第一篇：基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文)摘要
摘要
本文的主要內(nèi)容是基于PLC的機(jī)械運(yùn)動(dòng)手控制，工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定程序輸送工件或握持工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。本文將通過PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，可以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的設(shè)備或生產(chǎn)過程。本文中機(jī)械手涉及到8個(gè)動(dòng)作過程，我們將通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6PLC編程軟件來(lái)對(duì)其工作過程進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6編程軟件操作簡(jiǎn)單方便，而且還可以通過和計(jì)算機(jī)的通信實(shí)時(shí)的對(duì)工作程序進(jìn)行模擬調(diào)試和修改，工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一部分，是機(jī)電一體化的結(jié)合，為了使工業(yè)機(jī)械手的操作自動(dòng)化程度提高，本文還將加入機(jī)械手人機(jī)界面控制，通過觸摸屏的來(lái)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)功過程進(jìn)行操作，人機(jī)界面能更加直觀方便的對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，本文將使用SIMATIC WinCC flexible 2007人機(jī)界面軟件來(lái)對(duì)機(jī)械手人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用PLC編程控制器和人機(jī)界面一起對(duì)工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制。
關(guān)鍵字： 工業(yè)機(jī)械手 PLC 人機(jī)界面 機(jī)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
第二篇：PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)論文
XXX學(xué)校
XX辦學(xué)點(diǎn)畢業(yè)論文
課題名稱：PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì)
專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 籍 號(hào)： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 提交日期：
PLC控制機(jī)械手設(shè)計(jì)
（姓名）
摘 要：機(jī)械手是能夠模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運(yùn)工件或工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置，它能部分的代替人的手工勞動(dòng)。較高級(jí)型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動(dòng)作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大地改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。在我國(guó)，工業(yè)機(jī)械手近年來(lái)有較快的發(fā)展，投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用，并且很好的效果。本課題主要研究的問題是“近距離自動(dòng)移動(dòng)式機(jī)械手臂設(shè)計(jì)--氣壓驅(qū)動(dòng)式”。設(shè)計(jì)包括兩大方面，其中之一是自動(dòng)行走部分，另一部分為手臂的運(yùn)轉(zhuǎn)。采用同一驅(qū)動(dòng)能源--氣泵。行走部分可以采用氣壓馬達(dá)帶動(dòng)兩輪轉(zhuǎn)動(dòng)。氣壓泵固定在某處，用一根軟管將泵與馬達(dá)相連，馬達(dá)安裝在行走裝置中。運(yùn)動(dòng)手臂的直線運(yùn)動(dòng)用氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用氣壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。行走的時(shí)候手臂不動(dòng)，手臂運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，行走部分停止運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，氣壓驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)移動(dòng)，氣泵
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；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(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。
一、機(jī)械手組成
機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等組成。
（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)
包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。
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(lián)接手部和手臂的部件，其調(diào)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。
5、行走機(jī)構(gòu)：機(jī)械手為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機(jī)構(gòu)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的或是無(wú)軌的兩種。
6、機(jī)座：它是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于基座上，故起支承和聯(lián)接的作用。
（二）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置。常用的有液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)等四種形式。
1、液壓傳動(dòng)：是以油液的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。其主要特點(diǎn)是：抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏。但對(duì)密封裝置要求嚴(yán)格，不然有的泄漏對(duì)機(jī)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(dòng)：是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。其主要特點(diǎn)是介質(zhì)來(lái)源極方便、氣動(dòng)動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)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(huán)境中進(jìn)行工作。
3、機(jī)械傳動(dòng)：即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等）驅(qū)動(dòng)。其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、動(dòng)作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。它常被用于為工作主機(jī)的上、下料。
4、電力傳動(dòng)：即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)或功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)椴恍枰虚g的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，故機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其中直線電機(jī)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度快和行程長(zhǎng)，維護(hù)和使用方便。此類機(jī)械手目前還不多，但有發(fā)展前途。
（三）控制系統(tǒng)
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(jī)械手的重要組成部分，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給與機(jī)械手的指令信息（如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間），同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
（四）位置檢測(cè)裝置
控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的進(jìn)度達(dá)到設(shè)定位置。
二、設(shè)計(jì)內(nèi)容
這里介紹我將要做的近距離自動(dòng)移動(dòng)式機(jī)械手臂設(shè)計(jì)--氣壓驅(qū)動(dòng)。
（一）氣源系統(tǒng)
壓縮空氣是保證氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作的動(dòng)力源，空氣壓縮機(jī)是將動(dòng)力機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
（二）氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由氣缸和氣動(dòng)馬達(dá)。氣缸是利用壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它可以輸出力，驅(qū)動(dòng)工作部分作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)擺動(dòng)。氣缸可分為：?jiǎn)蜗蜃饔檬綒飧缀碗p作用式氣缸。氣動(dòng)馬達(dá)是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用同于液壓傳動(dòng)的油馬達(dá)。它輸出力矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
（三）空氣控制閥
1、壓力控制閥分為：調(diào)壓閥、安全閥和順序閥等。
2、流量控制閥是用來(lái)調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的流量、流速以改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作速度。流量控制閥主要有節(jié)流閥、單向截流閥和排氣節(jié)流閥等。
3、方向控制閥是用來(lái)控制氣流的方向、氣路的通斷，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作發(fā)生變化的氣動(dòng)原件。方向控制閥在整個(gè)氣動(dòng)元件中數(shù)量占有相當(dāng)大的比例，并在氣動(dòng)系統(tǒng)中起著神經(jīng)中樞的作用。
（四）氣動(dòng)基本回路
1、方向控制回路主要有：?jiǎn)巫饔脷飧字虚g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(shí)控制回路。
2、速度控制回路主要有：?jiǎn)巫饔脷飧椎乃俣瓤刂苹芈?，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(yùn)動(dòng)控制回路，雙缸同步動(dòng)作的速度控制回路，緩沖回路。
（五）其他部分
行走機(jī)構(gòu)有：車輪式行走機(jī)構(gòu)，履帶式行走機(jī)構(gòu)，步行式行走機(jī)構(gòu)。
