精度的双导轨导向机构，确保取料、送料和放料的精度；

4.通过取料板上的特制模腔与贮料装置的准确配合，实现料片的连续、准确、单一的提取。

5.系统具有自动检测料片有无报警装置，并且可以实现准确定位。

（四）后定位器机械手系统组成

后定位器机械手主要由机械机构与控制系统两大部分组成，如图2所示。机械机构主要包括取料装置与卸料装置，如图3所示。控制系统采用PLC技术，通过自动控制装置，使各种装置按照一定的顺序和时间间隔发生动作。控制送料的时间与冲压行程之间的满足规定的协调关系，保证一定的生产率和运动时间的准确性，不允许有超前或迟滞现象。

1.上料机构设计方案

后定位器机械手的送料机构主要由取料装置与送料装置组成。其中，取料机构用来完成坯料的单一提取，送料装置完成坯料的吸取、坯料的输送与定位工作。取料装置完成每次从坯料盒中自动取下一件坯料，并通过导轨传动和行程开关的作用，将坯料停放在吸盘的工作位置。然后送料过程开始，通过送料装置，将坯料准确输送到冲压工作位置，为冲做好准备。如图4所示。

2.取料装置设计方案

取料装置，主要由气动装置、坯料盒（贮料装置）、接料盘、导轨、限位装置等部分组成。通过取料装置把料片送到周转工位。

由于料片的不规则，最终确定了取料装置的机械设计。它主要由坯料盒（贮料装置）和带接料盘的取料板两部分组成。

三、PLC控制器的设计原则及其选型

（一）PLC的型号确定

本文中机械手控制系统选用的是S7—200系列中的CPU224的型号。该型号PLC集成的数字量输入/输出为14入10出共24个数字量I/O点，可以很好的满足本设计控制系统中的11个输入9个输出共20个数字量的要求。

（二）PLC控制器的I/O点分配

根据机械手动作流程分析及PLC的I/O点数，可以确定电气控制系统的I/O点分配，根据I/O点分配表可以画出PLC的外部接线图如图6所示。

（三）后定位器机械手控制程序设计

1.控制流程图设计

采用PLC对机械手进行控制，首先要明确机械手的工作要求和运动规律，当机械手的动作流程发生改变时，只需要改变PLC程序即可实现。按照机械手的控制要求，合理画出机械手的运动流程。设定取料板到达坯料盒下方的位置（进行取料的位置）为取料终止位、取料板到达上料手取料的位置为取料初始位、上料手要进行下降吸料的位置为上料初始位、上料手要进行下降放料的位置为上料终止位、上料手上升停止的位置为上限位、上料手下降停止的位置为下限位，后定位器机械手控制主流程图如图7所示。

2.PLC程序设计

后定位器机械手控制系统的主程序设计如图8所示，其中包括取料板取料复位子程序，上料手复位子程序，上料手送料子程序。

四、結论

本文综合利用光机电气数一体化技术，采用数字化软件及虚拟样机设计技术和PLC控制技术，完成了后定位器机械手系统的设计与研发。设计开发的后定位器机械手系统具有技术含量高，制造成本低，设备的附加成本低，安全、节能、环保等优点。通过后定位器机械手的现场安装调试，无需对现有的车间设备布局进行调整，无需对现有的冲压机床设备进行结构改变，提高了生产率，实现了冲压生产的自动化水平，提高了定位精度，降低了企业制造成本。

参考文献：

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[6]张应金.PLC在机械手搬运控制系统中的应用[J].自动化博览，2008，2.

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[8]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器[M].北京：机械工业出版社，2004.170～226.

