第一篇：基于PLC的六軸機械手控制系統設計課程設計指導書

牡丹江師范學院 本科學生課程設計指導書

題

目 基于PLC的六軸機械手控制系統設計

班

級

2010工業電氣

指導教師

白

龍

牡丹江師范學院

2013 年5月30日 電氣控制與PLC課程設計指導書

課程名稱：基于PLC的六軸機械手控制系統設計 學時數：2周

學分數：3.5（本門課程）

開課院、系（部）、教研室：工學院 電氣工程及其自動化教研室 執筆人：白 龍 編寫時間：2014.5.30

一、設計目的

（1）掌握六軸機械手控制的工作時序和繼電器控制電路。（2）掌握經驗法設計梯形圖的一般方法。

二、設計任務

設計基于PLC的六軸機械手控制系統的繼電器控制電路和梯形圖。

三、基本內容與要求（1）設計I/O及內存表；（2）設計工作時序圖；（3）設計繼電器控制電路；（4）設計梯形圖。

四、設計資料及有關規定

1.設計過程可參考教材P317第九章。2.PLC采用歐姆龍公司的CP1H。

五、設計成果要求

設計論文

六、物資準備

1.到圖書館和相關網站查閱相關資料。2.到可編程控制器實驗室了解實驗設備。

七、主要圖式、表式

各繼電器控制電路和梯形圖要求用繪圖軟件畫出。

八、時間安排

2014.6.1 設計動員，發放設計任務書 2014.6.2-2014.6.3 查閱資料、擬定設計程序和進度計劃 2014.6.4-2014.6.10 確定設計方案、實驗、編寫設計說明書 2014.6.11-2014.6.13 完成設計，交指導教師審閱 2014.6.14 成績評定

九、考核內容與方式

考核的內容包括：學習態度；技術水平與實際能力；論文(計算書、圖紙)撰寫質量；創新性；采取審定與答辯相結合的方式，成績評定按百分制記分。

十、參考書目

1.謝克明，《可編程控制器原理與程序設計》，電子工業出版社。2.鐘肇新，《可編程控制器原理及應用》，華南理工大學出版社。3.王兆義，《可編程控制器教程》，機械工業出版社。

第二篇：基于plc機械手控制系統的設計

基于plc機械手控制系統的工程設計 課題背景及研究意義

機械手是工業自動化領域中經常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業自動化的發展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發展。機械手廣泛地應用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環境中，機械手由于其顯著的優點而受到特別重視?？傊?，機械手是提高勞動生產率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現工業生產自動化的一個重要手段。國內外都十分重視它的應用和發展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業環境下應用而設計的實時工業控制裝置。隨著微電子技術、自動控制技術和計算機通信技術的飛速發展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯網功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經成為工廠自動化的標準配置之一。

由于自動化可以節省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業領域中廣泛應用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產線上應用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設計的機械手就是通過PLC來實現自動化控制的。通過此次設計可以更進一步學習PLC的相關知識，了解世界先進水平，盡可能多的應用于實踐。

組態王是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域中有著廣泛的應用。本設計通過組態軟件對機械手進行監控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。機械手

2.1 機械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機械手的分類

機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用 機械手有2~3個自由度。

機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。

機械手是在機械化、自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高技術領域內迅速發展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

2.3機械手的特點

機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用，例如：

1.機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。

2.在裝配作業中應用廣泛，在電子行業中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調重復易子疲勞的工作環境工作，以代替人的勞動。

4.可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。

5.宇宙及海洋的開發。

6.軍事工程及生物醫學方面的研究和試驗。

2.4 機械手的構成

機械手簡述：機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執行機構、傳動系統、控制系統和輔助裝置組成。

1.執行機構 機械手的執行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。

2.傳動系統 執行機構的動作要由傳動系統來實現。常用機械手傳動系統分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統機械手控制系統的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統的控制，使執行機構按要求進行動作。動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制 機械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統的工業設備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業設備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優化的可能性。伴隨著工業自動化技術的迅速發展，我國工業領域的自動化已經基本實現了從繼電器控制到計算機控制的轉變，計算機控制方式具有以下兩個特點：

(1)硬件上至少有一個微處理器；

(2)通過軟件實現控制思想。

目前，工業自動化領域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業控制計算機（IPC）；

(3)集散控制系統（DCS）。

3.2 PLC與工業控制計算機（IPC）和集散控制系統（DCS）的比較及選型

1.各自技術發展的起源

計算機是為了滿足快速大量數據處理要求的設備。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業對象的控制占有優勢。