三、機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)械手目前多數(shù)應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，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(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，將引起零件甚至機(jī)械手本身的損壞。
為此，機(jī)械手發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手，設(shè)它擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化作相應(yīng)的變更，如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)即能更正，并自行檢測(cè)。重點(diǎn)是研究視覺功能，將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前的機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)
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第三篇：機(jī)電一體化畢業(yè)論文-PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
論文名稱：
PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)
系部： 機(jī)車車輛學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí):
313-1 姓名：
全偉
指導(dǎo)教師：劉偉
二O一六年 一月
目錄
第一章 PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)………………………………...…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(shí)
…………………………………………..4 2.2 PLC的應(yīng)用與前景
………………………………………..5
第三章
PLC 的編程語(yǔ)言
…………………………………..7 3.1 梯形圖編程語(yǔ)言……………………………………………...7 3.2 功能塊圖編程語(yǔ)言……………………………………………8 第四章
PLC控制機(jī)械手的設(shè)計(jì)……………………………….9 4.1
機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用………………………………..9 4.2
各電器設(shè)備的制方式及控制要求…………………………..10 4.3
電器元件設(shè)備的選擇 ………………………………………12 4.4
控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) ………………………………...13 4.5
功能表圖設(shè)計(jì)
……………………………………………..26 第五章
設(shè)計(jì)小結(jié)
………………………………………………33 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………....…..34 謝辭
…………………………………………………….....35
PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)
1.1摘要： 當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導(dǎo)體到消費(fèi)類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)壓力當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導(dǎo)體到消費(fèi)類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)壓力，他們需要進(jìn)一步降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并能夠迅速完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。采用最新的自動(dòng)化技術(shù)才是解決這一系列問題的有效手段。
本次論文明確了機(jī)械手的功能需求和動(dòng)作流程通過查找了大量資料，了解完成了布進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的選型。通過對(duì)機(jī)械手制作流程的分析，確定采用PLC為核心的控制系統(tǒng)。在對(duì)機(jī)械手的分析設(shè)計(jì)部分梯形圖及控制程序，完成PLC的I/O點(diǎn)分配和硬件接線圖。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手，步進(jìn)電機(jī)，可編程序控制器
引言
機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個(gè)重要組成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無(wú)塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無(wú)法滿足該行業(yè)的需要。
機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近代幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)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(shí)
PLC的種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同，對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類.根據(jù) 1
PLC的結(jié)構(gòu)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(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式機(jī)構(gòu)。
整體PLC由不同PLC點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電等，沒有CPU，基本單元和擴(kuò)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(kuò)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(gè)單獨(dú)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(diǎn)是配置靈活、可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用這種模塊式結(jié)構(gòu)。
還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)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(dú)立的模塊。但它們之間是非電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以應(yīng)地疊裝，這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。2 按功能分
根據(jù)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(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷監(jiān)控等基本功能還可以少量模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)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(jī)控制系統(tǒng)。
（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(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程I/O，子程序，通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還可增設(shè)中斷控制，PID控制等功能，適應(yīng)于復(fù)雜控制系統(tǒng)。
（3）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號(hào)算術(shù)運(yùn)算，矩陣運(yùn)算，位邏輯運(yùn)算，平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。
按I/O點(diǎn)數(shù)分類
根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類
（1）.型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)<256點(diǎn)，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下
CE-I型
美國(guó)通用電氣（GE）公司 TI100
美國(guó)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(guó)西門子公司 EX20 EX40
日本東芝公司
SR-20/21
中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司（2）．中型——點(diǎn)數(shù)256-2048點(diǎn)，雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2-8K S7-300
德國(guó)西門子
SR-400
中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 SU-5 SU-6
德國(guó)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(diǎn)數(shù)>2048點(diǎn)，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量8-16K S7-400
德國(guó)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(yīng)用與前景
目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金，石油，化工，剪彩，機(jī)械制造，電力，汽車，輕工，環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格 的不斷提高，器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 2.2.1 強(qiáng)量邏輯運(yùn)算
利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)收等功能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，科取代傳統(tǒng)的繼電器控制用于單片機(jī)控制，多機(jī)群控制，生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例：機(jī)床，注塑機(jī)印刷機(jī)械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2.運(yùn)動(dòng)控制
大多數(shù)PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備。例如：各種機(jī)床，裝配機(jī)械。機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。4.數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳遞，轉(zhuǎn)換，排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，分析和處理，同時(shí)的通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：CNC設(shè)備進(jìn)行處理。5.通信聯(lián)網(wǎng)
PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)，PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元，通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，已實(shí)現(xiàn)信息的交換和構(gòu)成。集中管理分散控制的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。2.2.2 國(guó)外PLC發(fā)展概況
PLC在問世以來(lái)，經(jīng)過40多年的發(fā)展。在美、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC。較多的有美國(guó)：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國(guó)：西門子公司；法國(guó)：TE施耐德公司。韓國(guó)：三星、LG公司等
PLC的發(fā)展前景
（1）產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個(gè)方向發(fā)展
大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)，32位微處理器，多CPU并行工作，大容量存儲(chǔ)器，掃描速度快高速；
?。赫w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本；（2）PLC在閉環(huán)過程中應(yīng)用日益廣泛；（3 不斷加強(qiáng)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(yǔ)言
3.1可編程控制器的幾種編程語(yǔ)言
可編程控制器的編程語(yǔ)言按IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分主要包括圖形化編程語(yǔ)言和文本化編程語(yǔ)言。圖形化編程語(yǔ)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(yǔ)言包括:指令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本(ST-Structured Text)。這些語(yǔ)言是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的編程語(yǔ)言.而SFC編程語(yǔ)言則在兩類編程語(yǔ)言中均可使用。下面分別來(lái)介紹這幾種編程度語(yǔ)言。
3.1.1梯形圖編程語(yǔ)言(LD-Ladder Diagram)
梯形圖來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語(yǔ)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(hù)人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級(jí)通過各個(gè)觸點(diǎn)、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點(diǎn)是右 側(cè)的電力軌線。每一個(gè)觸點(diǎn)代表了一個(gè)布爾變量的狀態(tài)，每一個(gè)線圈代表了一個(gè)實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)，一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)梯級(jí)表示一個(gè)因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級(jí)的右面。
梯形圖編程語(yǔ)言具有如下特點(diǎn):(1)與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;(2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí);(3)對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)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(yǔ)言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)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(shí)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(yǔ)言(FBD-Function Block Diagram)
功能塊圖編程語(yǔ)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(lái)表示，每一個(gè)功能模塊的左側(cè)有不少于一個(gè)的輸入端，右側(cè)有不少于一個(gè)的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)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?；竟δ苣K如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時(shí)，脈沖輸出，計(jì)數(shù)器等等。功能塊編程語(yǔ)言具有以下特點(diǎn):(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(tài)，易操作。是有發(fā)展前途的一種編程語(yǔ)言;(3)對(duì)較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時(shí) 間;(4)因?yàn)槊恳粋€(gè)功能模塊要占用一定程序存儲(chǔ)空間，對(duì)功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此，這種語(yǔ)言在大中型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。
第四章 PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1各電器設(shè)備的控制方式及控制要求 機(jī)械手的技能和特性
根據(jù)古典力學(xué)觀點(diǎn)，物體在三維空間的靜止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機(jī)械手，其機(jī)能要接近人的上肢，則需要具有27個(gè)自由度，而每一個(gè)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(shù)狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機(jī)械手的功能搞得那么復(fù)雜，動(dòng)作彼此嚴(yán)重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機(jī)械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機(jī)、本體、手臂和手指都得有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，總共就要有24個(gè)自由度。這在實(shí)際上也是不必要的，這樣會(huì)使機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用增多。因此，不應(yīng)盲目模仿人手的動(dòng)作，增加過渡的自由度，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要的動(dòng)作，設(shè)計(jì)出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動(dòng)作。所以一般專用的機(jī)械手（不包括握緊動(dòng)作）通常具有二到三個(gè)自由度。而通用機(jī)械手一般取四到五個(gè)自由度。本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有五個(gè)自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動(dòng)、手臂左右擺動(dòng)、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。.軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)
機(jī)械手的傳動(dòng)分為液壓、氣壓、電氣和機(jī)械四種，本設(shè)計(jì)采用綜合傳動(dòng)方式，即手臂采用電氣傳動(dòng)，而手爪則采用氣壓傳動(dòng)。
(1)、夾緊機(jī)構(gòu)
機(jī)械手手爪使用來(lái)抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——手爪時(shí)，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式、運(yùn)行速度和加速度的情況來(lái)考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來(lái)計(jì)算。同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化，為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來(lái)更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活和動(dòng)作可靠。
夾緊機(jī)構(gòu)形式多樣，有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機(jī)構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式的夾緊機(jī)構(gòu)。
機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用二指式氣動(dòng)手爪。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)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(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)270度。
手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手臂采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，完成手臂的運(yùn)動(dòng)。改變發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，可控制手臂的兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的距離。同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳 動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。
4.2電器元件、設(shè)備的選擇
PLC機(jī)型的選擇
根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行PLC型號(hào)的選定。
進(jìn)行PLC選型時(shí)，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時(shí)，一般的PLC都可以滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號(hào)等情況時(shí)，要考慮輸入/輸出點(diǎn)的形式，最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。2 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)：
I/O點(diǎn)數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用點(diǎn)數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機(jī)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(fù)雜的系統(tǒng)。
此外，還應(yīng)考慮用戶儲(chǔ)存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實(shí)時(shí)控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。
