第一篇：機電一體化畢業論文-PLC機械手控制設計

畢 業 設 計

論文名稱：

PLC機械手控制設計

系部： 機車車輛學院

專業： 機電一體化 班級:

313-1 姓名：

全偉

指導教師：劉偉

二O一六年 一月

目錄

第一章 PLC機械手控制設計………………………………...…3 1.1 摘要.................…………………………………………….3

1.2 引言 ……………………………………....................………4 第二章

PLC 的概述 …………………………………………4 2.1 PLC的基本知識

…………………………………………..4 2.2 PLC的應用與前景

………………………………………..5

第三章

PLC 的編程語言

…………………………………..7 3.1 梯形圖編程語言……………………………………………...7 3.2 功能塊圖編程語言……………………………………………8 第四章

PLC控制機械手的設計……………………………….9 4.1

機械手在工業生產中的應用………………………………..9 4.2

各電器設備的制方式及控制要求…………………………..10 4.3

電器元件設備的選擇 ………………………………………12 4.4

控制系統的軟、硬件設計 ………………………………...13 4.5

功能表圖設計

……………………………………………..26 第五章

設計小結

………………………………………………33 參考文獻 ……………………………………………………....…..34 謝辭

…………………………………………………….....35

PLC機械手控制設計

1.1摘要： 當今的自動化技術發展迅速，正處于一個快速變革的時代。從半導體到消費類電子產品、再到汽車和航空制造業、以及輕工業和物流行業等多種不同的工業領域都面臨著日益激烈的全球競爭壓力當今的自動化技術發展迅速，正處于一個快速變革的時代。從半導體到消費類電子產品、再到汽車和航空制造業、以及輕工業和物流行業等多種不同的工業領域都面臨著日益激烈的全球競爭壓力，他們需要進一步降低成本、縮短產品生產周期，并能夠迅速完成產品的更新換代。采用最新的自動化技術才是解決這一系列問題的有效手段。

本次論文明確了機械手的功能需求和動作流程通過查找了大量資料，了解完成了布進電機和驅動器的選型。通過對機械手制作流程的分析，確定采用PLC為核心的控制系統。在對機械手的分析設計部分梯形圖及控制程序，完成PLC的I/O點分配和硬件接線圖。

關鍵詞：機械手，步進電機，可編程序控制器

引言

機械手是近代自動控制領域中出現的一項新技術，并已成為現代科技的一個重要組成部分。汽車業的快速發展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產線也向高速化、高品質、自動化、柔性化方向發展。傳統沖壓生產過程中的手工操作、人工送料的生產方式已無法滿足該行業的需要。

機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發展，并取得一定的成果，受到各工業部門的重視。

第二章

可編程控制器的概述

2.1可編程控制器的基本知識

PLC的種類繁多，其規格和性能也各不相同，對PLC的分類，通常根據其形式的不同、功能的差異和I/O點數的多少等進行大致分類.根據 1

PLC的結構形式可將PLC分為整體式和模塊式兩類（1）整體式PLC

整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等各件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式機構。

整體PLC由不同PLC點數的基本單元和擴展單元組成，基本單元內有CPU、I/O接口，與I/O擴展單元相連的擴展口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電等，沒有CPU，基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展(2)

模塊式PLC

模塊式PLC是將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及其他模塊。模塊式PLC由框架或基板和 各種模塊組成，模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活、可根據需要選配不同規模的系統，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用這種模塊式結構。

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來，構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU，電源，I/O接口等也是各自獨立的模塊。但它們之間是非電纜進行聯接，并且各模塊可以應地疊裝，這樣不但系統可以靈活配置，還可以做的體積小巧。2 按功能分

根據PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低，中，高檔次

（1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷監控等基本功能還可以少量模擬量輸入/輸出，算術運算，數據傳送和比較等功能，主要用于邏輯控制，順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。

（2）中檔PLC出具有低檔PLC的功能外，還具有模擬量輸入/輸出，算術運算，數據傳送和比較；數據轉換，遠程I/O，子程序，通信聯網等功能，有些還可增設中斷控制，PID控制等功能，適應于復雜控制系統。

（3）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號算術運算，矩陣運算，位邏輯運算，平方根運算及其他特殊功能函數的運算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強的通信聯網功能，可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統，實現工廠自動化。

按I/O點數分類

根據PLC的I/O點數的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類

（1）.型PLC——I/O點數<256點，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲器容量4K字以下

CE-I型

美國通用電氣（GE）公司 TI100

美國德洲儀器公司 F、F1、F2

日本三菱電氣公司 C20 C40

日本歐姆龍公司 SF200

德國西門子公司 EX20 EX40

日本東芝公司

SR-20/21

中外合資無錫華光電子工業有限公司（2）．中型——點數256-2048點，雙CPU，用戶存儲器容量2-8K S7-300

德國西門子

SR-400

中外合資無錫華光電子工業有限公司 SU-5 SU-6

德國西門子公司 C-500

日本立石公司 CE-Ш

GE公司

（3）.大型PLC——I/O點數>2048點，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8-16K S7-400

德國西門子公司 GE-IV

GE公司 C-2000

立石公司 K3

三菱公司

2.2 可編程控制器PLC的應用與前景

目前，在國內外PLC已廣泛應用冶金，石油，化工，剪彩，機械制造，電力，汽車，輕工，環保及文化娛樂等各行各業，隨著PLC性能價格 的不斷提高，器應用領域不斷擴大，從應用類型看大致可歸納為以下幾個方面： 2.2.1 強量邏輯運算

利用PLC最基本的邏輯運算，定時，計收等功能實現邏輯運算，科取代傳統的繼電器控制用于單片機控制，多機群控制，生產自動線控制等。例：機床，注塑機印刷機械，裝配生產線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應用，也是PLC最廣泛的應用領域。2.運動控制

大多數PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能廣泛用于各種機械設備。例如：各種機床，裝配機械。機器人等進行運動控制。3.過程控制

大，中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能。有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出，所以PLC可實現模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構成閉環控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應堆，水處理，釀酒及閉環位置控制和速度控制等方面。4.數據處理

現代的PLC都具有數學運算數據傳遞，轉換，排序和查表等功能，可進行數據的采集，分析和處理，同時的通過通信接口將這些數據傳送給其電智能裝置。例如：CNC設備進行處理。5.通信聯網

PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計算機，PLC與其它智能設備之間的通信，PLC系統與通用計算機可直接或通過通信處理單元，通信轉換單元相連構成網絡，已實現信息的交換和構成。集中管理分散控制的多級分布式控制系統。滿足工廠自動化（FA）系統發展的需要。2.2.2 國外PLC發展概況

PLC在問世以來，經過40多年的發展。在美、德國等工業發達國家已成為重要的產業之一，世界總銷售額不斷上升，生產廠家不斷涌現，品種不斷翻新，產量產值大幅度上升而價格則不斷下降。目前，世界上有200多個廠家生產PLC。較多的有美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司。韓國：三星、LG公司等

PLC的發展前景

（1）產品規模向大小兩個方向發展

大：I/O點數達14336點，32位微處理器，多CPU并行工作，大容量存儲器，掃描速度快高速；

小：整體結構向小型模塊化結構發展，增加了配置的靈活性，降低了成本；（2）PLC在閉環過程中應用日益廣泛；（3 不斷加強通訊功能；（4）新器件和模塊不斷推出

第三章 可編程控制器的編程語言

3.1可編程控制器的幾種編程語言

可編程控制器的編程語言按IEC61131-3國際標準來分主要包括圖形化編程語言和文本化編程語言。圖形化編程語言包括:梯形圖(LD-Ladder Diagram)、功能塊圖(FBD-Function Block Diagram)、順序功能圖(SFC-Sequential Function Chart)。文本化編程語言包括:指令表(IL-Instruction List)和結構化文本(ST-Structured Text)。這些語言是基于WINDOWS操作系統的編程語言.而SFC編程語言則在兩類編程語言中均可使用。下面分別來介紹這幾種編程度語言。

3.1.1梯形圖編程語言(LD-Ladder Diagram)

梯形圖來源于繼電器邏輯控制系統的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結構類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側有兩垂直的電力軌線，左側的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級通過各個觸點、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點是右 側的電力軌線。每一個觸點代表了一個布爾變量的狀態，每一個線圈代表了一個實際設備的狀態，一個簡單的梯形圖程序如圖1所示:

圖3.1

梯形圖程序示例

梯形圖的每個梯級表示一個因果關系,事件發生的條件表示在梯形的左面,事件發生的結果表示在梯級的右面。

梯形圖編程語言具有如下特點:(1)與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性;(2)與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習;(3)對于復雜控制系統描述,仍不夠清晰;(4)可讀性仍不夠好。

幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結構上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒有右邊的電力軌線。有時在有此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。

3.1.2 功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram)

功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來表示，每一個功能模塊的左側有不少于一個的輸入端，右側有不少于一個的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內，其輸入輸出名稱寫在塊內的輸入輸出點對應的地方。

功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊。基本功能模塊如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時，脈沖輸出，計數器等等。功能塊編程語言具有以下特點:(1)以功能模塊為單位,從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變的容易;(2)功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌握，方便組態，易操作。是有發展前途的一種編程語言;(3)對較復雜系統，由于控制功能關系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調試時 間;(4)因為每一個功能模塊要占用一定程序存儲空間，對功能塊的執行需要一定的執行時間，因此，這種語言在大中型可編程控制器和分散控制系統中應用較廣泛。

第四章 PLC控制機械手的系統設計

4.1各電器設備的控制方式及控制要求 機械手的技能和特性

根據古典力學觀點，物體在三維空間的靜止位置是由三個坐標和繞三軸旋轉的角度來決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關節間的角度）能從理論上求得。據資料介紹，如果采用的機械手，其機能要接近人的上肢，則需要具有27個自由度，而每一個自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉”。就目前的技術狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機械手的功能搞得那么復雜，動作彼此嚴重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機、本體、手臂和手指都得有三個直線運動和三個旋轉運動，總共就要有24個自由度。這在實際上也是不必要的，這樣會使機械手結構復雜，費用增多。因此，不應盲目模仿人手的動作，增加過渡的自由度，而應根據實際需要的動作，設計出最少的自由度就能完成作業所要求的動作。所以一般專用的機械手（不包括握緊動作）通常具有二到三個自由度。而通用機械手一般取四到五個自由度。本設計中設計的機械手，它共有五個自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動、手臂左右擺動、手腕回轉、手指抓握。.軀干和傳動系統

機械手的傳動分為液壓、氣壓、電氣和機械四種，本設計采用綜合傳動方式，即手臂采用電氣傳動，而手爪則采用氣壓傳動。

(1)、夾緊機構

機械手手爪使用來抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準確和可靠的要求。設計制造夾緊機構——手爪時，首先要從機械手的坐標形式、運行速度和加速度的情況來考慮。其加緊力的大小則根據夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計算。同時考慮有足夠的開口尺寸，以適應被抓物體的尺寸變化，為擴大機械手的應用范圍，還需備有多種抓取機構，以根據需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應限制一定的范圍內，并鑲有軟質墊片、彈性襯墊或自動定心結構。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結構。夾緊機構本身則應結構簡單、體積小、重量輕、動作靈活和動作可靠。

夾緊機構形式多樣，有機械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機構還帶有傳感裝置和攜帶工具進行操作的裝置。本設計采用機械式的夾緊機構。

機械式夾緊機構是最基本的一種，應用廣泛，種類繁多。如按手指運動的方式和模仿人手的動作，可分為回轉型、直進型；按夾持方式可分為內撐式、外撐式和自鎖式；按手指數目可分為二指式、三指式、四指式；按動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓式等。本設計采用二指式氣動手爪。由可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉則用一個直流電動機完成，同時通過兩個限位磁頭完成回轉角度的限位，一般可設置在180度。(2)軀干

軀干由底盤和手臂兩大部分組成。

底盤是支撐機械手全部重量并能帶動手臂旋轉的機構。底盤采用一個直流電動機驅動，底盤旋轉時帶動一個旋轉碼盤旋轉，機械手每旋轉3度發出一個脈沖，由傳感器檢測并送入可編程控制器，從而計算底盤旋轉的角度。同時，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉角度可達270度。

手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構。本設計中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運動。手臂采用步進電動機帶動絲杠、螺母來實現伸縮和升降運動。由可編程控制器發出脈沖信號，經步進電動機驅動器驅動步進電動機旋轉，帶動滾珠絲杠旋轉，完成手臂的運動。改變發出脈沖的個數，可控制手臂的兩個軸運動的距離。同時在兩軸的兩端分別加限位開關限位。采用絲杠、螺母結構傳 動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。

4.2電器元件、設備的選擇

PLC機型的選擇

根據被控對象對PLC控制系統的功能要求，可進行PLC型號的選定。

進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。對開關量控制的系統，當控制速度要求不高時，一般的PLC都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。當控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。2 輸入/輸出的點數：

I/O點數可以衡量PLC規模的大小。準確統計被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數并考慮今后系統的調整和擴充，在實際統計I/O點數基礎上，一般應加上10%-20%的備用點數。多數小型PLC為整體式，具有體積小、價格便宜等優點，適于工藝過程比較穩定，控制要求比較簡單的系統。模塊式結構的PLC采用主機模塊與輸入模塊、功能模式塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復雜的系統。

此外，還應考慮用戶儲存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實時控制的要求、編程器與外圍設備的選擇等。

本設備控制的對象是一個開關量控制的系統，同時利用脈沖控制步進店動機的運轉，故應采用晶體管形式的輸出。松下FPO系列小型PLC具有性價比高、功能完善、指令豐富等優點，能滿足本對象各項控制性能要求，因此，本系統采用松下FPO系列的FPO——C16T作為基本模塊，能輸出兩路脈沖信號進行步進電動機的控制。由于輸入輸出點不夠，擴展一個FPO——E16RS模塊。3

電源模塊的選擇：

采用Dm150系列開關電源。其特點是輸出功率大，體積小，重量輕，可靠性高，適應寬范圍的輸入電壓波動，具有完備的過電壓、過電流保護功能。主要參數：

輸入交流電壓：110~220V/50Hz、60Hz 輸出直流電壓：24V/6.5A 最大功率：156W 工作環境：-10~40度 4.步進電動機的選擇：

采用二相八拍混合式步進電動機，主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉矩等特點。型號：42BYGH101。

快接線插頭中的紅色表示A相，藍色表示B相。

使用時如果發現步進電動機轉向不對時可以將A相或B相兩根線對調。（1）.步進電動機驅動模塊

采用中美合資SH系列步進電動機驅動器，主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出分等。如下圖所示。

驅動模塊

電源輸入部分由電源模塊提供，用兩根導線連接，注意極性。

信號輸入部分：信號源由FPO主機提供。由于FPO提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，中間加了保護電路。

輸出部分：與步進電動機連接，注意相序。（2.）傳感器

采用接近開關作為手爪旋轉和底盤旋轉限位檢測用;采用微動開關作為橫軸、縱軸限位檢測用。

接近開關：接近開關有三根連接線（紅、藍、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號，當與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。微動開關：當擋塊碰到微動開關動作（常開點閉合）。

（3）FPO模塊

由松下FPO系列PLC晶體管輸出的主機，具有高速運算能力、PID調節功能，同時可以輸出兩路脈沖控制兩臺電動機的優點。輸出兩路脈沖梯形圖及f/t。

（4）直流電動機

采用36ZY5-12型直流電動機。輸入電壓為12~24V,由FPO模塊控制電動機正反轉。（5）旋轉碼盤

機械手每旋轉3度發出一個脈沖。

4.3 控制流程圖

機械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機上的RUN-PROG的開關撥在RUN上，如果機械手不在初始位置上，步進電動機開始運轉（橫軸向手爪那邊移動，豎軸向上移動）。歸位后首先橫軸步進電動機工作，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電動機得電帶動手爪旋轉；當傳感器檢測到限位磁頭時，電動機停止，PLC控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸步進電動機工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復位，手爪加緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉，然后豎軸下降，電磁閥動作，手張開；延時后豎軸上升復位；然后開始下一周期動作。

圖4.1機械手控制流程圖

4.4控制系統的軟、硬件設計 1 控制系統硬件設計

PLC硬件設計是指PLC外部設備的設計。在硬件設計重要進行輸入設備的選擇（如控制按鈕、開關及計量保護裝置的輸入信號等），還有執行元件的選擇以及控制臺、柜的設計等。硬件設計還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設計和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號、設備代號、名稱及功能等。機械手控制系統電器原理圖。