作者简介：

尹盛莲（1979-）女、四川广安人、硕士研究生、讲师、山东水利职业学院、主要从事机电类教学工作。

篇5：plc机械手毕业设计1

第四章 程序设计

4.1 编程软件简介

STEP 7-Micro/WIN是西门子公司为S7-200系列PLC的开发而设计的，是基于Windows操作系统的应用软件，其功能非常强大，操作方便，使用简单，容易学习。软件支持中文界面。其基本功能是创建、编辑和修改用户程序以及编译、调试、运行和实时监控用户程序。运行STEP 7-Micro/WIN软件，看到的是英文界面。如果想切换为中文环境，执行菜单命令Tools”→“Options”，点击出现的对话框左边的“General”图标，在“General”选项卡中，选择语言为“Chinese”，单击“OK”按钮后，软件将退出。退出后，再次启动该软件，界面和帮助文件均变为中文，在开始程序设计前必须对PLC进行通信连接，的那个PLC通信连接后在开始运行或者修改程序，在PLC程序梯形图中，程序被分成称为“网络”的一些段。一个网络是触点、线圈和功能框的有序排列。能流只能从左向右流动，网络中不能有断路、开路和反方向的能流。书写Plc程序的方法为在LAD编辑器中，它有4种输入程序指令的方法：鼠标拖放、鼠标单击、工具栏按钮、特殊功能键（如F4、F6、F9等）LAD程序使用线段连接各个元件，可以使用工具栏上的“向下线”、“向上线”、“向左线”、“向右线”等连线按钮，或者用键盘上的Ctrl+上、下、左、右箭头键进行编辑。STEP 7-Micro/WIN软件支持常用编辑软件所具备的插入和删除功能。通过键盘或者菜单命令可以方便地插入和删除一行、一列、一个网络、一个子程序或者中断程序，在编辑区右键单击要进行操作的位置，弹出快捷菜单，选择“插入”或“删除”选项，在弹出的子菜单中单击要插入或删除的项。子菜单中的“竖直”用来插入和删除垂直的并联线段。可以用“编辑”菜单中的命令进行以上相同的操作。按键盘上的Delete键可以删除光标所在位置的元件。在编写程序完成后，必须对程序进行编译，当程序编译无误后才能下载至PLC运行，4.2 程序总体设计

由于设计中机械手运动方式有5种模式，分别是手动、自动回原点、连续、单周期、单步5种工作方式，且必须保证在每种模式工作下相互之间互不干扰，为了减少PLC的输入点，使程序简单明了，采用主程序OBI加子程序模块的编写方式，由于每种程序运行前都有一些必要的前期准备工作，例如在单步、单周期、连续工作时必须保证

第四章 程序设计

机械手处于原点位置，而在每种模式下工作机械手都有运送工件的操作，所以可将每种模式下工作的程序中都应具备的条件作为公用程序，为各种工作模式做前期准备工作，而公用程序是无条件执行的，即当下载并运行程序后PLC程序后自动扫描并运行公用程序，为子程序的运行做准备，设计中机械手有5种工作方式，而其中的单周期和连续工作方式所用的顺序功能图是同一个，其去呗仅仅是单周期只是允许机械手运行一次，而连续模式则是要求机械手连续不断的运行，所以可以将单周期和连续工作作为一个单独的子程序编写；手动工作方式是为便于对机械手的检修而设计的，其操作并不存在必然的逻辑连续，即步与步之间的操作互不影响，所以用一个单独的子程序表达即可，而自动回原点程序是为其他各种工作方式做准备的，为了保证程序的运行稳定，在该模式下工作时，机械手无论处于任何位置都将自动返回原点，其步与步之间存在一定的逻辑关系，可以用一个单独的子程序编写；单步工作方式是主要是为了调试机械手运动是否稳定可靠而设计的，虽然其运动过程和单周期、连续工作的过程一样，但在操作上存在一定的区别，单周期和连续式要求系统在按下启动按钮后程序将自动进行步与步之间的转换，而单步工作方式是按下一次启动按钮系统将向前进行一步并停止，若要继续下一步的操作，必须在按一次启动按钮，为了不和连续单周期的程序发生冲突，所以将单独为单步程序编写一个子程序，且其位存储器也区别单周期和连续工作方式，目的是为了保证程序能稳定运行。