本設(shè)備控制的對(duì)象是一個(gè)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，同時(shí)利用脈沖控制步進(jìn)店動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。松下FPO系列小型PLC具有性價(jià)比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，能滿足本對(duì)象各項(xiàng)控制性能要求，因此，本系統(tǒng)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(hào)進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。3
電源模塊的選擇：
采用Dm150系列開關(guān)電源。其特點(diǎn)是輸出功率大，體積小，重量輕，可靠性高，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓波動(dòng)，具有完備的過電壓、過電流保護(hù)功能。主要參數(shù)：
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(huán)境：-10~40度 4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇：
采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)。型號(hào)：42BYGH101。
快接線插頭中的紅色表示A相，藍(lán)色表示B相。
使用時(shí)如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)可以將A相或B相兩根線對(duì)調(diào)。（1）.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
采用中美合資SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出分等。如下圖所示。
驅(qū)動(dòng)模塊
電源輸入部分由電源模塊提供，用兩根導(dǎo)線連接，注意極性。
信號(hào)輸入部分：信號(hào)源由FPO主機(jī)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(hù)電路。
輸出部分：與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接，注意相序。（2.）傳感器
采用接近開關(guān)作為手爪旋轉(zhuǎn)和底盤旋轉(zhuǎn)限位檢測(cè)用;采用微動(dòng)開關(guān)作為橫軸、縱軸限位檢測(cè)用。
接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、藍(lán)、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。微動(dòng)開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作（常開點(diǎn)閉合）。
（3）FPO模塊
由松下FPO系列PLC晶體管輸出的主機(jī)，具有高速運(yùn)算能力、PID調(diào)節(jié)功能，同時(shí)可以輸出兩路脈沖控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。輸出兩路脈沖梯形圖及f/t。
（4）直流電動(dòng)機(jī)
采用36ZY5-12型直流電動(dòng)機(jī)。輸入電壓為12~24V,由FPO模塊控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。（5）旋轉(zhuǎn)碼盤
機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖。
4.3 控制流程圖
機(jī)械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機(jī)上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)（橫軸向手爪那邊移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng)）。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電動(dòng)機(jī)得電帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測(cè)到限位磁頭時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，PLC控制電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪加緊；延時(shí)過后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動(dòng)作。
圖4.1機(jī)械手控制流程圖
4.4控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) 1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
PLC硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)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(diǎn) 不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。由于接近開關(guān)有三根線，接線時(shí)注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負(fù)極，藍(lán)色的線接PLC的輸入端子。2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫工藝流程圖，即將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時(shí)、計(jì)數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設(shè)計(jì)。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(zhuǎn)脈沖 手正轉(zhuǎn)限位 手反轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 手反轉(zhuǎn) 底座正轉(zhuǎn) 底座反轉(zhuǎn) 電磁閥動(dòng)作
(1).確定輸入輸出接點(diǎn)的總數(shù)
輸入接點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB、行程開關(guān)SQ1——SQ4、光電開關(guān)SQ5，一共6個(gè)。輸出接點(diǎn)：YV1——YV2總共5個(gè)。(2).估算PC內(nèi)存總數(shù)
選取PC類型，PC內(nèi)存總數(shù)取決于程序指令總條數(shù)。PC內(nèi)存總數(shù)又是選取PC類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)指令總條數(shù)進(jìn)行估算。指令總條數(shù)=（10——20）*（輸入點(diǎn)數(shù)+輸出點(diǎn)數(shù)）
本例中指令總條數(shù)為（10——20）*（6+5）=110——220條。(3).輸入輸出點(diǎn)分配
如下圖是機(jī)械手輸入和輸出信號(hào)與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機(jī)械手回到原位時(shí)的指示燈，為了防止誤按啟動(dòng)按鈕引起機(jī)械手的誤動(dòng)作，增加了復(fù)位按鈕，啟動(dòng)時(shí)需要先按復(fù)位按鈕在按啟動(dòng)按鈕，否則機(jī)械手不會(huì)動(dòng)作。
圖4.2機(jī)械手PC輸入/輸出端子的分配
(4).方案選擇
考慮到機(jī)械手在工作時(shí)間時(shí)可能發(fā)生誤動(dòng)作行程開關(guān)而引起的不安全動(dòng)作，各個(gè)輸入開關(guān)信號(hào)只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如，SQ1的閉合信號(hào)只能當(dāng)機(jī)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(tài)時(shí)SQ1不起作用。為了達(dá)到這一目的，選擇使用移位寄存器來(lái)完成順序控制。3 梯形圖設(shè)計(jì)
機(jī)械手的控制屬順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說(shuō)明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。
（1）根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計(jì)
單步操作”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序;“自動(dòng)”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自動(dòng)”程序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。
圖4.3機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成
（2）各部分梯形圖的設(shè)計(jì)
通用部分梯形圖設(shè)計(jì)
A狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（X501接通）時(shí)，按下返回復(fù)位按鈕（X505）時(shí)被置位;在“單步操作”（X500接通）時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或 “返回復(fù)位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）
狀態(tài)器初始化梯形圖。
B狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如下圖。
圖4.4狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖
C狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換就被禁止。
在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被激勵(lì)并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。
在“步進(jìn)”工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。
在“手動(dòng)”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。
PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如下。
圖4.5狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖
通過對(duì)上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長(zhǎng)期被接通（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。
D單步操作梯形圖
手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖。“單步操作”時(shí)，按下夾持按鈕時(shí)，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時(shí)，Y431才會(huì)復(fù)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(jī)械手單步操作梯形圖
E返回原位梯形圖
在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)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(jī)械手返回原位梯形圖
F “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖
如下圖表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)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(shí)，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431置位，同時(shí)驅(qū)動(dòng)T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個(gè)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(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。這種控制過程用繼電器符號(hào)程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。