可編程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作為基本模塊，由于輸入輸出點 不夠，擴展一個FPO——E16RS模塊。由于接近開關有三根線，接線時注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負極，藍色的線接PLC的輸入端子。2 控制系統的軟件設計

軟件設計主要是指編寫工藝流程圖，即將整個流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉換條件，配合定時、計數、分支、循環、跳轉及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設計。I/O地址分配 I/O地址分配如表所示 I/O地址分配一覽表

輸入： X0 X1 X2 X3 X4 X20 X21 X22 X23 橫軸正限位 豎軸正限位 橫軸反限位 豎軸反限位 旋轉脈沖 手正轉限位 手反轉限位 底座正限位 底座反限位

輸出： Y0 Y1 Y2 Y3 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24

橫軸脈沖 豎軸脈沖 橫軸方向 豎軸方向 手正轉 手反轉 底座正轉 底座反轉 電磁閥動作

(1).確定輸入輸出接點的總數

輸入接點：啟動按鈕SB、行程開關SQ1——SQ4、光電開關SQ5，一共6個。輸出接點：YV1——YV2總共5個。(2).估算PC內存總數

選取PC類型，PC內存總數取決于程序指令總條數。PC內存總數又是選取PC類型的重要依據，為此依據下面的經驗公式對指令總條數進行估算。指令總條數=（10——20）*（輸入點數+輸出點數）

本例中指令總條數為（10——20）*（6+5）=110——220條。(3).輸入輸出點分配

如下圖是機械手輸入和輸出信號與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據需要增加了機械手回到原位時的指示燈，為了防止誤按啟動按鈕引起機械手的誤動作，增加了復位按鈕，啟動時需要先按復位按鈕在按啟動按鈕，否則機械手不會動作。

圖4.2機械手PC輸入/輸出端子的分配

(4).方案選擇

考慮到機械手在工作時間時可能發生誤動作行程開關而引起的不安全動作，各個輸入開關信號只能在規定的狀態發生作用，例如，SQ1的閉合信號只能當機械手位于原位而且按下SB2后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態時SQ1不起作用。為了達到這一目的，選擇使用移位寄存器來完成順序控制。3 梯形圖設計

機械手的控制屬順序控制，采用步進指令，根據說明機器工作狀態轉換的圖形，很容易進行程序設計。

（1）根據機械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設計

單步操作”方式時，應執行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時，應執行“返回原位”程序;“自動”方式時，應執行“自動”程序，故梯形圖的總體構成如下圖所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執行。

圖4.3機械手PLC控制梯形圖總體構成

（2）各部分梯形圖的設計

通用部分梯形圖設計

A狀態器的初始化：初始狀態器S600在手動方式下被置位、復位。當方式選擇開關處于“返回復位”（X501接通）時，按下返回復位按鈕（X505）時被置位;在“單步操作”（X500接通）時，S600復位。處于中間工步的狀態器用手動作復位操作，即在方式選擇開關位于“單步操作”或 “返回復位”時，中間狀態器同步復位，故初始狀態梯形圖如下圖示（如果狀態器要在供電時從斷電前條件開始繼續工作，則不需要M71）

狀態器初始化梯形圖。

B狀態器轉換啟動：若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態器S600被置位后，按下啟動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態器的狀態可以一步步向下傳遞，即可以進行轉換。在執行“連續操作”程序時，轉換啟動繼電器M575一直保持到停機按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機器是否處于原位。當M575和M100都接通時，從初始狀態開始進行轉換，其梯形圖如下圖。

圖4.4狀態器轉換啟動梯形圖

C狀態器轉換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進指令控制狀態器轉換時，狀態器的自動轉換就被禁止。

在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應被激勵并保持，操作停止在現行工步。當按下啟動按鈕時，從現行工序重新開始工作，M574應復位，即重新允許轉換。

在“步進”工作方式時，M574應始終工作，此時，禁止任何狀態轉換。但每按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態器轉換一步。

在“手動”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進行狀態轉換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態轉換禁止解除，M574復位。

PLC在啟動時，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止狀態轉換，直到按下啟動按鈕。狀態器轉換禁止梯形圖如下。

圖4.5狀態器轉換禁止梯形圖

通過對上圖的分析可得出：在執行“單步操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執行“步進”程序時，每按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態器轉換一次；在執行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態器的狀態可一步一步向下轉換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態器的狀態轉換被禁止，操作停止現行工序（再次按下啟動按鈕時從現行工序開始工作）；在執行“連續操作”程序時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。

D單步操作梯形圖

手動操作方式由于不需要任何復雜的順序控制，可以用常規繼電器順序方法來設計梯形圖。“單步操作”時，按下夾持按鈕時，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時，Y431才會復位；按下上升按鈕，上升輸出Y432保持接通；按下下降按鈕，Y430保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出Y434保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y433保持接通。單步操作是梯形圖如下圖。

圖4.6機械手單步操作梯形圖

E返回原位梯形圖

在“返回原位”狀態下，“夾持”與“下降”動作應被停止，上限位未動作時應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。

圖4.7機械手返回原位梯形圖

F “自動”狀態梯形圖

如下圖表示了機械手自動工作時執行各工步的情況。表明了各工步的實現以及各工步的轉換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時，X401接通，轉化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431置位，同時驅動T450。T450接通后，轉化為第一次上升。此后執行類似的操作，完成由初始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復位松開。如上述一步步按順序驅動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實現程序設計。

圖4.8機械手自動工作流程圖

用狀態器替代自動工作流程圖中的各工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態在圖中用雙線框表示。

圖4.9機械手自動工作功能表圖

根據上圖所示的功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖，如下圖所示。

圖4.10機械手自動工作梯形圖 繪制機械手PLC將控制梯形圖

將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構成圖的形式作何在一起，得到機械手PLC控制的梯形圖，如下圖所示。

圖4.11機械手PLC控制梯形圖 該機械手在自動工作狀態時，應先將其工作方式選擇開關放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放至自動工作方式下。若自動工作狀態解除，則應將工作方式選擇開關放至“單步操作”位置。

4.5 功能表圖設計

步的劃分

分析被控對象的工作過程及控制要求，將系列的工作過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據PLC輸出量的狀態劃分的，只要系統的輸出量狀態發生變化，系統就從原來的步進入新的步。如下圖所示，某液壓動力滑臺的整個工作過程可劃分為四步，即：0步A、B、C均不輸出；1步A、B輸出；2步B、C輸出；3步C輸出。在每一步內PLC各輸出量狀態均保持不變。

步也可根據被控對象工作狀態的變化來劃分，但被控對象的狀態變化應該是由PLC輸出狀態變化引起的。如下圖所示，初始狀態是停在原位不動，當得到起動信號后開始快進，快進到加工位置轉為工進，到達終點加工結束又轉為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態。因此，液壓滑臺的整個工作過程可以劃分為停止（原位）、快進、工進、快退四步。但這些狀態的改變都必須是由PLC輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進轉為工進與PLC輸出無關，那么快進、工進只能算一步。

總之，步的劃分應以PLC輸出量狀態的變化來劃分，因為我們是為了設計PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態沒有變化時，就不存在程序的變化。2.轉換條件的確定

確定各相鄰步之間的轉換條件是順序控制設計法的重要步驟之一。轉換條件是使系統從當前步進入下一步的條件。常見的轉換條件有按鈕、行程開關、定時器和計數器觸點的動作（通/斷）等。

如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺由停止（原位）轉為快進，其轉換條件是按下起動按鈕SB1（即SB1的動合觸點接通）；由快進轉為工進的轉換條件是行程開關SQ2動作；由工進轉為快進的轉換條件是終點行程開關SQ3動作；由快退轉為停止（原位）的轉換條件是原位行程開關SQ1動作。轉換條件也可以是若干個信號的邏輯（與、或、非）組合。如：A1*A2、B1+B2。3.功能表圖的繪制