集散系統從工業自動化儀表控制系統發展到以工業控制計算機為中心的集散系統，所以其在模擬量處理、回路調節方面具有一定優勢，初期主要用在連續過程控制，側重回路調節功能。PLC是由繼電器邏輯系統發展而來，主要應用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統，側重于開關量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術、大規模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發展，PLC在技術和功能上發生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎上，增加了數值運算、閉環調節等功能，增加了模擬量和PID調節等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業控制計算機；通信能力的提高發展了多種局部總線和網絡(LAN)，因而也可構成為一個集散系統。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統中。PLC在過程控制的發展將是一智能變送器和現場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點 在微電子技術發展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業計算機、集散系統(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。

3.不同點由于PLC和計算機屬于兩類產品，經過幾十年的發展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區別仍然存在。

PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統自身或用計算機結構形成組態構成開發系統環境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機的區別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關量控制而言，PLC的性能優于STD工控機。

總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現場環境和經濟性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產品絕對差，只能說根據不同的環境選擇更適用的產品。

本章小結

本章主要介紹了機械手的來源、研究背景及研究意義，機械手的分類、特點。由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉的機械手類型。此機械手易于操作，性 能可靠。機械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機械手。

第三篇：plc機械手課程設計

課程設計說明書

目錄 引言.................................................................5 2 設計目的及主要內容...................................................6 2.1設計目的.......................................................4 2.2.主要內容.......................................................4 3 氣動機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及機械手的選擇和論證.............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC簡介...................................................6 4.1.2 PLC的結構及基本配置.......................................6 4.1.3 PLC的選擇及論證..........................................7 4.2機械手.........................................................7 4.2.1機械手簡介.................................................7 4.2.2機械手的選擇...............................................8 5 硬件電路設計及描述...................................................8 5.1操作方式.......................................................8 5.2 PLC的I/O分配接線.............................................9 6 軟件電路設計及描述..................................................10 6.1機械手的操作系統程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手動單步操作程序..............................................11 6.4自動操作程序..................................................12 6.5機械臂傳送系統梯形圖..........................................12 6.6指令語句表....................................................13 7 心得體會...........................................................15 參考文獻.............................................................16

課程設計說明書

1引 言

在現代工業中，生產過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續性生產過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。專用機床是大批量生產自動化的有效的辦法；控制機床、數控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現機械化。據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75%是小批量生產，金屬加工生產批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產時間的5%。從這里看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而生產的。并且在工業生產和其他領域內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現場惡劣的環境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。

可編程控制器是繼電器控制和計算機控制出上開發的產品，逐漸發展成以微器處理為核心把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業自動控制裝置。

機械手采用plc控制，具有可靠性高，改變程序靈活等優點。無論進行時間控制還是控制或混合控制，都可以通過設置plc的程序實現。可以根據機械手的動作順序改變程序，是機械手通用性更好。

采用氣壓傳動，動作迅速，反應靈敏，能實現過載保護，便于自動控制。工作環境適應性好。阻力損失和泄露減少。不會污染環境，造價低。

在彩電、冰箱等家用電器產品的裝配生產線上，在半導體芯片、印刷電路等各種電子產品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不

一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標位置氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業、半導體及家電行業、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業等。

課程設計說明書 設計目的及主要內容

2.1設計目的

1、培養plc設計能力；

2、擴展知識結構；

3、培養綜合運用能力；

4、是課堂教學的有益補充。通過本次課程設計，進一步加強自己對機械手和PLC的認識，以及它們在生活中廣泛應用。

2.2主要內容

1.正確選用機械手和PLC類 2.繪制I/O分配 3.設計梯形圖 4.指令語句 5.模擬調試 氣動機械手的操作要求及功能

3.1操作要求

氣動機械手的動作示意圖如圖1所示，氣動機械手的功能是將工件從A處移送到B處?？刂埔鬄椋?/p>

1、氣動機械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來實現，電磁閥線圈失電時能保持原來的狀態，必須驅動反向的線圈才能反向運動；

2、上升、下降的電磁閥線圈分別為Q0.0、Q0.2；右行、左行的電磁閥線圈為Q0.3、Q0.4；

3、機械手的夾鉗由單線圈電磁閥Q0.1來實現，線圈通電時夾緊工件，線圈斷電時松開工件；

4、機械手的夾鉗的松開、夾緊通過延1S實現；

5、機械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關I1.0、I0.5、I1.1、I0.6來實現；

課程設計說明書

3.2操作功能

機械手的操作面板如圖2所示。機械手能實現手動、回原位、單步、單周期和連續等五種工作方式。

1、手動工作方式時，用各按鈕的點動實現相應的動作；

2、連續工作方式時，機械手在原位，只要按下啟動安鈕，機械手就會連續循環工作，直到按下停止安鈕；

3、單步工作方式時，每按下一次啟動安鈕，機械手向前執行一步；

4、單周期工作方式時，每按下一次啟動安鈕，機械手只運行一個周期；

5、傳送工件時，機械手必須升到最高點才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時碰到其他工件；

6、出現緊急情況，按下緊急停車按鈕時，機械手停止所有的操作。

課程設計說明書 PLC及機械手的選擇和論證

4.1 PLC 4.1.1 PLC簡介

可編程控制器（簡稱PLC）：是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？梢灶A料：在工業控制領域中，PLC控制技術的應用必將形成世界潮流。