圖4.8機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖
用狀態(tài)器替代自動(dòng)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(tài)在圖中用雙線框表示。
圖4.9機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖
根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖，如下圖所示。
圖4.10機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖 繪制機(jī)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(gòu)成圖的形式作何在一起，得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖，如下圖所示。
圖4.11機(jī)械手PLC控制梯形圖 該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置。
4.5 功能表圖設(shè)計(jì)
步的劃分
分析被控對(duì)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(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來(lái)的步進(jìn)入新的步。如下圖所示，某液壓動(dòng)力滑臺(tái)的整個(gè)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(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變。
步也可根據(jù)被控對(duì)象工作狀態(tài)的變化來(lái)劃分，但被控對(duì)象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如下圖所示，初始狀態(tài)是停在原位不動(dòng)，當(dāng)?shù)玫狡饎?dòng)信號(hào)后開始快進(jìn)，快進(jìn)到加工位置轉(zhuǎn)為工進(jìn)，到達(dá)終點(diǎn)加工結(jié)束又轉(zhuǎn)為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺(tái)的整個(gè)工作過程可以劃分為停止（原位）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四步。但這些狀態(tài)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(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)與PLC輸出無(wú)關(guān)，那么快進(jìn)、工進(jìn)只能算一步。
總之，步的劃分應(yīng)以PLC輸出量狀態(tài)的變化來(lái)劃分，因?yàn)槲覀兪菫榱嗽O(shè)計(jì)PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態(tài)沒有變化時(shí)，就不存在程序的變化。2.轉(zhuǎn)換條件的確定
確定各相鄰步之間的轉(zhuǎn)換條件是順序控制設(shè)計(jì)法的重要步驟之一。轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)的動(dòng)作（通/斷）等。
如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺(tái)由停止（原位）轉(zhuǎn)為快進(jìn)，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動(dòng)按鈕SB1（即SB1的動(dòng)合觸點(diǎn)接通）；由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是行程開關(guān)SQ2動(dòng)作；由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是終點(diǎn)行程開關(guān)SQ3動(dòng)作；由快退轉(zhuǎn)為停止（原位）的轉(zhuǎn)換條件是原位行程開關(guān)SQ1動(dòng)作。轉(zhuǎn)換條件也可以是若干個(gè)信號(hào)的邏輯（與、或、非）組合。如：A1*A2、B1+B2。3.功能表圖的繪制
根據(jù)以上分析畫出描述系統(tǒng)工作過程的功能表圖，是順序控制設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)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(jù)功能表圖，采用某種編程方式設(shè)計(jì)出梯形圖程序。有關(guān)編程方式建在下一節(jié)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(tǒng)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(shù)，是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交流。
功能表圖是設(shè)計(jì)順序控制程序的有力工具。在順序控制設(shè)計(jì)法中，功能表圖的繪制是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。它直接決定用戶設(shè)計(jì)的PLC程序的質(zhì)量。
各個(gè)PLC廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國(guó)也動(dòng)制定了功能表圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)于1986年也頒布了功能圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（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(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動(dòng)作等要素組成。
C
步與動(dòng)作
前面已介紹過，用順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)的工作過程劃分成若干個(gè)狀態(tài)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(nèi)的數(shù)字是該步的編號(hào)。如下圖所示各步的編號(hào)為n-
1、。當(dāng)系統(tǒng)正工作于某一步時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，每個(gè)功能表圖至少應(yīng)n、n+1。編程時(shí)一般用PLC內(nèi)部軟繼電器來(lái)代表各步，因此經(jīng)常直接用相應(yīng)的內(nèi)部軟繼電器編號(hào)作為步的編號(hào)，如該有一個(gè)初始步。
所謂“動(dòng)作”是指某步活動(dòng)時(shí)，PLC向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令，或被控系統(tǒng)應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。動(dòng)作用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)步的矩形框相連接。如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，可用下圖中的兩種畫法來(lái)表示，但并不隱含這些動(dòng)作間的任何順序。
稱為“活動(dòng)步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，如
當(dāng)步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行。但應(yīng)注意表明動(dòng)作是保持型還是非保持型的。保持型的動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行該動(dòng)作，該步變?yōu)椴换顒?dòng)后繼續(xù)執(zhí)行該動(dòng)作；非保持型動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行，該步變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)動(dòng)作也停止執(zhí)行。一般保持型的動(dòng)作在功能表圖中應(yīng)該用文字或助記符標(biāo)注，而非保持型動(dòng)作不要標(biāo)注。D
有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換將步分隔開。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是按有向連線規(guī)定的路線進(jìn)行。有向連線上無(wú)箭頭標(biāo)注時(shí)，其進(jìn)展方向是從上倒下、從左到右。如果不是上述方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換來(lái)完成的。轉(zhuǎn)換是用與有向連線垂直的短劃線來(lái)表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉(zhuǎn)換隔開，而轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換之間也同樣不能直接相連，必須由步隔開。轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注表示轉(zhuǎn)換的短劃線旁邊。
轉(zhuǎn)換條件和，分別表示當(dāng)二進(jìn)制邏輯信號(hào)為“1”和“0”狀態(tài)時(shí)條件成立；轉(zhuǎn)換條件和1.分別表示的是，當(dāng)從“0”（斷開）到“1”（接通）和從“1”到“0”狀態(tài)條件成立。
功能表圖中轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)
步與步之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換應(yīng)同時(shí)具備兩個(gè)條件：①前幾步必須是“活動(dòng)步”；②對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立。
當(dāng)同時(shí)具備以上兩個(gè)條件時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)步的轉(zhuǎn)換，即所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)，而所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前幾步都變?yōu)椴换顒?dòng)。2.功能表圖的基本結(jié)構(gòu)
根據(jù)步與步之間轉(zhuǎn)換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結(jié)構(gòu)形式。（1）單序列結(jié)構(gòu)
功能表圖的單序列結(jié)構(gòu)形式最為簡(jiǎn)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(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換后面只有一步。（2）選擇序列結(jié)構(gòu)
選擇序列有開始和結(jié)束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結(jié)束稱為合并；選擇序列的分支是指一個(gè)前級(jí)步后面緊接著有若干個(gè)后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉(zhuǎn)換條件。分支中表示轉(zhuǎn)換的短劃線只能標(biāo)在水平線之下。
如下圖所示為選擇序列的分支。假設(shè)步4為活動(dòng)步，如果轉(zhuǎn)換條件a成立，則步4向步5實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件b成立，則步4向步7轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則步4向步9轉(zhuǎn)換。分支中一般同時(shí)只允許選擇其中一個(gè)序列。