根據以上分析畫出描述系統工作過程的功能表圖，是順序控制設計中最為關鍵的一個步驟。繪制功能表圖的具體方法將在下面介紹。4.梯形圖的編制

根據功能表圖，采用某種編程方式設計出梯形圖程序。有關編程方式建在下一節中介紹。功能表圖的繪制方法 A

功能表圖概述

功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統的控制過程、功能和特征的一種徒刑。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，是一種通用的技術語言，因此，功能表圖也可用于不同專業的人員進行技術交流。

功能表圖是設計順序控制程序的有力工具。在順序控制設計法中，功能表圖的繪制是最關鍵的一個環節。它直接決定用戶設計的PLC程序的質量。

各個PLC廠家都開發了相應的功能表圖，各國也動制定了功能表圖的國家標準。我國于1986年也頒布了功能圖的國家標準（GB6988.6——86）。B

功能表圖的組成要素

如下圖所是為功能表圖的一般形式。它主要是由步、轉換、轉換條件、有向連線和動作等要素組成。

C

步與動作

前面已介紹過，用順序控制設計法設計PLC程序時，應根據系統輸出狀態的變化，將系統的工作過程劃分成若干個狀態不變的階段，這些階段稱為“步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如，框內的數字是該步的編號。如下圖所示各步的編號為n-

1、。當系統正工作于某一步時，該步處于活動狀態，每個功能表圖至少應n、n+1。編程時一般用PLC內部軟繼電器來代表各步，因此經常直接用相應的內部軟繼電器編號作為步的編號，如該有一個初始步。

所謂“動作”是指某步活動時，PLC向被控系統發出的命令，或被控系統應該執行的動作。動作用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應與相應步的矩形框相連接。如果某一步有幾個動作，可用下圖中的兩種畫法來表示，但并不隱含這些動作間的任何順序。

稱為“活動步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，如

當步處于活動狀態時，相應的動作被執行。但應注意表明動作是保持型還是非保持型的。保持型的動作是指該步活動時執行該動作，該步變為不活動后繼續執行該動作；非保持型動作是指該步活動時執行，該步變為不活動時動作也停止執行。一般保持型的動作在功能表圖中應該用文字或助記符標注，而非保持型動作不要標注。D

有向連線、轉換和轉換條件 如上圖“功能表圖的一般形式”所示，步與步之間用有向連線連接，并且用轉換將步分隔開。步的活動狀態進展是按有向連線規定的路線進行。有向連線上無箭頭標注時，其進展方向是從上倒下、從左到右。如果不是上述方向，應在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動狀態進展是由轉換來完成的。轉換是用與有向連線垂直的短劃線來表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉換隔開，而轉換與轉換之間也同樣不能直接相連，必須由步隔開。轉換條件是與轉換相關的邏輯命題。轉換條件可以用文字語言、布爾代數表達式或圖形符號標注表示轉換的短劃線旁邊。

轉換條件和，分別表示當二進制邏輯信號為“1”和“0”狀態時條件成立；轉換條件和1.分別表示的是，當從“0”（斷開）到“1”（接通）和從“1”到“0”狀態條件成立。

功能表圖中轉換的實現

步與步之間實現轉換應同時具備兩個條件：①前幾步必須是“活動步”；②對應的轉換條件成立。

當同時具備以上兩個條件時，才能實現步的轉換，即所有由有向連線與相應轉換符號相連的后續步都變為活動，而所有由有向連線與相應轉換符號相連的前幾步都變為不活動。2.功能表圖的基本結構

根據步與步之間轉換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結構形式。（1）單序列結構

功能表圖的單序列結構形式最為簡單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。，每一步的后面只有一個轉換，每一個轉換后面只有一步。（2）選擇序列結構

選擇序列有開始和結束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結束稱為合并；選擇序列的分支是指一個前級步后面緊接著有若干個后續步可供選擇，各分支都有各自的轉換條件。分支中表示轉換的短劃線只能標在水平線之下。

如下圖所示為選擇序列的分支。假設步4為活動步，如果轉換條件a成立，則步4向步5實現轉換；如果轉換條件b成立，則步4向步7轉換；如果轉換條件c成立，則步4向步9轉換。分支中一般同時只允許選擇其中一個序列。

選擇序列的合并是指幾個選擇分支合并到一個公共上。各分支也都有各自的轉換條件，轉換條件只能標在水平線之上。

如下圖所示為選擇序列的合并。如果步6為活動步，轉換條件d成立，則由步6向步11轉換；如果步8為活動步，且轉換條件c成立，則步8向步11轉換；如果步10為活動步，轉換條件f成立，則步10向步11轉換。

（3）并列序列結構

并列序列也有開始與結束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結束也稱為合并。下圖（a）所示為并列序列的分支，它是指當轉換實現后將同時使多個續步激活。為了強調轉換的同步實現，水平連線用雙線表示。如果步3為活動步，且轉換條件c也成立，則4、6、8三步同時變成活動步，而步3變為不活動。應當注意，當步4、6、8被同時激活后，每一序列接下來的轉換將是獨立的。下圖（b）所示為并列序列的合并，當直接在雙線上的所有前級步5、7、9都為活動步時，轉換條件d成立，才能使轉換條件實現，即步10變為活動步，而步5、7、9均變為不活動步。

（4）子步結構

在繪制復雜控制系統功能表圖時，為了使總體設計時容易抓住系統的主要矛盾，能更簡潔地表示系統的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結構形式，可避免一開始就陷入某些細節中。

所謂子步的結構是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子部和轉換。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結構形式。功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個子步。

子步結構

這些子步序列通常表示整個系統中的一個完整子總能，類似于計算機編程中的子程 序。因此，設計時只要先畫出簡單的描述整個系統的總功能表圖，然后再進一步畫出更詳細的子功能表圖。子步中可以包含更詳細的子步。這種采用子步的結構形式，邏輯性強，思路清晰，可以減少設計錯誤，縮短設計時間。

功能表圖除以上四種基本結構外，在實際使用中還經常碰到一些特殊序列，如跳步、重復和循環序列等。

（5）跳步、重復和循環序列

除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結構外，在實際系統中經常使用跳步、重復和循環序列等特殊序列。這些序列實際上都是選擇序列的特殊形式。如下圖（a）所示為跳步序列，當步3為活動步時，如果轉換條件c成立，則跳過步4和步5直接進入步6。

如下圖(b)所示為重復序列，當步6為活動步時，如果轉換條件d步成立而條件e成立，則重復返回步5，重復執行步5和步6。直到轉換條件d成立，重復結束，轉入步7。如下圖（c）所示為循環序列，在序列結束后，即步3為活動步時，如果轉換條件e成立，則直接返回初始步0，形成系統的循環。

跳步、重復和循環序列

在實際控制系統中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種系列，而經常是上述各種序列結構的組合。

第五章 設計小結

畢業設計是我們畢業前夕最后也是最重要的一份作業，是對我們三年求學的一個總結，包含了我們三年中所學知識的積累，更是提升我們能力的一種方式。同時也是對我們學業的考核使我們的學業得以圓滿結束。

經過一段時間的設計，可編程控制器和機械手的設計完畢，機械手的模型已設計完畢，其功能基本達到要求。整個系統穩定性好，而且只要修改控制程序，就可以讓機械手作出不同的動作，控制的柔性很好。系統的分析與設計過程也是對學習的總結過程，更是進一步學習與探索的過程。在這個過程中，我對利用可編程控制器進行控制系統的設計與開發有了深刻的認識，對機械手的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統的分析與設計有了切身的認識和深刻的體會，并在學習和實踐過程中增長了知識、豐富了經驗。控制系統的開發設計是一項復雜的系統工程，必須嚴格按照系統分析、系統設計、系統實施、系統運行于調試的過程來進行。系統的分析和設計是一項既復雜又辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程，在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力直到問題得到解決。

在設計中，體會到理論必須和實際相結合。雖然收集了大量的資料，但在實際應用中卻有很多差異，出現了許多意想不到的問題。許多問題都是書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經過多次分析修改后，才設計出達到要求的系統。