4.1.2 PLC的結構及基本配置

一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數又有若干規格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開

課程設計說明書

放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。

CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。

存儲器：可編程序控制器的存儲器分為系統程序存儲器和用戶程序存儲器。I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯系的。電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。

PLC 的外部設備：外部設備是PLC系統不可分割的一部分，它有四大類 1.編程設備2.監控設備3.存儲設備.4.輸入輸出設備.4.2 機械手

4.2.1機械手簡介

mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

機械手簡述:機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執行機構、傳動系統、控制系統和輔助裝置組成。

1．執行機構

機械手的執行機構，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉動作。支柱用來支撐手臂，也可以根據需要做成移動。

2．傳動系統

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執行機構的動作要由傳動系統來實現。常用機械手傳動系統分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統

機械手控制系統的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設置專用的控制系統，只采用行程開關、繼電器、控制閥及電路便可實現動傳動系統的控制，使執行機構按要求進行動作．動作復雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制。

4.2.2機械手選擇

由于機械手是在搬運中的應用，所以采用傳送帶加旋轉的機械手類型。此機械手易于操作，性能可靠。并且根據要求，我們設計的是氣動機械式。硬件電路設計及描述

5.1 操作方式

設備的操作方式一般可分為手動和自動兩大類，手動操作方式主要用于設備的調整，自動操作方式用于設備的自動運行。

手動操作方式------手動操作：用單個按鈕接通或斷開各自對應的負載。

自動操作方式------單步運行：每按一次啟動按鈕，設備前進一個工步。------單周期運行：在原點位置時，按下啟動按鈕設備自動運行一個周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設備停止運行；再按下啟動按鈕時，設備從斷點處繼續運行，直到原位停止。

-------連續運行：在原點位置按下啟動按鈕，設備按既定工序連續反復運行。中途按下停止按鈕，設備運行到原位停止。

5.2 PLC的I/O分配接線

I/O分配及接線圖I 軟件電路設計及描述

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6.1 主程序設計

主程序是整個程序的開始，系統讀取的時候一定從主程序開始，至于之后需執行哪個子程序，都在主程序中體現。SM0.0的常開觸點一直閉合，鏈接公用程序，公用程序是無條件執行的；在手動控制方式中，I2.0為ON時，其常開觸點閉合，執行“手動”子程序；在回原點控制方式中，I2.1為ON時，其常開觸點閉合，執行“回原點”子程序；在單步、單周期和連續控制方式中，I2.2、I2.3、I2.4并聯，其中任何一個為ON時，執行“自動”子程序。主程序梯形圖為：

圖2-1 主程序梯形圖

6.2 公用程序設計

公用程序用于處理各種工作方式都要執行的任務，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。左限位開關I0.4、上限位開關I0.2的常開觸點和表示機械手松開的Q0.1的常閉觸點串聯接通時，“原點條件”M0.5變為ON，機械手處于原點狀態，在開始執行用戶程序、系統處于手動或自動回原點狀態時，初始步對應的M0.0將被置位，為進入單步、單周期和連續工作方式作好準備。若M0.5為OFF狀態，M0.0被復位，初始步為不活動步，按下啟動按鈕也不能進入步M2.0，系統不能在單步、單周期和連續工作方式下工作。

當系統處于手動工作方式和回原點方式時，必須將單步、單周期以及連續工作方式程序中，除初始步以外的各步對應的存儲器位（M2.0~M2.7）復位，否則當系統從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動工作方式時，可能會出現同時有兩個活動部的異常情況，引起錯誤的動作。如果不是回原點方式，I2.1的常閉觸點閉合，代表回原點中的各步

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M1.0~M1.5復位。在非連續方式，I2.4的常閉觸點閉合，表示連續工作狀態的標志M0.7復位。公用程序梯形圖為：

圖2-2 公用程序梯形圖

6.3 手動程序設計

在手動程序中，為了保證系統安全運行，設置了上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖，防止功能相反的兩個輸出同時為ON；限位開關I1.2的常開觸點閉合使得輸出Q0.1置位得電，表示工件已夾緊；當左限位開關或右限位開關的常開觸點閉合同時限位開關I0.7常開觸點閉合時，輸出Q0.1復位失電，表示工件已松開；I0.1~I0.4的常閉觸點，限制機械手移動的范圍；上限位開關I0.2的常開觸點與控制左右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯，機械手升到最高位置才能左右移動，以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞；只允許機械手在最左邊或最右邊時上升、下降和松開工件。