選擇序列的合并是指幾個(gè)選擇分支合并到一個(gè)公共上。各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)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(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件d成立，則由步6向步11轉(zhuǎn)換；如果步8為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c成立，則步8向步11轉(zhuǎn)換；如果步10為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件f成立，則步10向步11轉(zhuǎn)換。
（3）并列序列結(jié)構(gòu)
并列序列也有開始與結(jié)束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結(jié)束也稱為合并。下圖（a）所示為并列序列的分支，它是指當(dāng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)后將同時(shí)使多個(gè)續(xù)步激活。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。如果步3為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c也成立，則4、6、8三步同時(shí)變成活動(dòng)步，而步3變?yōu)椴换顒?dòng)。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)步4、6、8被同時(shí)激活后，每一序列接下來(lái)的轉(zhuǎn)換將是獨(dú)立的。下圖（b）所示為并列序列的合并，當(dāng)直接在雙線上的所有前級(jí)步5、7、9都為活動(dòng)步時(shí)，轉(zhuǎn)換條件d成立，才能使轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)，即步10變?yōu)榛顒?dòng)步，而步5、7、9均變?yōu)椴换顒?dòng)步。
（4）子步結(jié)構(gòu)
在繪制復(fù)雜控制系統(tǒng)功能表圖時(shí)，為了使總體設(shè)計(jì)時(shí)容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，能更簡(jiǎn)潔地表示系統(tǒng)的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結(jié)構(gòu)形式，可避免一開始就陷入某些細(xì)節(jié)中。
所謂子步的結(jié)構(gòu)是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子部和轉(zhuǎn)換。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結(jié)構(gòu)形式。功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個(gè)子步。
子步結(jié)構(gòu)
這些子步序列通常表示整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)完整子總能，類似于計(jì)算機(jī)編程中的子程 序。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要先畫出簡(jiǎn)單的描述整個(gè)系統(tǒng)的總功能表圖，然后再進(jìn)一步畫出更詳細(xì)的子功能表圖。子步中可以包含更詳細(xì)的子步。這種采用子步的結(jié)構(gòu)形式，邏輯性強(qiáng)，思路清晰，可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。
功能表圖除以上四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際使用中還經(jīng)常碰到一些特殊序列，如跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等。
（5）跳步、重復(fù)和循環(huán)序列
除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常使用跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等特殊序列。這些序列實(shí)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(dāng)步3為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則跳過步4和步5直接進(jìn)入步6。
如下圖(b)所示為重復(fù)序列，當(dāng)步6為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件d步成立而條件e成立，則重復(fù)返回步5，重復(fù)執(zhí)行步5和步6。直到轉(zhuǎn)換條件d成立，重復(fù)結(jié)束，轉(zhuǎn)入步7。如下圖（c）所示為循環(huán)序列，在序列結(jié)束后，即步3為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件e成立，則直接返回初始步0，形成系統(tǒng)的循環(huán)。
跳步、重復(fù)和循環(huán)序列
在實(shí)際控制系統(tǒng)中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種系列，而經(jīng)常是上述各種序列結(jié)構(gòu)的組合。
第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)前夕最后也是最重要的一份作業(yè)，是對(duì)我們?nèi)昵髮W(xué)的一個(gè)總結(jié)，包含了我們?nèi)曛兴鶎W(xué)知識(shí)的積累，更是提升我們能力的一種方式。同時(shí)也是對(duì)我們學(xué)業(yè)的考核使我們的學(xué)業(yè)得以圓滿結(jié)束。
經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，可編程控制器和機(jī)械手的設(shè)計(jì)完畢，機(jī)械手的模型已設(shè)計(jì)完畢，其功能基本達(dá)到要求。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且只要修改控制程序，就可以讓機(jī)械手作出不同的動(dòng)作，控制的柔性很好。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)與探索的過程。在這個(gè)過程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和深刻的體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長(zhǎng)了知識(shí)、豐富了經(jīng)驗(yàn)。控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行于調(diào)試的過程來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是一項(xiàng)既復(fù)雜又辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂趣的過程，在設(shè)計(jì)過程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)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(shè)計(jì)中，體會(huì)到理論必須和實(shí)際相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多差異，出現(xiàn)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(shí)際運(yùn)用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。
參 考 文 獻(xiàn)
可編程序控制器的原理及應(yīng)用
機(jī)械工業(yè)出版社
主編
王衛(wèi)兵 可編程序控制器的原理應(yīng)用試驗(yàn)
機(jī)械工業(yè)出版社 主編
常斗南 機(jī)電傳動(dòng)與控制
華中理工大學(xué)出版社
主編 程憲平數(shù)控機(jī)床電氣控制
西安電子科技大學(xué)出版社
主編機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
高等教育出版
主編
張建民
姚永剛
謝辭
緊張充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，大學(xué)三年的生活也到了尾聲。回想起以往的美好時(shí)光，此時(shí)感慨萬(wàn)千，首先感謝指導(dǎo)教師黨老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的幫助，鼓勵(lì)和精心指導(dǎo)，黨老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄廓，關(guān)鍵是指導(dǎo)有方嚴(yán)格我們要求，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。置身黨老師的指導(dǎo)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(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風(fēng)，倍感溫馨。一股暖意細(xì)水長(zhǎng)流，源自內(nèi)心而又沐潤(rùn)全身，微言寸語(yǔ)豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠(chéng)的祝福導(dǎo)師合家歡樂，一生平安。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助我的師長(zhǎng)。同時(shí)感謝我的同學(xué)在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程其中對(duì)我莫大的鼓勵(lì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也算是對(duì)我們學(xué)習(xí)生涯的一個(gè)句號(hào)，回想三年大學(xué)時(shí)光，與老師和同學(xué)們的點(diǎn)點(diǎn)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(yè)設(shè)計(jì)，完成學(xué)業(yè)。謝謝你們，我所有的老師與同學(xué)。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(xué)們?cè)谖胰晟詈蛯W(xué)習(xí)中對(duì)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(xué)，希望大家以后工作順利。謝謝！
第四篇：基于PLC控制的機(jī)械手設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文)
第四章 程序設(shè)計(jì)
第四章 程序設(shè)計(jì)
4.1 編程軟件簡(jiǎn)介
STEP 7-Micro/WIN是西門子公司為S7-200系列PLC的開發(fā)而設(shè)計(jì)的，是基于Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，其功能非常強(qiáng)大，操作方便，使用簡(jiǎn)單，容易學(xué)習(xí)。軟件支持中文界面。其基本功能是創(chuàng)建、編輯和修改用戶程序以及編譯、調(diào)試、運(yùn)行和實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序。運(yùn)行STEP 7-Micro/WIN軟件，看到的是英文界面。如果想切換為中文環(huán)境，執(zhí)行菜單命令Tools”→“Options”，點(diǎn)擊出現(xiàn)的對(duì)話框左邊的“General”圖標(biāo)，在“General”選項(xiàng)卡中，選擇語(yǔ)言為“Chinese”，單擊“OK”按鈕后，軟件將退出。退出后，再次啟動(dòng)該軟件，界面和幫助文件均變?yōu)橹形?，在開始程序設(shè)計(jì)前必須對(duì)PLC進(jìn)行通信連接，的那個(gè)PLC通信連接后在開始運(yùn)行或者修改程序，在PLC程序梯形圖中，程序被分成稱為“網(wǎng)絡(luò)”的一些段。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是觸點(diǎn)、線圈和功能框的有序排列。能流只能從左向右流動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)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(biāo)拖放、鼠標(biāo)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(gè)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(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)子程序或者中斷程序，在編輯區(qū)右鍵單擊要進(jìn)行操作的位置，彈出快捷菜單，選擇“插入”或“刪除”選項(xiàng)，在彈出的子菜單中單擊要插入或刪除的項(xiàng)。子菜單中的“豎直”用來(lái)插入和刪除垂直的并聯(lián)線段?？梢杂谩熬庉嫛辈藛沃械拿钸M(jìn)行以上相同的操作。按鍵盤上的Delete鍵可以刪除光標(biāo)所在位置的元件。在編寫程序完成后，必須對(duì)程序進(jìn)行編譯，當(dāng)程序編譯無(wú)誤后才能下載至PLC運(yùn)行，4.2 程序總體設(shè)計(jì)