4.3 程序主体部分

4.3.1主程序OBI 语句表 LD SM0.0 CALL 公用:SBR0 LD SA1:I2.0 CALL 手动:SBR1 LD SA2:I2.1 CALL 自动回原点:SBR3 LD SA5:I2.4 O SA4:I2.3 CALL 自动程序:SBR2 LD SA3:I2.2

第四章 程序设计

CALL 单步:SBR4 以上指令为主程序块指令，在主程序块中，可以选择相应的输入点来选择工作模式，每次只能选择一种对应的工作模式，当选择了对应的模式后，程序将自动调用相应子程序并运行，例如,当选择了手动或者回原点程序后，系统将自动调用手动子程序或者回原点子程序，但不可以同时选择两种工作模式，因为机械手不可能同时在两种模式下工作，例如，的那个机械手选择了连续工作后，若此时在选择回原点，机械手将无法判断是进行连续操作还是回到原点位置。4.3.2 公用程序语句表 LD SQ4:I0.4 原点条件 A SQ2:I0.2 AN Q0.1 S M0.5, 1 = Q0.5 LD SM0.1 初始状态 O SA1:I2.0 O SA2:I2.1 LPS A M0.5 S M0.0, 1 LPP AN M0.5 R M0.0, 1 LD SA1:I2.0 复位非初始步 O SA2:I2.1 R M2.0, 8 LD M2.0 复位原点标志 R M0.5, 1 以上为公用程序指令，公用程序是无条件执行的，它用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同工作方式之间的相互切换处理，程序中当做限位开关I0.4好上 17

第四章 程序设计

限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点的串联电路接通时，原点条件M0.5为ON，此时原位型号指示灯Q0.5接通，在开始执行用户程序SM0.1为ON时，系统处于手动状态或自动回原点状态，初始步对应的M0.0将被置位，未进入单步、单周期、连续工作方式做准备，若此时M0.2为OFF状态，初始步为不活动步，即使此时按下启动按钮也不能进行单步、单周期、连续工作的操作。4.3.3手动程序语句表 LD I1.2 夹紧 S Q0.1, 1 LD SQ3:I0.3 松开 O SQ4:I0.4 LPS A I0.7 R Q0.1, 1 LRD 上升 A I0.5 AN SQ2:I0.2 AN Q0.0 = Q0.2 LPP 下降 A I1.0 AN SQ1:I0.1 AN Q0.2 = Q0.0 LD I0.6 左行 AN SQ4:I0.4 A SQ2:I0.2 AN Q0.3 = Q0.4 LD I1.1 右行 18

第四章 程序设计

AN SQ3:I0.3 A SQ2:I0.2 AN Q0.4 = Q0.3 以上是手动程序的指令，启动程序并按下手动操作按钮I2.0时接通手动子程序，为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了必要的连锁，设置上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，以防止功能相反地来年各个输出同时为ON，即当机械手左行时一定不可能进行右行，当机械手下降过程中，输出上升Q0.2一定为OFF状态。指令中的限位开关I0.1/I0.2/I0.3/I0.4的常闭触点是用来限制机械手的移动范围，即当机械手碰到限位开关时，相应的电磁阀断电机械化手停止运行，限位开关可以防止意外的发生，而上限位开关I0.2的常开触点与控制左、右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，只有当机械手上升到最高位置时才能左右移动，此设置可以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞发生损坏，而只有当机械手在做左边或者最右边时才允许执行上升、下降和松开工件的操作，在手动模式下，当按下I1.1时，机械手局执行夹紧操作，输出Q0.1并被置位，当按下I0.3时Q0.1被复位，此时PLC没有输出，按下I0.5和I0.4是机械手上升，按下I0.4和I1.0时，机械手下降，同时按下I0.6和I0.2时机械手左行,同时按下I1.1和I0.2时机械手右行，这既是机械手在手动状态下的全部操作。4.3.4 自动程序语句表 LD SA5:I2.4 O I2.6 O SA4:I2.3 AN I1.7 = M0.6 转换允许 LD SQ4:I0.4 A SA4:I2.3 O M0.5 A M0.6 O M0.0 19