手動程序梯形圖為：

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圖2-3 手動程序梯形圖

6．4 自動程序設計

自動程序（包括單步、單周期和連續）采用起保停電路控制。單周期、連續和單步工作方式主要用“連續”標志M0.7和“轉換允許”標志M0.6來區分，M0.0表示初始步，M2.0~M2.7分別表示下降、夾緊、上升、右行、下降，松開、上升、左行標志。當系統處于單步工作狀態時，I2.2常閉觸點斷開，只有在每按下一次啟動按鈕I2.6，M0.6才能得電一個掃描周期，程序執行一步，以此來實現單步執行，此時轉換不允許。當系統處于連續工作狀態時，M0.6始終得電，按下啟動按鈕I2.6后同時未按停止按鈕I2.7之前，“連續”標志M0.7始終得電，系統首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電，進而開始程序執行，由于M0.7始終得電，其常閉觸點斷開，使得程序執行完一個周期后不在進入初始步M0.0，而是直接進入M2.0，開始了下一個周期的執行，以此來實現連續執行。當系統處于單周期工作狀態時，M0.7不得電，M0.6得電，按下啟動按鈕I2.6后系統也是首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電，進而開始程序執行，由于M0.7不得電，其常閉觸點閉合，當程序執行完一個周期后，返回初始步M0.0，此時程序再要執行必須重新按下啟動按鈕I2.6，以此來實現單周期執行。自動程序梯形圖見附錄1。

6.5 自動回原點程序設計

自動回原點程序用起保停電路設計。在此工作方式下，I2.1為ON，按下啟動按鈕I2.6后，機械手可能處于三種情況下，應分別處理。

Q0.1為0狀態，即機械手處于松開狀態，應直接返回原點應進入上升步M1.4或左行

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步M1.5；若Q0.1為1狀態同時機械手在最右邊此時說明應執行下降步M1.2,；若Q0.1為1狀態同時機械手不在最右邊，應將工件先送到B點，再返回原點，進入步M1.0。

返回原點后，原點條件滿足，公用程序中的原點條件標志M0.5為ON，此時I2.1為ON，M0.0在公用程序中置位，為進入自動工作方式作好準備。因此可以認為自動程序中的初始步M0.0是步M1.5的后續步。自動回原點程序見附錄2。心得體會

可編程控制器課程設計是課程當中一個重要環節，通過了2周的課程設計使我對plc設計過程有進一步了解，對plc產品的有關的控制知識有了深刻的認識。

因為理論知識學的不牢固，在設計遇到了不少問題，通過理論與實際的結合，進一步提高觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養成為能夠主動適應社會主義現代化建設需要的高素質的復合型人才。運用學習成果，把理論運用于實際，使理論得以提升，形成創新思想。通過此次設計過程，鞏固了專業基礎知識，培養了我綜合應用可編程控制器設計課程及其他課程的理論知識和應用生產實際知識解決工程實際問題的能力，在設計的過程中還培養出了我們的團隊精神，為今后的學習和工作過程打下基礎。

參考文獻

《可編程控制器原理與應用》 主編：周惠文 電子工業出版社 北京，2007.8 《可編程控制器原理與應用》 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作實訓（三菱）》 主編：孫德勝 李偉 機械工業出版社 北京，2007.9 《PLC應用技術》 主編：馮新強 北京郵電大學出版社 北京，2009.4

課程設計說明書

附錄1 自動程序梯形圖：

課程設計說明書

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附錄2 自動回原點程序梯形圖：

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課程設計說明書

第四篇：PLC課程設計指導書_2016

課 程 設 計

指 導 書

東華大學信息學院自動化、電氣電子系

2016.8

第 1頁，共

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可編程控制系統設計與實踐

課程設計

一、PLC課程設計目的

（1）通過對實際的 PLC控制系統的編程訓練，提高分析問題、解決問題的能力；（2）熟悉工業生產中 PLC的應用和系統構成，了解 PLC控制的電路的設計方法。（3）通過本次課程設計增進實際動手能力的培養。

（4）用 PLC 實現物料分揀、液體混合、碼垛堆積、自動挑選放置及自動倉庫等模型的

三維虛擬模擬控制系統的程序設計，掌握編程的一般方法和技巧。

二、PLC課程設計要求

（1）理解實際系統的運動過程，分解動作過程使之容易編程。（2）列寫 PLC控制系統的 I/O配置。

（3）畫出硬件電路圖，實現 PLC與控制裝置的連線。（4）編寫梯形圖程序，完成系統的調試。（5）完成課程設計報告。

三、考核方法

（1）平時成績（2）報告成績（3）實考成績

四、報告內容

（1）課程設計的目的和要求（2）所設計系統的技術要求及示意圖（3）PLC控制系統原理圖（4）I/O配置表（5）程序清單（梯形圖）（6）總結體會 30% 30% 40%