參 考 文 獻

可編程序控制器的原理及應用

機械工業出版社

主編

王衛兵 可編程序控制器的原理應用試驗

機械工業出版社 主編

常斗南 機電傳動與控制

華中理工大學出版社

主編 程憲平數控機床電氣控制

西安電子科技大學出版社

主編機電一體化系統設計

高等教育出版

主編

張建民

姚永剛

謝辭

緊張充實的畢業設計就要結束了，大學三年的生活也到了尾聲。回想起以往的美好時光，此時感慨萬千，首先感謝指導教師黨老師在畢業設計中對我的幫助，鼓勵和精心指導，黨老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄廓，關鍵是指導有方嚴格我們要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。置身黨老師的指導過程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己，寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風，倍感溫馨。一股暖意細水長流，源自內心而又沐潤全身，微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠的祝福導師合家歡樂，一生平安。同時，也將祝福送給每一位幫助我的師長。同時感謝我的同學在我的畢業設計過程其中對我莫大的鼓勵。畢業設計的完成也算是對我們學習生涯的一個句號，回想三年大學時光，與老師和同學們的點點滴滴，你們給與我的種種幫助，使我得以今天能順利完成畢業設計，完成學業。謝謝你們，我所有的老師與同學。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！

感謝我的朋友和同學們在我三年生活和學習中對我的幫助，就要分別了，衷心祝福各位一路走好。再次感謝各位老師和同學，希望大家以后工作順利。謝謝！

第二篇：PLC控制機械手設計畢業論文

XXX學校

XX辦學點畢業論文

課題名稱：PLC控制機械手設計

專 業： 班 級： 學 籍 號： 學生姓名： 導師姓名： 提交日期：

PLC控制機械手設計

（姓名）

摘 要：機械手是能夠模仿人手動作，并按設定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運工件或工具或進行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復雜的作業。在機械制造業中，機械手已被廣泛應用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化的步伐。在我國，工業機械手近年來有較快的發展，投入了大量的人力物力加以研究和應用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是“近距離自動移動式機械手臂設計--氣壓驅動式”。設計包括兩大方面，其中之一是自動行走部分，另一部分為手臂的運轉。采用同一驅動能源--氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達帶動兩輪轉動。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達相連，馬達安裝在行走裝置中。運動手臂的直線運動用氣缸來實現，旋轉運動用氣壓馬達來實現。行走的時候手臂不動，手臂運動的時候，行走部分停止運動。關鍵詞：機械手，氣壓驅動，自動移動，氣泵

隨著我國工業生產的飛躍發展，自動化程度的迅速提高，實現工件的裝卸、轉向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進行加工、裝配等作業的自動化，已愈來愈引起人們的重視。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業生產中應用的機械手被稱為“工業機械手”。生產中應用機械手可以提高生產的自動化水平和勞動生產率；可以減輕勞動強度、保證產品質量、實現安全生產；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。

一、機械手組成

機械手主要由執行機構、驅動系統、控制系統以及位置檢測裝置等組成。

（一）執行機構

包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設行走機構。

1、手部：即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手部。

2、手腕：是聯接手部和手臂的部件，其調整或改變工件方位的作用。

3、手臂：支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。

4、立柱：是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉運動和升降（或俯仰）運動均與立柱有密切的聯系。

5、行走機構：機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍，可以增設滾輪行走機構。滾輪式行走機構可分為有軌的或是無軌的兩種。

6、機座：它是機械手的基礎部分，機械手執行機構的各部件和驅動系統均安裝于基座上，故起支承和聯接的作用。

（二）驅動系統

機械手的驅動系統是驅動執行機構運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。

1、液壓傳動：是以油液的壓力來驅動執行機構運動。其主要特點是：抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩、結構緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴格，不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。

2、氣壓傳動：是以壓縮空氣的壓力來驅動執行機構運動。其主要特點是介質來源極方便、氣動動作迅速、結構簡單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩定性差，而且氣源壓力較低，適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環境中進行工作。

3、機械傳動：即由機械傳動機構（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構等）驅動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠、動作頻率高，但結構較大，動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。

4、電力傳動：即由特殊結構的感應電動機、直線電機或功率步進電機直接驅動執行機構運動，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機械手目前還不多，但有發展前途。

（三）控制系統

有電氣控制和射流控制兩種，一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分，它支配著機械手按規定的程序運動，并記憶人們給與機械手的指令信息（如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間），同時按其控制系統的信息對執行機構發出指令，必要時可對機械手的動作進行監視，當動作有錯誤或發生故障時即發出報警信號。

（四）位置檢測裝置

控制機械手執行機構的運動位置，并隨時將執行機構的實際位置反饋給控制系統，并與設定的位置進行比較，然后通過控制系統進行調整，從而使執行機構以一定的進度達到設定位置。

二、設計內容

這里介紹我將要做的近距離自動移動式機械手臂設計--氣壓驅動。

（一）氣源系統

壓縮空氣是保證氣動系統正常工作的動力源，空氣壓縮機是將動力機供給的機械能轉換成氣體壓力能的一種能量轉換裝置。

（二）氣動執行機構

氣動執行機構由氣缸和氣動馬達。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。它可以輸出力，驅動工作部分作直線往復運動或往復擺動。氣缸可分為：單向作用式氣缸和雙作用式氣缸。氣動馬達是把壓縮空氣的壓力能轉變為機械能的能量轉換裝置，其作用同于液壓傳動的油馬達。它輸出力矩，驅動機構作回轉運動。

（三）空氣控制閥

1、壓力控制閥分為：調壓閥、安全閥和順序閥等。

2、流量控制閥是用來調節和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執行機構的工作速度。流量控制閥主要有節流閥、單向截流閥和排氣節流閥等。

3、方向控制閥是用來控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執行機構的動作發生變化的氣動原件。方向控制閥在整個氣動元件中數量占有相當大的比例，并在氣動系統中起著神經中樞的作用。

（四）氣動基本回路

1、方向控制回路主要有：單作用氣缸中間停止回路，雙作用氣缸換向回路，雙作用氣缸的活塞可在任意位置停止的回路，延時控制回路。

2、速度控制回路主要有：單作用氣缸的速度控制回路，雙作用氣缸單向速度控制回路，雙作用氣缸雙向速度控制回路，雙作用氣缸速回運動控制回路，雙缸同步動作的速度控制回路，緩沖回路。

（五）其他部分

行走機構有：車輪式行走機構，履帶式行走機構，步行式行走機構。

三、機械手的發展趨勢

機械手目前多數應用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業，它可按事先制訂的程序完成操作，但普通不具備傳感反饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，將引起零件甚至機械手本身的損壞。

為此，機械手發展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手，設它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應的變更，如位置發生稍些偏差時即能更正，并自行檢測。重點是研究視覺功能，將機械手和柔性制造系統和柔性制造單元相結合，從而根本改變目前的機械制造系統的人工操作狀態。

參考文獻

[1]曹承志.電機、拖動與控制學.第3版.北京：機械工業出版社,2000 [2]王庭樹.機器人運動學及動力學.第2版.西安：西安電子科技大學出版社，1990.12 [3]孟繁華.機器人應用技術.第1版.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1989.6 [4]馬香峰.機器人機構學.第1版.北京：機械工業出版社,1991.9 [5]趙錫芳.機器人動力學.第1版.上海：上海交通大學出版社，1992.12 [6]高松海.遙控機器人.第1版.北京：原子能出版社，1981 [7]孫耀明.微型機算計在機器人技術中的作用.第1版.北京：科學技術文獻出版社，1987 [8]路甬祥.液壓氣動技術手冊.第2版.北京：機械工業出版社,2002

第三篇：基于PLC控制的機械手設計(畢業論文)