第四章 程序设计

AN I1.7 AN M3.1 = M0.0 初始步 LD M4.0 A SQ4:I0.4 A SA5:I2.4 LD M0.0 A I2.6 OLD A M0.6 O M3.1 AN I1.7 AN M3.2 = M3.1 R M0.5, 1 LD M3.1 A SQ1:I0.1 A M0.6 O M3.2 AN I1.7 AN M3.3 = M3.2 LD M3.2 A T37 O M3.3 A M0.6 AN I1.7 AN M3.4 = M3.3

下降 夹紧 上升

第四章 程序设计

LD M3.3 A SQ2:I0.2 A M0.6 O M3.4 AN I1.7 AN M3.5 = M3.4 LD M3.4 A SQ3:I0.3 A M0.6 O M3.5 AN I1.7 AN M3.6 = M3.5 LD M3.5 A SQ1:I0.1 A M0.6 O M3.6 AN I1.7 AN M3.7 = M3.6 LD M3.6 A T38 A M0.6 O M3.7 AN I1.7 AN M4.0 = M3.7 LD M3.7

右行 下降 松开 松开 21

第四章 程序设计

A SQ2:I0.2 A M0.6 O M4.0 AN M3.1 AN I1.7 AN M0.0 = M4.0 LD M3.1 O M3.5 AN SQ1:I0.1 = Q0.0 LD M3.2 S Q0.1, 1 TON T37, 20 T37LD M3.6 R Q0.1, 1 TON T38, 20 T38LD M3.3 O M3.7 AN SQ2:I0.2 = Q0.2 LD M3.4 AN SQ3:I0.3 = Q0.3 LD M4.0 AN SQ4:I0.4 = Q0.4 LD M0.0 = Q0.5

左行 夹紧置位 计时器 计时器 上升 右行 左行 原位指示灯22

第四章 程序设计

以上用起保停电路编写的自动程序指令，当启动系统是，按下I2.4时将接通自动程序子程序，指令中的M0.6的常开触点接在每一个控制代表步得存储器位的启动电路中，当它们断开时将禁止步与步之间的活动状态转换，单周期与连续的工作方式相似，下面具体介绍两者的工作的过程，当启动系统并进入连续工作模式，即按下I2.4后，系统进入连续工作状态，此时步与步之间的转换标志M0.6被接通，系统扫描时首先执行公用程序，M0.0被置位，当扫描自动程序时，按下启动按钮I2.6后系统进入M3.1步，此时机械手开始运行离开原点位置开始下降，输出为Q0.0，此时原点标志N0.5被复位，当机械手碰到下限为开关I0.1时是停止运行，此时线圈M2.1接通，机械手执行抓紧工件的操作，Q0.1被置位，输出为0.1，此时并接通T37计时器延时2秒保证能安全稳定的抓取工件，当延时结束时接通线圈M3.2，机械手开始上升，输出为Q0.1、Q0.2，当机械手碰到上限位开关I0.2时停止运行，此时接通线圈MM3.3，机械手开始右行，其输出为Q0.1、Q0.3，当机械手右行到位碰到右限位开关时停止运行，此时接通线圈M3.4，机械手继续夹紧工件执行下降操作，输出为Q0.1、Q0.0，当机械手碰到下限位开关I0.1时，线圈M3.5得电，此时Q0.1被复位，机械手执行松开工件的操作，接通计时器T38并延时2秒，保证完全放开工件，计时结束后，接通线圈M3.6，此时机械手开始上升，输出为Q0.2，当上升到位时碰到上限位开关I0.2，机械手停止上升，并接通线圈M3.7，机械手开始左行返回原点，当机械手碰到左限制为开关时停止，此时机械手完成一个周期的运行，由于我们选择的连续运行模式，机械手在左移过程中碰到上限位开关的同时接通了线圈M4.0，此时M4.0步将转换到M.1步并接通线圈M3.1，如此循环往复的进行下去，机械手就达到了连续操作的目的，若此时我们选择的是单周期操作。即启动系统是我们按下的按钮为I2.3，当系统进行到最后一步是接接通线圈M4.0后。I2.4为OFF状态，系统将不能进入M3.1步，而转入M0.0步的初始状态由于没有碰到左限位开关断电也不能运行M0.0步，这样既可以达到单周期运行的目的。