由于設(shè)計(jì)中機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方式有5種模式，分別是手動(dòng)、自動(dòng)回原點(diǎn)、連續(xù)、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(diǎn)，使程序簡(jiǎn)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(yùn)行前都有一些必要的前期準(zhǔn)備工作，例如在單步、單周期、連續(xù)工作時(shí)必須保證
第四章 程序設(shè)計(jì)
機(jī)械手處于原點(diǎn)位置，而在每種模式下工作機(jī)械手都有運(yùn)送工件的操作，所以可將每種模式下工作的程序中都應(yīng)具備的條件作為公用程序，為各種工作模式做前期準(zhǔn)備工作，而公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的，即當(dāng)下載并運(yùn)行程序后PLC程序后自動(dòng)掃描并運(yùn)行公用程序，為子程序的運(yùn)行做準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)中機(jī)械手有5種工作方式，而其中的單周期和連續(xù)工作方式所用的順序功能圖是同一個(gè)，其去唄僅僅是單周期只是允許機(jī)械手運(yùn)行一次，而連續(xù)模式則是要求機(jī)械手連續(xù)不斷的運(yùn)行，所以可以將單周期和連續(xù)工作作為一個(gè)單獨(dú)的子程序編寫；手動(dòng)工作方式是為便于對(duì)機(jī)械手的檢修而設(shè)計(jì)的，其操作并不存在必然的邏輯連續(xù)，即步與步之間的操作互不影響，所以用一個(gè)單獨(dú)的子程序表達(dá)即可，而自動(dòng)回原點(diǎn)程序是為其他各種工作方式做準(zhǔn)備的，為了保證程序的運(yùn)行穩(wěn)定，在該模式下工作時(shí)，機(jī)械手無(wú)論處于任何位置都將自動(dòng)返回原點(diǎn)，其步與步之間存在一定的邏輯關(guān)系，可以用一個(gè)單獨(dú)的子程序編寫；單步工作方式是主要是為了調(diào)試機(jī)械手運(yùn)動(dòng)是否穩(wěn)定可靠而設(shè)計(jì)的，雖然其運(yùn)動(dòng)過程和單周期、連續(xù)工作的過程一樣，但在操作上存在一定的區(qū)別，單周期和連續(xù)式要求系統(tǒng)在按下啟動(dòng)按鈕后程序?qū)⒆詣?dòng)進(jìn)行步與步之間的轉(zhuǎn)換，而單步工作方式是按下一次啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)將向前進(jìn)行一步并停止，若要繼續(xù)下一步的操作，必須在按一次啟動(dòng)按鈕，為了不和連續(xù)單周期的程序發(fā)生沖突，所以將單獨(dú)為單步程序編寫一個(gè)子程序，且其位存儲(chǔ)器也區(qū)別單周期和連續(xù)工作方式，目的是為了保證程序能穩(wěn)定運(yùn)行。
4.3 程序主體部分
4.3.1主程序OBI 語(yǔ)句表 LD SM0.0 CALL 公用:SBR0 LD SA1:I2.0 CALL 手動(dòng):SBR1 LD SA2:I2.1 CALL 自動(dòng)回原點(diǎn):SBR3 LD SA5:I2.4 O SA4:I2.3 CALL 自動(dòng)程序:SBR2 LD SA3:I2.2
第四章 程序設(shè)計(jì)
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(yīng)的輸入點(diǎn)來(lái)選擇工作模式，每次只能選擇一種對(duì)應(yīng)的工作模式，當(dāng)選擇了對(duì)應(yīng)的模式后，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用相應(yīng)子程序并運(yùn)行，例如,當(dāng)選擇了手動(dòng)或者回原點(diǎn)程序后，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)用手動(dòng)子程序或者回原點(diǎn)子程序，但不可以同時(shí)選擇兩種工作模式，因?yàn)闄C(jī)械手不可能同時(shí)在兩種模式下工作，例如，的那個(gè)機(jī)械手選擇了連續(xù)工作后，若此時(shí)在選擇回原點(diǎn)，機(jī)械手將無(wú)法判斷是進(jìn)行連續(xù)操作還是回到原點(diǎn)位置。4.3.2 公用程序語(yǔ)句表 LD SQ4:I0.4 原點(diǎn)條件 A SQ2:I0.2 AN Q0.1 S M0.5, 1 = Q0.5 LD SM0.1 初始狀態(tài) 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(fù)位非初始步 O SA2:I2.1 R M2.0, 8 LD M2.0 復(fù)位原點(diǎn)標(biāo)志 R M0.5, 1 以上為公用程序指令，公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的，它用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同工作方式之間的相互切換處理，程序中當(dāng)做限位開關(guān)I0.4好上 17
第四章 程序設(shè)計(jì)
限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Q0.1的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，原點(diǎn)條件M0.5為ON，此時(shí)原位型號(hào)指示燈Q0.5接通，在開始執(zhí)行用戶程序SM0.1為ON時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)，初始步對(duì)應(yīng)的M0.0將被置位，未進(jìn)入單步、單周期、連續(xù)工作方式做準(zhǔn)備，若此時(shí)M0.2為OFF狀態(tài)，初始步為不活動(dòng)步，即使此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)行單步、單周期、連續(xù)工作的操作。4.3.3手動(dòng)程序語(yǔ)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(shè)計(jì)
AN SQ3:I0.3 A SQ2:I0.2 AN Q0.4 = Q0.3 以上是手動(dòng)程序的指令，啟動(dòng)程序并按下手動(dòng)操作按鈕I2.0時(shí)接通手動(dòng)子程序，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了必要的連鎖，設(shè)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(lái)年各個(gè)輸出同時(shí)為ON，即當(dāng)機(jī)械手左行時(shí)一定不可能進(jìn)行右行，當(dāng)機(jī)械手下降過程中，輸出上升Q0.2一定為OFF狀態(tài)。指令中的限位開關(guān)I0.1/I0.2/I0.3/I0.4的常閉觸點(diǎn)是用來(lái)限制機(jī)械手的移動(dòng)范圍，即當(dāng)機(jī)械手碰到限位開關(guān)時(shí)，相應(yīng)的電磁閥斷電機(jī)械化手停止運(yùn)行，限位開關(guān)可以防止意外的發(fā)生，而上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯(lián)，只有當(dāng)機(jī)械手上升到最高位置時(shí)才能左右移動(dòng)，此設(shè)置可以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞發(fā)生損壞，而只有當(dāng)機(jī)械手在做左邊或者最右邊時(shí)才允許執(zhí)行上升、下降和松開工件的操作，在手動(dòng)模式下，當(dāng)按下I1.1時(shí)，機(jī)械手局執(zhí)行夾緊操作，輸出Q0.1并被置位，當(dāng)按下I0.3時(shí)Q0.1被復(fù)位，此時(shí)PLC沒有輸出，按下I0.5和I0.4是機(jī)械手上升，按下I0.4和I1.0時(shí)，機(jī)械手下降，同時(shí)按下I0.6和I0.2時(shí)機(jī)械手左行,同時(shí)按下I1.1和I0.2時(shí)機(jī)械手右行，這既是機(jī)械手在手動(dòng)狀態(tài)下的全部操作。4.3.4 自動(dòng)程序語(yǔ)句表 LD SA5:I2.4 O I2.6 O SA4:I2.3 AN I1.7 = M0.6 轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
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(jì)時(shí)器 計(jì)時(shí)器 上升 右行 左行 原位指示燈22
第四章 程序設(shè)計(jì)
以上用起保停電路編寫的自動(dòng)程序指令，當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)是，按下I2.4時(shí)將接通自動(dòng)程序子程序，指令中的M0.6的常開觸點(diǎn)接在每一個(gè)控制代表步得存儲(chǔ)器位的啟動(dòng)電路中，當(dāng)它們斷開時(shí)將禁止步與步之間的活動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，單周期與連續(xù)的工作方式相似，下面具體介紹兩者的工作的過程，當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)并進(jìn)入連續(xù)工作模式，即按下I2.4后，系統(tǒng)進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)，此時(shí)步與步之間的轉(zhuǎn)換標(biāo)志M0.6被接通，系統(tǒng)掃描時(shí)首先執(zhí)行公用程序，M0.0被置位，當(dāng)掃描自動(dòng)程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后系統(tǒng)進(jìn)入M3.1步，此時(shí)機(jī)械手開始運(yùn)行離開原點(diǎn)位置開始下降，輸出為Q0.0，此時(shí)原點(diǎn)標(biāo)志N0.5被復(fù)位，當(dāng)機(jī)械手碰到下限為開關(guān)I0.1時(shí)是停止運(yùn)行，此時(shí)線圈M2.1接通，機(jī)械手執(zhí)行抓緊工件的操作，Q0.1被置位，輸出為0.1，此時(shí)并接通T37計(jì)時(shí)器延時(shí)2秒保證能安全穩(wěn)定的抓取工件，當(dāng)延時(shí)結(jié)束時(shí)接通線圈M3.2，機(jī)械手開始上升，輸出為Q0.1、Q0.2，當(dāng)機(jī)械手碰到上限位開關(guān)I0.2時(shí)停止運(yùn)行，此時(shí)接通線圈MM3.3，機(jī)械手開始右行，其輸出為Q0.1、Q0.3，當(dāng)機(jī)械手右行到位碰到右限位開關(guān)時(shí)停止運(yùn)行，此時(shí)接通線圈M3.4，機(jī)械手繼續(xù)夾緊工件執(zhí)行下降操作，輸出為Q0.1、Q0.0，當(dāng)機(jī)械手碰到下限位開關(guān)I0.1時(shí)，線圈M3.5得電，此時(shí)Q0.1被復(fù)位，機(jī)械手執(zhí)行松開工件的操作，接通計(jì)時(shí)器T38并延時(shí)2秒，保證完全放開工件，計(jì)時(shí)結(jié)束后，接通線圈M3.6，此時(shí)機(jī)械手開始上升，輸出為Q0.2，當(dāng)上升到位時(shí)碰到上限位開關(guān)I0.2，機(jī)械手停止上升，并接通線圈M3.7，機(jī)械手開始左行返回原點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械手碰到左限制為開關(guān)時(shí)停止，此時(shí)機(jī)械手完成一個(gè)周期的運(yùn)行，由于我們選擇的連續(xù)運(yùn)行模式，機(jī)械手在左移過程中碰到上限位開關(guān)的同時(shí)接通了線圈M4.0，此時(shí)M4.0步將轉(zhuǎn)換到M.1步并接通線圈M3.1，如此循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行下去，機(jī)械手就達(dá)到了連續(xù)操作的目的，若此時(shí)我們選擇的是單周期操作。即啟動(dòng)系統(tǒng)是我們按下的按鈕為I2.3，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行到最后一步是接接通線圈M4.0后。I2.4為OFF狀態(tài)，系統(tǒng)將不能進(jìn)入M3.1步，而轉(zhuǎn)入M0.0步的初始狀態(tài)由于沒有碰到左限位開關(guān)斷電也不能運(yùn)行M0.0步，這樣既可以達(dá)到單周期運(yùn)行的目的。