第四章 程序設計

第四章 程序設計

4.1 編程軟件簡介

STEP 7-Micro/WIN是西門子公司為S7-200系列PLC的開發而設計的，是基于Windows操作系統的應用軟件，其功能非常強大，操作方便，使用簡單，容易學習。軟件支持中文界面。其基本功能是創建、編輯和修改用戶程序以及編譯、調試、運行和實時監控用戶程序。運行STEP 7-Micro/WIN軟件，看到的是英文界面。如果想切換為中文環境，執行菜單命令Tools”→“Options”，點擊出現的對話框左邊的“General”圖標，在“General”選項卡中，選擇語言為“Chinese”，單擊“OK”按鈕后，軟件將退出。退出后，再次啟動該軟件，界面和幫助文件均變為中文，在開始程序設計前必須對PLC進行通信連接，的那個PLC通信連接后在開始運行或者修改程序，在PLC程序梯形圖中，程序被分成稱為“網絡”的一些段。一個網絡是觸點、線圈和功能框的有序排列。能流只能從左向右流動，網絡中不能有斷路、開路和反方向的能流。書寫Plc程序的方法為在LAD編輯器中，它有4種輸入程序指令的方法：鼠標拖放、鼠標單擊、工具欄按鈕、特殊功能鍵（如F4、F6、F9等）LAD程序使用線段連接各個元件，可以使用工具欄上的“向下線”、“向上線”、“向左線”、“向右線”等連線按鈕，或者用鍵盤上的Ctrl+上、下、左、右箭頭鍵進行編輯。STEP 7-Micro/WIN軟件支持常用編輯軟件所具備的插入和刪除功能。通過鍵盤或者菜單命令可以方便地插入和刪除一行、一列、一個網絡、一個子程序或者中斷程序，在編輯區右鍵單擊要進行操作的位置，彈出快捷菜單，選擇“插入”或“刪除”選項，在彈出的子菜單中單擊要插入或刪除的項。子菜單中的“豎直”用來插入和刪除垂直的并聯線段。可以用“編輯”菜單中的命令進行以上相同的操作。按鍵盤上的Delete鍵可以刪除光標所在位置的元件。在編寫程序完成后，必須對程序進行編譯，當程序編譯無誤后才能下載至PLC運行，4.2 程序總體設計

由于設計中機械手運動方式有5種模式，分別是手動、自動回原點、連續、單周期、單步5種工作方式，且必須保證在每種模式工作下相互之間互不干擾，為了減少PLC的輸入點，使程序簡單明了，采用主程序OBI加子程序模塊的編寫方式，由于每種程序運行前都有一些必要的前期準備工作，例如在單步、單周期、連續工作時必須保證

第四章 程序設計

機械手處于原點位置，而在每種模式下工作機械手都有運送工件的操作，所以可將每種模式下工作的程序中都應具備的條件作為公用程序，為各種工作模式做前期準備工作，而公用程序是無條件執行的，即當下載并運行程序后PLC程序后自動掃描并運行公用程序，為子程序的運行做準備，設計中機械手有5種工作方式，而其中的單周期和連續工作方式所用的順序功能圖是同一個，其去唄僅僅是單周期只是允許機械手運行一次，而連續模式則是要求機械手連續不斷的運行，所以可以將單周期和連續工作作為一個單獨的子程序編寫；手動工作方式是為便于對機械手的檢修而設計的，其操作并不存在必然的邏輯連續，即步與步之間的操作互不影響，所以用一個單獨的子程序表達即可，而自動回原點程序是為其他各種工作方式做準備的，為了保證程序的運行穩定，在該模式下工作時，機械手無論處于任何位置都將自動返回原點，其步與步之間存在一定的邏輯關系，可以用一個單獨的子程序編寫；單步工作方式是主要是為了調試機械手運動是否穩定可靠而設計的，雖然其運動過程和單周期、連續工作的過程一樣，但在操作上存在一定的區別，單周期和連續式要求系統在按下啟動按鈕后程序將自動進行步與步之間的轉換，而單步工作方式是按下一次啟動按鈕系統將向前進行一步并停止，若要繼續下一步的操作，必須在按一次啟動按鈕，為了不和連續單周期的程序發生沖突，所以將單獨為單步程序編寫一個子程序，且其位存儲器也區別單周期和連續工作方式，目的是為了保證程序能穩定運行。

4.3 程序主體部分

4.3.1主程序OBI 語句表 LD SM0.0 CALL 公用:SBR0 LD SA1:I2.0 CALL 手動:SBR1 LD SA2:I2.1 CALL 自動回原點:SBR3 LD SA5:I2.4 O SA4:I2.3 CALL 自動程序:SBR2 LD SA3:I2.2

第四章 程序設計

CALL 單步:SBR4 以上指令為主程序塊指令，在主程序塊中，可以選擇相應的輸入點來選擇工作模式，每次只能選擇一種對應的工作模式，當選擇了對應的模式后，程序將自動調用相應子程序并運行，例如,當選擇了手動或者回原點程序后，系統將自動調用手動子程序或者回原點子程序，但不可以同時選擇兩種工作模式，因為機械手不可能同時在兩種模式下工作，例如，的那個機械手選擇了連續工作后，若此時在選擇回原點，機械手將無法判斷是進行連續操作還是回到原點位置。4.3.2 公用程序語句表 LD SQ4:I0.4 原點條件 A SQ2:I0.2 AN Q0.1 S M0.5, 1 = Q0.5 LD SM0.1 初始狀態 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 復位非初始步 O SA2:I2.1 R M2.0, 8 LD M2.0 復位原點標志 R M0.5, 1 以上為公用程序指令，公用程序是無條件執行的，它用于處理各種工作方式都要執行的任務，以及不同工作方式之間的相互切換處理，程序中當做限位開關I0.4好上 17

第四章 程序設計

限位開關I0.2的常開觸點和表示機械手松開的Q0.1的常閉觸點的串聯電路接通時，原點條件M0.5為ON，此時原位型號指示燈Q0.5接通，在開始執行用戶程序SM0.1為ON時，系統處于手動狀態或自動回原點狀態，初始步對應的M0.0將被置位，未進入單步、單周期、連續工作方式做準備，若此時M0.2為OFF狀態，初始步為不活動步，即使此時按下啟動按鈕也不能進行單步、單周期、連續工作的操作。4.3.3手動程序語句表 LD I1.2 夾緊 S Q0.1, 1 LD SQ3:I0.3 松開 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 程序設計

AN SQ3:I0.3 A SQ2:I0.2 AN Q0.4 = Q0.3 以上是手動程序的指令，啟動程序并按下手動操作按鈕I2.0時接通手動子程序，為了保證系統的安全運行，在手動程序中設置了必要的連鎖，設置上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖，以防止功能相反地來年各個輸出同時為ON，即當機械手左行時一定不可能進行右行，當機械手下降過程中，輸出上升Q0.2一定為OFF狀態。指令中的限位開關I0.1/I0.2/I0.3/I0.4的常閉觸點是用來限制機械手的移動范圍，即當機械手碰到限位開關時，相應的電磁閥斷電機械化手停止運行，限位開關可以防止意外的發生，而上限位開關I0.2的常開觸點與控制左、右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯，只有當機械手上升到最高位置時才能左右移動，此設置可以防止機械手在較低位置運行時與別的物體碰撞發生損壞，而只有當機械手在做左邊或者最右邊時才允許執行上升、下降和松開工件的操作，在手動模式下，當按下I1.1時，機械手局執行夾緊操作，輸出Q0.1并被置位，當按下I0.3時Q0.1被復位，此時PLC沒有輸出，按下I0.5和I0.4是機械手上升，按下I0.4和I1.0時，機械手下降，同時按下I0.6和I0.2時機械手左行,同時按下I1.1和I0.2時機械手右行，這既是機械手在手動狀態下的全部操作。4.3.4 自動程序語句表 LD SA5:I2.4 O I2.6 O SA4:I2.3 AN I1.7 = M0.6 轉換允許 LD SQ4:I0.4 A SA4:I2.3 O M0.5 A M0.6 O M0.0 19

第四章 程序設計

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 夾緊 上升

第四章 程序設計

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 松開 松開 21

第四章 程序設計

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 夾緊置位 計時器 計時器 上升 右行 左行 原位指示燈22