4.3.5 自动回原点语句表

LD I1.2 S Q0.1, 1 LD I2.6 A Q0.1

第四章 程序设计

AN SQ3:I0.3 O M1.0 AN I1.7 AN M1.1 = M1.0 上升 LD M1.0 A SQ2:I0.2 O M1.1 AN I1.7 AN M1.2 = M1.1 = Q0.3 LD I2.6 A SQ3:I0.3 A Q0.1 LD M1.1 A SQ3:I0.3 OLD O M1.2 AN I1.7 AN M1.3 = M1.2 = Q0.0 LD M1.0 O M1.4 = Q0.2 LD M1.2 AN I1.7 A SQ1:I0.1

右行 下降 上升 24

第四章 程序设计

O M1.3 AN I1.7 AN M1.4 = M1.3 R Q0.1, 1 夹紧复位 TON T39, 20 LD I2.6 AN Q0.1 LD M1.3 A T39 OLD O M1.4 AN I1.7 AN M1.5 = M1.4 上升 LD M1.4 A SQ2:I0.2 O M1.5 AN I1.7 AN SQ4:I0.4 = M1.5 = Q0.4 左行

以上指令为自动回原点程序的语句表，当我们在主程序中选择了自动回原点工作模式后即按下I2.1后，机械手自动返回原点，该程序的设计思路是让那个机械手能在任何位置和状态下按下自动回原点按钮后能自动返回原点，若子啊运行中出现特殊问题时，可通过停止按钮I1.7停止机械手的运行，介于机械手在工作过程中可能停留在任何位置，所以我们根据机械手当时所处的状态和位置将其分为三种情况进行处理，并将其编写在同一字程序中，当机械手夹紧装置松开时即Q0.0为0状态，因为机械手是按照工作流程一步一步进行操作的，此时机械手没有夹持工件，只可能处于

第四章 程序设计

上升状态和左行状态，可直接返回原点，当我们选择了自动回原点工作方式按下启动按钮I2.6后应进入程序中的M1.4步，此时的转换条件为I2.6 Q0.1，如果此时机械手已经在最上面，上限位开关I0.2为1状态，在进入上升步后，因为转换条件已经满足，将马上转到左行步返回原点，此为第一种情况，第二种情况是当机械手处于夹紧状态，且机械手在最右边时，此时夹紧装置Q0.1和右限位开关I0.3均处于1状态，而此时应将工件放下后才能返回原点位置，按下启动按钮I2.6后，机械手转入下降步M1.2，转换条件为I2.6.Q0.1.I0.3，首先执行下降和松开操作，将工件放下后，机械手即返回原点，这是第二种情况，最后一种情况是当机械手装置处于夹紧状态，但机械手不在最右边时，此时夹紧输出Q0.1为1状态，右限位开关I0.3为0状态，当按下启动按钮后应进入步M1.0，此时转换条件为I2.6.Q0.1.I0.3 ,机械手进入步M1.0后将按顺序执行一个此工件的搬运工作后返回原点，即执行上升、右行、下降、松开、上升、左行返回原点。这既是机械手可能存在的位置情况划分，当机械手返回原点后公用程序中的原点条件标志M0.5和原位指示灯Q0.5应为1状态，当系统处于原点位置时即可以进行自动程序的运行。4.3.6 单步程序语句表 LD SM0.0 O M3.0 A I2.6 A SA3:I2.2 A M0.5 A M0.0 O M2.0 AN I1.7 AN M2.1 = M2.0 启动 LD M2.0 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 26