第 2頁，共

22頁

PLC課程設計基礎實驗

實 驗 一

TIA Portal 的使用和基本程序編程及調試

一、實驗目的

1、掌握 TIA Portal 的基本使用技巧和方法

2、熟悉 TIA Portal 的基本命令

3、學會和掌握 TIA Portal 程序的調試方法

二、實驗設備

PC機一臺，裝有 TIA Portal編程軟件；西門子 PLC S7-300一臺； 各 PC機與 S7-300通過網絡電纜連接進行通信。詳見附錄A。

三、實驗內容

熟悉并練習TIA Portal的使用，用選定的編程語言編制、調試控制程序。TIA Portal 是西門子公司為其自動化控制設備 PLC 開發的一種可使用多種編程語言的 PLC開發環境，如附錄 B所示。1．PLC硬件配置：

根據所給實驗裝置，使用 TIA Portal對系統硬件進行配置。配置方法見本指導書附錄 B。2．實驗程序：

試用課堂上的梯形圖（LAD）實例，觀察程序運行結果，從中理解 LAD的編 程方法。

四.思考題

1．在 TIA Portal中為什么要對 PLC系統硬件進行配置？ 2．為什么要為用戶編制的控制程序命名？ 3．為用戶程序選擇循環周期的原則是什么？

4． TIA Portal為用戶提供多種編程語言有什么好處？

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實 驗 二

基礎實驗：系統輸入輸出控制

一、實驗目的

1．熟悉和掌握梯形圖（LAD）的基本使用技巧和方法 2．熟悉和掌握 TIA Portal的基本使用技巧和方法 3．學會和掌握 TIA Portal程序的調試方法

二、實驗設備

PC機一臺，裝有 TIA Portal編程軟件；西門子 PLC S7-300一臺； 各 PC機與 S7-300通過網絡電纜連接進行通信。詳見附錄 A。

三、實驗內容

熟悉并練習梯形圖（LAD）和 TIA Portal 的基本使用技巧和方法。TIA Portal 是西門子公司為其自動化控制設備 PLC開發的一種編程語言，如附錄 B所示。1．PLC硬件配置：

根據所給實驗裝置，使用 TIA Portal對系統硬件進行配置。配置方法見本指導書附錄 B。

2．實驗程序 1：

使用 LAD 編程語言，編制一段小控制程序，實現以下功能：利用實驗裝置 上的第一個模擬量旋鈕（電位器），來控制模擬量輸出，當旋轉該電位器時，第 一個模擬量輸出隨之變化，旋鈕逆時針旋到底時（模擬量輸入為最小值 0），要 求模擬量輸出為 0（光柱無顯示），當旋鈕順時針旋到底時（模擬量輸入為最大 值 32767），要求模擬量輸出為最大值（光柱全顯示）；同時，第二個模擬量輸出 的狀態正好與第一個模擬量輸出相反。

3．實驗程序 2：

使用 LAD編程語言，編制一段小控制程序，實現以下功能：利用實驗裝置上 的兩個開關，來控制模擬量輸出，當接通（合上）其中一個開關（另一個應處 于斷開狀態）時，第一個模擬量輸出從 0 開始隨時間逐漸增大，達到其最大值 后，再從 0 開始…，周而復始；當接通（合上）另一個開關時，第一個模擬量 輸出從 0 開始隨時間逐漸增大，達到其最大值后，再從 0 開始…，同時，第二

第 4 頁，共 22 頁

0后，再從其最大值開始…，周而復始。

四、思考題

1．在 少？ LAD中模擬量輸入的最大值和最小值是多2．在LAD中如何實現模擬量的賦值？

3．實驗中，模擬量輸出指示（LED光條）旁的指示燈正常時應為綠色，但為什么

有時會出現紅色？如何才能使該指示燈始終保持綠色？ 4． LAD語言中的數據類型之間如何進行相互轉換？

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課 程 設 計 內 容

一、機械手自動裝配系統

（一）系統示意圖

這一機械手自動裝配系統模擬了一個工件的自動裝配控制系統，目的是用兩種不同工件 組裝成一個套件。該系統由一個機械手（加工臂）、一個工件推桿、一個裝配轉盤和一個輸 出傳送帶等組成，如上圖所示。