第四章 程序設計

以上用起保停電路編寫的自動程序指令，當啟動系統是，按下I2.4時將接通自動程序子程序，指令中的M0.6的常開觸點接在每一個控制代表步得存儲器位的啟動電路中，當它們斷開時將禁止步與步之間的活動狀態轉換，單周期與連續的工作方式相似，下面具體介紹兩者的工作的過程，當啟動系統并進入連續工作模式，即按下I2.4后，系統進入連續工作狀態，此時步與步之間的轉換標志M0.6被接通，系統掃描時首先執行公用程序，M0.0被置位，當掃描自動程序時，按下啟動按鈕I2.6后系統進入M3.1步，此時機械手開始運行離開原點位置開始下降，輸出為Q0.0，此時原點標志N0.5被復位，當機械手碰到下限為開關I0.1時是停止運行，此時線圈M2.1接通，機械手執行抓緊工件的操作，Q0.1被置位，輸出為0.1，此時并接通T37計時器延時2秒保證能安全穩定的抓取工件，當延時結束時接通線圈M3.2，機械手開始上升，輸出為Q0.1、Q0.2，當機械手碰到上限位開關I0.2時停止運行，此時接通線圈MM3.3，機械手開始右行，其輸出為Q0.1、Q0.3，當機械手右行到位碰到右限位開關時停止運行，此時接通線圈M3.4，機械手繼續夾緊工件執行下降操作，輸出為Q0.1、Q0.0，當機械手碰到下限位開關I0.1時，線圈M3.5得電，此時Q0.1被復位，機械手執行松開工件的操作，接通計時器T38并延時2秒，保證完全放開工件，計時結束后，接通線圈M3.6，此時機械手開始上升，輸出為Q0.2，當上升到位時碰到上限位開關I0.2，機械手停止上升，并接通線圈M3.7，機械手開始左行返回原點，當機械手碰到左限制為開關時停止，此時機械手完成一個周期的運行，由于我們選擇的連續運行模式，機械手在左移過程中碰到上限位開關的同時接通了線圈M4.0，此時M4.0步將轉換到M.1步并接通線圈M3.1，如此循環往復的進行下去，機械手就達到了連續操作的目的，若此時我們選擇的是單周期操作。即啟動系統是我們按下的按鈕為I2.3，當系統進行到最后一步是接接通線圈M4.0后。I2.4為OFF狀態，系統將不能進入M3.1步，而轉入M0.0步的初始狀態由于沒有碰到左限位開關斷電也不能運行M0.0步，這樣既可以達到單周期運行的目的。

4.3.5 自動回原點語句表

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

第四章 程序設計

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 程序設計

O M1.3 AN I1.7 AN M1.4 = M1.3 R Q0.1, 1 夾緊復位 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

以上指令為自動回原點程序的語句表，當我們在主程序中選擇了自動回原點工作模式后即按下I2.1后，機械手自動返回原點，該程序的設計思路是讓那個機械手能在任何位置和狀態下按下自動回原點按鈕后能自動返回原點，若子啊運行中出現特殊問題時，可通過停止按鈕I1.7停止機械手的運行，介于機械手在工作過程中可能停留在任何位置，所以我們根據機械手當時所處的狀態和位置將其分為三種情況進行處理，并將其編寫在同一字程序中，當機械手夾緊裝置松開時即Q0.0為0狀態，因為機械手是按照工作流程一步一步進行操作的，此時機械手沒有夾持工件，只可能處于

第四章 程序設計

上升狀態和左行狀態，可直接返回原點，當我們選擇了自動回原點工作方式按下啟動按鈕I2.6后應進入程序中的M1.4步，此時的轉換條件為I2.6 Q0.1，如果此時機械手已經在最上面，上限位開關I0.2為1狀態，在進入上升步后，因為轉換條件已經滿足，將馬上轉到左行步返回原點，此為第一種情況，第二種情況是當機械手處于夾緊狀態，且機械手在最右邊時，此時夾緊裝置Q0.1和右限位開關I0.3均處于1狀態，而此時應將工件放下后才能返回原點位置，按下啟動按鈕I2.6后，機械手轉入下降步M1.2，轉換條件為I2.6.Q0.1.I0.3，首先執行下降和松開操作，將工件放下后，機械手即返回原點，這是第二種情況，最后一種情況是當機械手裝置處于夾緊狀態，但機械手不在最右邊時，此時夾緊輸出Q0.1為1狀態，右限位開關I0.3為0狀態，當按下啟動按鈕后應進入步M1.0，此時轉換條件為I2.6.Q0.1.I0.3 ,機械手進入步M1.0后將按順序執行一個此工件的搬運工作后返回原點，即執行上升、右行、下降、松開、上升、左行返回原點。這既是機械手可能存在的位置情況劃分，當機械手返回原點后公用程序中的原點條件標志M0.5和原位指示燈Q0.5應為1狀態，當系統處于原點位置時即可以進行自動程序的運行。4.3.6 單步程序語句表 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 啟動 LD M2.0 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 26

第四章 程序設計

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

夾緊 上升 右行27

第四章 程序設計

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 松開 上升 28

第四章 程序設計

S M0.5, 1 左行 LD M2.0 O M2.4 AN SQ1:I0.1 = Q0.0 = Q0.5 夾緊置位 LD M2.1 S Q0.1, 1 TON T37, 20 夾緊 T37計時器計時 LD M2.5 R Q0.1, 1 TON T38, 20 松開 T38計時器計時 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

以上語句表為單步程序的子程序語句，在設計此程序是因為其實現的功能和單周期操作一樣，但單周期實現的為連續的操作，中間沒有間斷不需要人為的干擾便可自動運行，而單步工作是一步一步進行，且每一步的進行都需要人工啟動，主要是為了調試機械手而設計的操作，為了不和自動程序發生沖突，為單步工作方式單獨編寫獨立的子程序，并采用區別于自動程序的位存儲器M2.0到M3.0。當在主程序中選擇了單步工作方式后，即按下單步工作按鈕I2.2后即開始運行單步程序，因為單步狀態必須送原電位置開始啟動運行，左移此時系統掃描會先無條件執行公用程序，此時若機

第四章 程序設計

械手手處于原點狀態，則原點標志M0.5和原位信號指示燈Q0.5將為1狀態，此時我們按下啟動按鈕I2.6后便接通M2.0步，此時機械手開始下降，當碰到下限位限位開關I0.1時停止運動，但并不馬上轉到下一步的操作，此時必須人為的按下啟動按鈕I2.6后才可接通M2.1步，此時機械手執行夾緊操作，若此時正在調試機械手的運行情況，便可觀察到機械手在夾緊工件的過程中是否能在規定的2S時間內完成夾緊操作，若未能完成夾緊操作造成工件掉落，說明程序設計中給定的時間太短，又或者機械手夾取裝置防滑性能不好，便可找出原因對機械手程序進行修改或者對夾取裝置進行改進，當在按下啟動按鈕I2.6后機械手夾緊工件開始向上運行，的那個碰到上限位開關I0.2后停止運行，在此過程中我們可以檢查機械手的上限位和下限位限位開關、上升電磁閥和下降電磁閥是否正常工作，若為正常工作，機械手將不會停止，若此時發生故障不能停止，可通過停止按鈕I1.7強行停止機械手的運行，然后找出問題所在，機械手的單步工作程序的工作流程和單周期、連續操作一樣，區別在于其使用上，單周期和連續式為生產加工工件而設計，而單步是為檢修機械手而設計，在通過一次次按啟動按鈕的過程中觀察機械手的運動情況和穩定性，來檢修設備。4.3.7 PLC程序調試模擬調試

PLC程序模擬調試是使用S7-200仿真軟件對已編好的機械手運動控制程序進行調試，在調試程序時需對仿真軟件進行CPU模塊配置，本次調試中我們選擇CPU226模塊進行調試，然后將PLC程序用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件導出功能將機械手運動程序保存為仿真軟件所支持*awl文件格式，然后將*awl文件加載到使用仿真軟件中并下載，即可以開始調試程序，調試時，可用鼠標點擊CPU模塊下的開關面板上面的黑色部分，的那個開關向上是，觸點閉合，對應的輸入點變為綠色，但開關向下時，即出點斷開，輸入點變為灰色，在運行程序后，可通過觀察輸入點的顏色變化來檢查程序是否正確，本次仿真實驗的截圖如下圖4-1所示: 30

第四章 程序設計

圖4-1 4.3.8 上機調試

上機調試是在實際的PLC編程器上對程序進行調試和修改，當在計算機上對PLC程序模擬調試完成后，還應實際在PLC上對程序進行調試，以保證程序的完整和正確，在調試進行前，應對PLC進行連線并檢查PLC的各輸入輸出點是否正常工作，在確認PLC無任何輸入輸出點故障時，變可將寫好的OLC程序通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件導入計算機，首先我們應對PLC進行通信調試，在通信前應將PLC調解至RUN模式，然后將V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件和PLC控制器連接起來，在計算機和PLC通信成功后，將PLC在軟件中進行編譯，在確認無錯誤后，將機械手運動控制程 31