第四章 程序设计

O M2.1 AN I1.7 AN M2.2 = M2.1 下降 LD M2.1 A SA3:I2.2 A I2.6 A T37 O M2.2 AN I1.7 AN M2.3 = M2.2 LD M2.2 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ2:I0.2 O M2.3 AN I1.7 AN M2.4 = M2.3 LD M2.3 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ3:I0.3 O M2.4 AN I1.7 AN M2.5 = M2.4 LD M2.4

夹紧 上升 右行27

第四章 程序设计

A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 O M2.5 AN I1.7 AN M2.6 = M2.5 LD M2.5 A SA3:I2.2 A I2.6 A T38 O M2.6 AN I1.7 AN M2.7 = M2.6 LD M2.6 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ2:I0.2 O M2.7 AN I1.7 AN M3.0 = M2.7 LD M2.7 A SQ4:I0.4 O M3.0 AN M2.0 AN I1.7 = M3.0

下降 松开 上升 28

第四章 程序设计

S M0.5, 1 左行 LD M2.0 O M2.4 AN SQ1:I0.1 = Q0.0 = Q0.5 夹紧置位 LD M2.1 S Q0.1, 1 TON T37, 20 夹紧 T37计时器计时 LD M2.5 R Q0.1, 1 TON T38, 20 松开 T38计时器计时 LD M2.2 O M2.6 AN SQ2:I0.2 = Q0.2 上升 LD M2.3 AN SQ3:I0.3 = Q0.3 右行 LD M2.7 AN SQ4:I0.4 = Q0.4 左行

以上语句表为单步程序的子程序语句，在设计此程序是因为其实现的功能和单周期操作一样，但单周期实现的为连续的操作，中间没有间断不需要人为的干扰便可自动运行，而单步工作是一步一步进行，且每一步的进行都需要人工启动，主要是为了调试机械手而设计的操作，为了不和自动程序发生冲突，为单步工作方式单独编写独立的子程序，并采用区别于自动程序的位存储器M2.0到M3.0。当在主程序中选择了单步工作方式后，即按下单步工作按钮I2.2后即开始运行单步程序，因为单步状态必须送原电位置开始启动运行，左移此时系统扫描会先无条件执行公用程序，此时若机

第四章 程序设计

械手手处于原点状态，则原点标志M0.5和原位信号指示灯Q0.5将为1状态，此时我们按下启动按钮I2.6后便接通M2.0步，此时机械手开始下降，当碰到下限位限位开关I0.1时停止运动，但并不马上转到下一步的操作，此时必须人为的按下启动按钮I2.6后才可接通M2.1步，此时机械手执行夹紧操作，若此时正在调试机械手的运行情况，便可观察到机械手在夹紧工件的过程中是否能在规定的2S时间内完成夹紧操作，若未能完成夹紧操作造成工件掉落，说明程序设计中给定的时间太短，又或者机械手夹取装置防滑性能不好，便可找出原因对机械手程序进行修改或者对夹取装置进行改进，当在按下启动按钮I2.6后机械手夹紧工件开始向上运行，的那个碰到上限位开关I0.2后停止运行，在此过程中我们可以检查机械手的上限位和下限位限位开关、上升电磁阀和下降电磁阀是否正常工作，若为正常工作，机械手将不会停止，若此时发生故障不能停止，可通过停止按钮I1.7强行停止机械手的运行，然后找出问题所在，机械手的单步工作程序的工作流程和单周期、连续操作一样，区别在于其使用上，单周期和连续式为生产加工工件而设计，而单步是为检修机械手而设计，在通过一次次按启动按钮的过程中观察机械手的运动情况和稳定性，来检修设备。4.3.7 PLC程序调试模拟调试