其工作過程如下：一開始，機械手后退到其后限位，再前進至其工作位（0位），同時 轉盤轉動到裝配位置后停止；然后在轉盤的 2點位置放入組件，若轉盤的

0點位置上的傳感

器未檢測到有組件，則轉盤一直轉動，直至 0點位置檢測到有組件；然后工件檢測傳感器檢 測到有工件時，氣缸動作通過推桿將工件推到工作臺上；接著機械手下降；機械手到位后，其上的吸盤將工件吸?。粰C械手吸住工件后再上升到移動位置；機械手前進至裝配轉盤 0 點處的組件第一個孔（1位）上方；機械手下降，吸盤釋放，將工件放入組件的第一個孔里； 機械手再上升，并后退到其工作位，此時工作臺上工件傳感器檢測到有工件時，推桿氣缸動 作將工件推到工作臺上；接著機械手下降；機械手到位后，其上的吸盤將工件吸??；機械手 吸住工件后再上升到移動位置；機械手前進至裝配轉盤 0點處的組件第一個孔（2位）上方； 機械手下降，吸盤釋放，將工件放入組件的第二孔位；機械手再上升，并后退到其工作位??。裝配轉盤 0點處的組件上兩個孔位都裝上工件后，啟動裝配轉盤，使已完成裝配的組件轉動 到輸出傳送帶上方并自行落在輸出傳送帶，由輸出傳送帶送至下一工位??。如此，周而復 始自動運行。

（二）控制要求：

1.上電運行時，系統處于停止狀態。

第 6頁，共

22頁

2.緊停按鈕：任何時候按下后，立即停止（或關閉）所有動作部件，釋放后才可繼續運行。3.啟動按鈕可實現啟動控制：系統開始運行。

4.停止按鈕可實現停止控制：按下后，系統停止運行（正在裝配中的組件應裝配完成并送 至輸出傳送帶上后才停止）。

5.切換開關可實現手動/自動控制的切換：初始狀態為手動狀態。

6.手動運行狀態：按下各輸出按鈕（Y0～Y6）可分別控制圖中系統各部分的動作，按一下 動作，再按一下停止。（在無虛擬場景配合的情況下，此時可用 X0～X6作為相應輸出的 命令按鈕。）

7.自動運行狀態：此時系統作連續工作，其具體動作過程控制如下：當

檢測無

物體時系統不工作，當 1、2點檢測有物體而 0點檢測

有物體時，轉盤停轉→推桿動作（得電），延時 2秒時間后失電→加工臂前進到 吸

盤下壓（保持）延時 1秒時間后→吸盤吸合（保持）延時 延時

1秒時間后→吸盤釋放延時

1秒時間后→吸盤上升

0位→0、1、2點

0點檢測無物體時，轉盤旋轉。當

秒時間后→加工臂前進到 1位→吸盤下壓（保持）延時 1秒

時間后→吸盤上升延時 1秒時間后→加工臂后退到 秒時間后失

0位→推桿動作，延時

2注：1.為提高生產效率，自動運行時，機械手和裝配轉盤應同時工作并配合控

延時 1秒時間后→加工臂前進到 電→吸盤下壓（保持）延時 1秒時間后→吸盤吸合（保持）延時

1秒時間后→吸盤上升

制！

2位→吸盤下壓（保持）延時

1秒時間后→2.裝配轉盤的 2點處有一個組件箱，當組件箱中沒有組件時，系統應發出 吸盤釋放延

時 缺料報警；工作臺上工件傳感器若長時間未檢測到有工件，則表明缺工1秒時間后→吸盤上升延時

1秒時間后→加工臂后退到限位→轉盤旋轉→當 A點檢測 件，系統也應發出缺料報警。

到物體（轉盤旋轉判斷）啟動傳送帶 A，延時 5秒后傳送帶

A自停。3.機械手前進和后退是由同一電機正反轉實現，故這兩個動作必須互鎖！

（三）I/O配置

輸入：

X0 X1 X2 X3 啟動/停止按鈕 轉盤 0位有物檢測

轉盤 1位有物檢測

轉盤 2位有物檢測

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X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 加工臂后退到限位檢測 加工臂前進 0位檢測 加工臂前進 1位檢測 加工臂前進 2位檢測 傳送帶 A有物體檢測

手動/自動控制選擇開關 啟動按鈕 停止按鈕 復位按鈕 緊停按鈕

輸出：

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 轉盤旋轉 加工臂前進 加工臂后退 推桿動作 吸盤下壓 吸盤吸合 傳送帶 A運行