第四章 程序設計

序下載至PLC，然后通過鼠標操作計算機中的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件，然后點擊軟件中的小三角符號，即開始運行程序，然后觀察PLC的輸出點是否和程序中的輸出一致，由于在本次上機調試中，程序中的一些輸入點為機械手的限位開關，在實際中是有機械手的運動通過物理方法啟動，在上機調試過程中我們沒有機械手進行相應的工作，只能由人工將相應的輸入點按下，其實際效果和機械手按下一樣，然后觀察輸入輸出是否對應，在調試過程中我們可以通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件來輔助查看調試的結果，如程序出現錯誤，可以通過軟件中的開始狀態表監控、符號表、交叉引用表來檢查程序中的錯誤點以便幫助我們修改程序。4.3.9 程序調試中遇到的問題

在本次程序調試中遇到的問題主要有，在對單步程序、單周期和連續程序進行調試時，在開始調試時三個程序是共用一個子程序即自動程序，由于三者的工作過程相近，所以在開始寫程序時便將三個程序卸載一個子程序中運行，到哪子啊實際的上機調試過程中單周期和自動程序能夠按照預定的要求運行，在運行單步程序時，卻無法進行，經過對程序的檢查分析后，是由于PLC程序中的一些軟繼電器和軟元件位置在置位和無法自動復位，由于三種工作過方式共用一個子程序，也造成了一些位儲器沒有正常工作，由于多次的輸入造成沖突，使程序無法正常運行，在幾經調整后，決定單獨為單步程序編寫一個獨立的子程序并使用了區別于單周期和連續的位存儲器后，問題得到解決，單步程序和單周期、自動程序均可以正常運行，在其他的程序調試過程中，由于程序相對簡單，未遇到問題，調試結果和預期結果一致。

第四章 程序設計

第四篇：基于PLC控制的機械手設計(畢業論文)摘要

摘要

本文的主要內容是基于PLC的機械運動手控制，工業機械手是工業生產的產物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預定程序輸送工件或握持工具進行操作的自動化技術設備，對實現工業生產自動化，推動工業生產的進一步發展起著重要作用。本文將通過PLC程序來實現機械手的運動控制，PLC是一種以微處理器為核心的工業控制裝置，它采用了可編程序的存儲器，可以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時器、計數器和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的設備或生產過程。本文中機械手涉及到8個動作過程，我們將通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6PLC編程軟件來對其工作過程進行編程設計，V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6編程軟件操作簡單方便，而且還可以通過和計算機的通信實時的對工作程序進行模擬調試和修改，工業機械手是工業機器人的一部分，是機電一體化的結合，為了使工業機械手的操作自動化程度提高，本文還將加入機械手人機界面控制，通過觸摸屏的來對機械手的運功過程進行操作，人機界面能更加直觀方便的對機械手的運動過程進行控制和實時監控，本文將使用SIMATIC WinCC flexible 2007人機界面軟件來對機械手人機界面進行設計，使用PLC編程控制器和人機界面一起對工業機械手的運動過程進行控制。

關鍵字： 工業機械手 PLC 人機界面 機電一體化

Abstract

The main content of this paper is based on the PLC mechanical movements of the hand control, industrial machinery hand is the product of industrial production, it is a copy of the upper part of the human body functions, in accordance with predetermined program conveying workpieces or hold the tools to operate the equipment automation technology, to achieve industrial production automation, the promotion of industrial production of the further development plays an important role in.This will be through the PLC program to the manipulator motion control, PLC is a microprocessor as the core of industrial control device, it uses a programmable memory, can be in the implementation of its internal storage logical, sequential control, timer, counter and arithmetic operations such as instructions, and through digital, analog input and output, the control of various types of equipment or production process.In this paper the manipulator relates to the 8course of action, we will be through the V4.0STEP 7MicroWIN SP6PLC programming software on its working process of programming, V4.0STEP 7MicroWIN SP6 programming software operation is simple and convenient, but also through the communications and computer real time on work procedure of the simulation to debug and modify, industrial machinery hand is industrial robot part, is the integration of mechanical and electrical integration, in order to make the industrial manipulator operation has high degree of automation, this paper will also join the manipulator of man-machine interface control, through the touch screen to manipulator's moving process, man-machine interface can be more intuitive and convenient for the manipulator motion process control and real time monitoring, this paper will use the SIMATIC WinCC flexible 2007interface software for mechanical hand man-machine interface design, the use of PLC programming controller and human-machine interface for industrial manipulator motion process control.Keywords : industrial machinery hand PLC man-machine interface integration of mechanical and electrical

第五篇：【機電傳動控制】機械手控制

實驗二

搬運機械手的控制

一、實驗目的

掌握應用PLC技術設計工藝生產控制系統的思想和方法，掌握PLC的編程技巧和程序調試方法，訓練解決工程實際控制問題的能力。

二、實驗儀器設備

1、THPLC－2型可編程序控制器模擬實驗箱。

其中配備的主機為日本三菱FX1N－40MR型可編程序控制器，實驗面板中設有多個實驗區，本實驗對應的實驗區為“機械手動作的模擬”實驗區。

2、個人計算機。

3、FX-422CAB型RS-422纜線或FX-422CAB-150型RS-422纜線。

4、FX系列PLC編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C。

三、控制要求

有一搬運工件的機械手，其操作是將工件從左工作臺搬到右工作臺，工藝流程示意圖如下面附圖所示。

機械手通常位于原點。SQ1為下限位開關，SQ2為上限位開關，SQ3、SQ4分別為右限位開關和左限位開關。機械的上下左右移動以及工件的夾緊，均由電磁閥驅動氣缸來實現。電磁閥YV1控制機械手下降，YV2負責夾緊工件，YV3使機械手上升，YV4控制機械手右移，YV5控制機械手左移。

搬取工件時，按下啟動按鈕1SB，則：

① 機械手先由原點下降，碰到下限位開關SQ1后，停止下降；

② 夾緊電磁閥YV2動作將工件夾緊，為保證工件可靠夾緊，機械手在該位置等待3s； ③ 待夾緊后，機械手開始上升，碰到上限位開關SQ2后，停止上升； ④ 改向右移動，移到右限位開關SQ3位置時，停止右移； ⑤ 改為下降，至碰到下限位開關SQ1時，停止下降；

⑥ 機械手將工件松開，放在右工作臺上，為確保可靠松開，機械手在該位置停留2s； ⑦ 然后上升，碰到上限位開關SQ2后，停止上升；

⑧ 改為左移，回到原點，壓在左限位開關SQ4和上限位開關SQ2上，各電磁閥均失電，機械手停在原位。

再按下啟動按鈕時，又重復上述過程。

四、系統配置

根據控制要求畫出PLC的I/O分配表或I/O分配圖；

由于所采用的實驗箱中，已將PLC輸入輸出端外接的開關、按鈕和信號燈的部分線路連接好，放置于實驗模板內，因此，實驗時只要將PLC主機與“機械手動作的模擬”實驗模板兩者的外接插孔用連接線按需要插接好即可。

五、程序設計

要求采用兩種編程方法進行程序設計：

1、設計梯形圖（用基本指令和移位功能指令），列寫出相應的指令表；

2、設計狀態轉移圖，畫出相應的梯形圖（用步進指令和基本指令），寫出相應的指令表。參考程序如附圖。

六、程序的寫入、運行與調試

采用FX系列PLC編程軟件SWOPC-FXGP/WIN-C進行程序的寫入。

用基本指令編程的梯形圖，采取梯形圖的程序寫入方法；用步進指令編程的狀態轉移圖，采取梯形圖或指令表的程序寫入方法。

運行并調試程序，記錄運行調試過程，分析控制效果。

七、思考與練習題

在上述內容的基礎上，修改系統配置及控制程序，從而實現以下要求：

1、系統啟動工作后，自動運行5個工作循環，即機械手連續完成了5次搬運過程時，才使搬運停止；

2、搬運停止時使系統發出閃光報警信號，該信號為亮、滅各0.5秒，持續30秒后熄滅。

八、實驗報告要求

要求“實驗預習報告內容”填寫第一至四項的內容和第五項中的狀態轉移圖，“實驗原始記錄”填寫指令表，“實驗報告內容”填寫第五項中的兩種梯形圖和第六、七項的相關內容。

附圖：