PLC程序模拟调试是使用S7-200仿真软件对已编好的机械手运动控制程序进行调试，在调试程序时需对仿真软件进行CPU模块配置，本次调试中我们选择CPU226模块进行调试，然后将PLC程序用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件导出功能将机械手运动程序保存为仿真软件所支持*awl文件格式，然后将*awl文件加载到使用仿真软件中并下载，即可以开始调试程序，调试时，可用鼠标点击CPU模块下的开关面板上面的黑色部分，的那个开关向上是，触点闭合，对应的输入点变为绿色，但开关向下时，即出点断开，输入点变为灰色，在运行程序后，可通过观察输入点的颜色变化来检查程序是否正确，本次仿真实验的截图如下图4-1所示: 30

第四章 程序设计

图4-1 4.3.8 上机调试

上机调试是在实际的PLC编程器上对程序进行调试和修改，当在计算机上对PLC程序模拟调试完成后，还应实际在PLC上对程序进行调试，以保证程序的完整和正确，在调试进行前，应对PLC进行连线并检查PLC的各输入输出点是否正常工作，在确认PLC无任何输入输出点故障时，变可将写好的OLC程序通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件导入计算机，首先我们应对PLC进行通信调试，在通信前应将PLC调解至RUN模式，然后将V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件和PLC控制器连接起来，在计算机和PLC通信成功后，将PLC在软件中进行编译，在确认无错误后，将机械手运动控制程 31

第四章 程序设计

序下载至PLC，然后通过鼠标操作计算机中的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件，然后点击软件中的小三角符号，即开始运行程序，然后观察PLC的输出点是否和程序中的输出一致，由于在本次上机调试中，程序中的一些输入点为机械手的限位开关，在实际中是有机械手的运动通过物理方法启动，在上机调试过程中我们没有机械手进行相应的工作，只能由人工将相应的输入点按下，其实际效果和机械手按下一样，然后观察输入输出是否对应，在调试过程中我们可以通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件来辅助查看调试的结果，如程序出现错误，可以通过软件中的开始状态表监控、符号表、交叉引用表来检查程序中的错误点以便帮助我们修改程序。4.3.9 程序调试中遇到的问题

在本次程序调试中遇到的问题主要有，在对单步程序、单周期和连续程序进行调试时，在开始调试时三个程序是共用一个子程序即自动程序，由于三者的工作过程相近，所以在开始写程序时便将三个程序卸载一个子程序中运行，到哪子啊实际的上机调试过程中单周期和自动程序能够按照预定的要求运行，在运行单步程序时，却无法进行，经过对程序的检查分析后，是由于PLC程序中的一些软继电器和软元件位置在置位和无法自动复位，由于三种工作过方式共用一个子程序，也造成了一些位储器没有正常工作，由于多次的输入造成冲突，使程序无法正常运行，在几经调整后，决定单独为单步程序编写一个独立的子程序并使用了区别于单周期和连续的位存储器后，问题得到解决，单步程序和单周期、自动程序均可以正常运行，在其他的程序调试过程中，由于程序相对简单，未遇到问题，调试结果和预期结果一致。

篇6：基于plc机械手控制系统的设计

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。

可编程序控制器（PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。机械手

2.1 机械手介绍

Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

2.2机械手的分类

机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用 机械手有2~3个自由度。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。

2.3机械手的特点

机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：

1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。

3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

5.宇宙及海洋的开发。

6.军事工程及生物医学方面的研究和试验。

2.4 机械手的构成

机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1.执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2.传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制 机械手控制方式的选择

3.1 控制方式的分类

传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

(1)仅适合于简单的逻辑控制；

(2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；

(3)没有改动和优化的可能性。伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

(1)硬件上至少有一个微处理器；

(2)通过软件实现控制思想。

目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

(1)可编程序逻辑控制器（PLC）；

(2)工业控制计算机（IPC）；

(3)集散控制系统（DCS）。

3.2 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较及选型

1.各自技术发展的起源

计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2.相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

3.不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。

总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。

本章小结