自動按鈕指示燈 復位按鈕指示燈

（四）設計要求

理解動作過程，列寫 I/O配置表，畫出硬件電路圖，編寫梯形圖程序，進 行系統調試。

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二、機械手搬運系統

（一）系統示意圖

該機械手搬運控制系統由一個四軸機械臂、一個抓手和兩條輸出傳送帶組成，如上圖所 示。

該系統工作過程如下（參照下圖）：在輸入傳送帶 1的A點檢測到來自上一工位的物料

后，機械手將該物料抓起，機械手通過轉盤旋轉一定角度，到達輸出傳送帶 2的上方，機械 手的抓手旋轉 900并下降后將該物料放置在輸出傳送帶 2送向

后續工位??，這樣周而復始。

2上（B點），由輸出傳送帶

（二）控制要求

1.上電運行時，系統處于停止狀態。

2.緊停按鈕：任何時候按下后，立即停止（或關閉）所有動作部件，釋放后才可繼續運行。

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3.啟動按鈕可實現啟動控制：系統開始運行。

4.停止按鈕可實現停止控制：按下后，系統在將當前物料放在輸出傳送帶 行。

2上后停止運5.切換開關可實現手動/自動控制的切換：初始狀態為手動狀態。

6.手動運行狀態：按下各輸出按鈕（Y0～Y7）可分別控制圖中系統各部分的動作，按一下 動作，再按一下停止。（在無虛擬場景配合的情況下，此時可用 X0～X7作為相應輸出的 命令按鈕。）

7.自動運行狀態：此時系統作連續工作，其具體工作過程控制如下：系統啟動且機械手在 初始位置時進入自動運行狀態，當 A點檢測到有物料時，機械手的工作過程為：機械手 前進到位→機械手下降到位→機械手夾緊延時 2秒時間后→機械手上升到位→機械手順 轉到位→機械手后退到位→轉盤順轉（計數 10個脈沖后）到位→機械手前進到位→機械 手下降到位→機械手放松延時 2秒時間后→機械手上升到位→機械手后退到位（同時啟 動傳送帶 2延時

2秒后自停）→機械手逆轉到位（轉盤逆轉到 制過程結束。

這樣周而復始，連續運行?? 下降、轉盤順轉/逆轉是由相應電機正反轉實現，注：機械手前進/后退、上升/

0位），一個控故相應電機的這兩個動作必須互鎖！

（三）I/O配置

輸入：

X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 手動/自動控制選擇開關 啟動按鈕 停止按鈕 復位按鈕 緊停按鈕

第

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10頁，共 A點物料檢測 轉盤 0位檢測

轉盤順轉脈沖輸入 機械手前進到位檢測 機械手后退到位檢測 機械手上升到位檢測 機械手下降到位檢測 機械手抓手順轉到位檢測 機械手抓手逆轉到位檢測

Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 轉盤順轉輸出控制 轉盤逆轉輸出控制 機械手前進輸出控制 機械手后退輸出控制 機械手上升輸出控制 機械手下降輸出控制 機械手順轉輸出控制 機械手逆轉輸出控制 機械手夾緊控制

Y9 傳送帶 2運行輸出控制

Y10系統運行指示

（四）設計要求

理解動作過程，列寫 I/O配置表，畫出硬件電路圖，編寫梯形圖程序，進行系統調試。

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11頁，共

附錄 A實驗設備簡介

東華大學信息學院“西門子公司與東華大學工業自動化聯合實驗室”（在建）

中西門子公司的 S7-300 PLC共有 35套，分為兩組，每組各自用 ProfiNet現 場總線相互連接（模擬工業控制網絡中的現場控制級）；每臺 PLC與工控操作站 之間用工業 Ethernet相互連接（模擬工業控制網絡中的企業生產管理級），整 個系統安置在一個實驗室中，實驗系統的網絡結構圖如圖 A-2所示。

每臺 S7-300 PLC旁都配有 1臺 PC機作為該

PLC的編程及監控設備（內

裝各種所需軟件）。每臺 S7-300 PLC下方還都配置相應的實驗裝置：16個扭子 開關（用于數字量的輸入）、2個電位器（用于模擬量的輸入）和 柱

（用于模擬量的輸出顯示）。每臺 indows7S7-300 PLC上均配置了

CPU模塊、數在每臺 PC機中已裝有 W操作系統，以及實驗所需的西門子

字、PLC 的編程軟件 TIA Portal（V13），用于對 PLC系統的配置編程及人機界面的組態 模擬量輸入輸出模塊，見圖 A-1。

設計監控，各臺 PC機分別與各自對應的 PLC之間通過工業 Ethernet接口相連 接。

2個

LED光圖 A-1單套

S7-300 PLC實驗系統結構圖

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12頁，共

A-2工業自動化實驗室系統網絡結構圖

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附錄B 西門子TIA Portal環境及其操作

一、TIA Portal簡介

TIA Portal是德國西門子公司推出的，基于

Windows平臺上的，支持用戶開發西 門子 PLC（可編程計算機控制器）應用程序的軟件包。TIA Portal集系統配置、程序編 制/編譯、調試/診斷、監控畫面配置為一體，使用戶開發、輸入、調試和修改應用控制 程序都極為方便。TIA Portal提供的 令表

IL 和高級編程語言：結構文本 SCL，順序功能圖 FBC等，用戶可選擇一種語言編程，必要 時，也可混合使用幾種語言來進行編程。

PLC編程語言非常豐富，有梯形圖

LAD，指

二、TIA Portal集成開發環境

TIA Portal的操作界面包含標題欄、菜單條、工具欄、硬件配置窗體、軟件配置窗 體、信息窗口和狀態行等，如下圖所示。

圖 B-1 TIA Portal桌面

圖中窗體分為三個部分。

左半部分是工程項目中用到的所有硬件的總覽，是關于硬件的配置。當選定左邊窗 口中的一個模塊時，右邊窗口中就會出現相應的硬件模塊信息與參數配置。

界面的下方是輸出顯示窗口及狀態欄。在運行程序后，該窗口可以給出關于程序的 一些輸出、調試、查找信息。狀態欄給出的是幫助、串口、在線/離線及控制器的類型、操作系統版本的相關信息。

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STEP 7 工程項目的建立及系統配置

通過點擊計算機桌面上的 TIA Portal 圖標或從“開始”菜單欄中選擇“TIA Portal V13”可以直接進入 TIA Portal環境。

第一次使用時將出現如下的畫面：

圖B-2 第一次進入畫面

點擊 “創建新項目”，進入新建項目的畫面：

圖B-3 新建項目

在此用戶可為項目命名，按“創建”后，將進入下一步的選擇窗口：

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B-4 組態設備等選擇

西門子的 TIA環境允許用戶在同一項目中配置使用多種自動化設備，用戶必須首先 在此選擇自己所使用的設備。首先，應組態 PLC系統，所以先點擊“組態設備”，如下：

圖B-5 組態或顯示已組態的設備

再點擊“添加新設備”：

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B-6 添加新設備1 點擊“控制器”，并根據自己的 PLC硬件型號選擇對應的型號設備配置型號信息：

圖B-7 添加新設備2 然后按下“添加”，等待片刻，TIA集成環境將進入如下畫面：

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B-8 TIA 主界面

用鼠標點中左邊窗口中的“程序塊”，即可添加用戶控制程序，如下畫面：

圖B-9 添加用戶程序

點中“Main【OB1】”，并按鼠標右鍵，可選擇所用的編程語言，再雙擊“Main【OB1】” 后即進入相應的編程環境。

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B-10 TIA Portal 的 LAD編程環境

圖B-11 TIA Portal 的 LAD在線監視

四、STEP7 SCL 編程語言的基本命令

1．基本概念

TIA Portal SCL是一種以文本為基礎的高級編程語言，語言的結構符合 IEC1131-3的標準。TIA Portal SCL的命令系列不僅使自動化任務簡單化，也使程 序易于閱讀，這樣 PLC的編程效率在許多情況下遠遠高于 LAD（梯形圖）和 IL

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（語句表）的編程語言。

① 數據類型

在 TIA Portal SCL中編程語言所支持的標準數據類型有：

表 B-1 存儲數值

類型名稱 BOOL DINT INT REAL 位 32 16 32 寬

0 ～ 1

147483648 ～ 2147483647，減法 ④ *，乘法 ⑤ /，除法 ⑥ mod，取模 ⑵ 比較命令

① =，等于 ② <>，不等于 ③ > , 大于 ④ >=, 大于等于 ⑤ < , 小于 ⑥ <=, 小于等于 ⑶ 邏輯命令

① NOT , 非 ② AND , 與 ③ OR , 或 ④ XOR , 異或 ⑷ “IF THEN”命令

① 簡單的 if語句（if 與then 必須在同一行中）

if 條件描述

then

條件滿足時執行的操作;end_if;② if else 語句

if 條件描述

then

條件滿足時執行的操作;else

條件不滿足時執行的操作;end_if;⑸ “case”命令：這是多分支選擇語句。

case 表達式 of n0...n1:

條件滿足時執行的操作A;n2...n3:

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條件滿足時執行的操作B;else:

以上條件均不滿足時執行的操作C;end_case;⑹ “FOR”循環命令

for 變量 := 表達式 1 to 表達式 2(by 增量)do 操作語句;end_for；

語句 by可以省略，如果沒有指定增量，則自動指定為 1。⑺ “while do”命令

while 表達式 do 操作語句； end_while;⑻ “goto”命令：（無條件跳轉命令）

goto

標識符；

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第五篇：搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

搬運機械手PLC控制系統設計畢業設計

摘 要

隨著工業自動化的普及和發展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫藥等領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現代經濟發展的要求。

本機械手的機械結構主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉，從而實現小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉換靠設置在各個不同部位的行程開關(SQ1---SQ9)產生的通斷信號傳輸到PLC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部線圈來控制電動機或電磁閥產生不同的動作，可實現機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續；來滿足生產中的各種操作要求。

關鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1