4.3.5 自動(dòng)回原點(diǎn)語(yǔ)句表
LD I1.2 S Q0.1, 1 LD I2.6 A Q0.1
第四章 程序設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
O M1.3 AN I1.7 AN M1.4 = M1.3 R Q0.1, 1 夾緊復(fù)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(dòng)回原點(diǎn)程序的語(yǔ)句表，當(dāng)我們?cè)谥鞒绦蛑羞x擇了自動(dòng)回原點(diǎn)工作模式后即按下I2.1后，機(jī)械手自動(dòng)返回原點(diǎn)，該程序的設(shè)計(jì)思路是讓那個(gè)機(jī)械手能在任何位置和狀態(tài)下按下自動(dòng)回原點(diǎn)按鈕后能自動(dòng)返回原點(diǎn)，若子啊運(yùn)行中出現(xiàn)特殊問題時(shí)，可通過停止按鈕I1.7停止機(jī)械手的運(yùn)行，介于機(jī)械手在工作過程中可能停留在任何位置，所以我們根據(jù)機(jī)械手當(dāng)時(shí)所處的狀態(tài)和位置將其分為三種情況進(jìn)行處理，并將其編寫在同一字程序中，當(dāng)機(jī)械手夾緊裝置松開時(shí)即Q0.0為0狀態(tài)，因?yàn)闄C(jī)械手是按照工作流程一步一步進(jìn)行操作的，此時(shí)機(jī)械手沒有夾持工件，只可能處于
第四章 程序設(shè)計(jì)
上升狀態(tài)和左行狀態(tài)，可直接返回原點(diǎn)，當(dāng)我們選擇了自動(dòng)回原點(diǎn)工作方式按下啟動(dòng)按鈕I2.6后應(yīng)進(jìn)入程序中的M1.4步，此時(shí)的轉(zhuǎn)換條件為I2.6 Q0.1，如果此時(shí)機(jī)械手已經(jīng)在最上面，上限位開關(guān)I0.2為1狀態(tài)，在進(jìn)入上升步后，因?yàn)檗D(zhuǎn)換條件已經(jīng)滿足，將馬上轉(zhuǎn)到左行步返回原點(diǎn)，此為第一種情況，第二種情況是當(dāng)機(jī)械手處于夾緊狀態(tài)，且機(jī)械手在最右邊時(shí)，此時(shí)夾緊裝置Q0.1和右限位開關(guān)I0.3均處于1狀態(tài)，而此時(shí)應(yīng)將工件放下后才能返回原點(diǎn)位置，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后，機(jī)械手轉(zhuǎn)入下降步M1.2，轉(zhuǎn)換條件為I2.6.Q0.1.I0.3，首先執(zhí)行下降和松開操作，將工件放下后，機(jī)械手即返回原點(diǎn)，這是第二種情況，最后一種情況是當(dāng)機(jī)械手裝置處于夾緊狀態(tài)，但機(jī)械手不在最右邊時(shí)，此時(shí)夾緊輸出Q0.1為1狀態(tài)，右限位開關(guān)I0.3為0狀態(tài)，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后應(yīng)進(jìn)入步M1.0，此時(shí)轉(zhuǎn)換條件為I2.6.Q0.1.I0.3 ,機(jī)械手進(jìn)入步M1.0后將按順序執(zhí)行一個(gè)此工件的搬運(yùn)工作后返回原點(diǎn)，即執(zhí)行上升、右行、下降、松開、上升、左行返回原點(diǎn)。這既是機(jī)械手可能存在的位置情況劃分，當(dāng)機(jī)械手返回原點(diǎn)后公用程序中的原點(diǎn)條件標(biāo)志M0.5和原位指示燈Q0.5應(yīng)為1狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)處于原點(diǎn)位置時(shí)即可以進(jìn)行自動(dòng)程序的運(yùn)行。4.3.6 單步程序語(yǔ)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(dòng) LD M2.0 A SA3:I2.2 A I2.6 A SQ1:I0.1 26
第四章 程序設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
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(jì)時(shí)器計(jì)時(shí) LD M2.5 R Q0.1, 1 TON T38, 20 松開 T38計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí) 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(yǔ)句表為單步程序的子程序語(yǔ)句，在設(shè)計(jì)此程序是因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)的功能和單周期操作一樣，但單周期實(shí)現(xiàn)的為連續(xù)的操作，中間沒有間斷不需要人為的干擾便可自動(dòng)運(yùn)行，而單步工作是一步一步進(jìn)行，且每一步的進(jìn)行都需要人工啟動(dòng)，主要是為了調(diào)試機(jī)械手而設(shè)計(jì)的操作，為了不和自動(dòng)程序發(fā)生沖突，為單步工作方式單獨(dú)編寫?yīng)毩⒌淖映绦?，并采用區(qū)別于自動(dòng)程序的位存儲(chǔ)器M2.0到M3.0。當(dāng)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(yùn)行單步程序，因?yàn)閱尾綘顟B(tài)必須送原電位置開始啟動(dòng)運(yùn)行，左移此時(shí)系統(tǒng)掃描會(huì)先無(wú)條件執(zhí)行公用程序，此時(shí)若機(jī)
第四章 程序設(shè)計(jì)
械手手處于原點(diǎn)狀態(tài)，則原點(diǎn)標(biāo)志M0.5和原位信號(hào)指示燈Q0.5將為1狀態(tài)，此時(shí)我們按下啟動(dòng)按鈕I2.6后便接通M2.0步，此時(shí)機(jī)械手開始下降，當(dāng)碰到下限位限位開關(guān)I0.1時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，但并不馬上轉(zhuǎn)到下一步的操作，此時(shí)必須人為的按下啟動(dòng)按鈕I2.6后才可接通M2.1步，此時(shí)機(jī)械手執(zhí)行夾緊操作，若此時(shí)正在調(diào)試機(jī)械手的運(yùn)行情況，便可觀察到機(jī)械手在夾緊工件的過程中是否能在規(guī)定的2S時(shí)間內(nèi)完成夾緊操作，若未能完成夾緊操作造成工件掉落，說(shuō)明程序設(shè)計(jì)中給定的時(shí)間太短，又或者機(jī)械手夾取裝置防滑性能不好，便可找出原因?qū)C(jī)械手程序進(jìn)行修改或者對(duì)夾取裝置進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)在按下啟動(dòng)按鈕I2.6后機(jī)械手夾緊工件開始向上運(yùn)行，的那個(gè)碰到上限位開關(guān)I0.2后停止運(yùn)行，在此過程中我們可以檢查機(jī)械手的上限位和下限位限位開關(guān)、上升電磁閥和下降電磁閥是否正常工作，若為正常工作，機(jī)械手將不會(huì)停止，若此時(shí)發(fā)生故障不能停止，可通過停止按鈕I1.7強(qiáng)行停止機(jī)械手的運(yùn)行，然后找出問題所在，機(jī)械手的單步工作程序的工作流程和單周期、連續(xù)操作一樣，區(qū)別在于其使用上，單周期和連續(xù)式為生產(chǎn)加工工件而設(shè)計(jì)，而單步是為檢修機(jī)械手而設(shè)計(jì)，在通過一次次按啟動(dòng)按鈕的過程中觀察機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)情況和穩(wěn)定性，來(lái)檢修設(shè)備。4.3.7 PLC程序調(diào)試模擬調(diào)試
PLC程序模擬調(diào)試是使用S7-200仿真軟件對(duì)已編好的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制程序進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試程序時(shí)需對(duì)仿真軟件進(jìn)行CPU模塊配置，本次調(diào)試中我們選擇CPU226模塊進(jìn)行調(diào)試，然后將PLC程序用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件導(dǎo)出功能將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)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(diào)試程序，調(diào)試時(shí)，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊CPU模塊下的開關(guān)面板上面的黑色部分，的那個(gè)開關(guān)向上是，觸點(diǎn)閉合，對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)變?yōu)榫G色，但開關(guān)向下時(shí)，即出點(diǎn)斷開，輸入點(diǎn)變?yōu)榛疑谶\(yùn)行程序后，可通過觀察輸入點(diǎn)的顏色變化來(lái)檢查程序是否正確，本次仿真實(shí)驗(yàn)的截圖如下圖4-1所示: 30
第四章 程序設(shè)計(jì)
圖4-1 4.3.8 上機(jī)調(diào)試
上機(jī)調(diào)試是在實(shí)際的PLC編程器上對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上對(duì)PLC程序模擬調(diào)試完成后，還應(yīng)實(shí)際在PLC上對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，以保證程序的完整和正確，在調(diào)試進(jìn)行前，應(yīng)對(duì)PLC進(jìn)行連線并檢查PLC的各輸入輸出點(diǎn)是否正常工作，在確認(rèn)PLC無(wú)任何輸入輸出點(diǎn)故障時(shí)，變可將寫好的OLC程序通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，首先我們應(yīng)對(duì)PLC進(jìn)行通信調(diào)試，在通信前應(yīng)將PLC調(diào)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(lái)，在計(jì)算機(jī)和PLC通信成功后，將PLC在軟件中進(jìn)行編譯，在確認(rèn)無(wú)錯(cuò)誤后，將機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制程 31
第四章 程序設(shè)計(jì)
序下載至PLC，然后通過鼠標(biāo)操作計(jì)算機(jī)中的V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件，然后點(diǎn)擊軟件中的小三角符號(hào)，即開始運(yùn)行程序，然后觀察PLC的輸出點(diǎn)是否和程序中的輸出一致，由于在本次上機(jī)調(diào)試中，程序中的一些輸入點(diǎn)為機(jī)械手的限位開關(guān)，在實(shí)際中是有機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)通過物理方法啟動(dòng)，在上機(jī)調(diào)試過程中我們沒有機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的工作，只能由人工將相應(yīng)的輸入點(diǎn)按下，其實(shí)際效果和機(jī)械手按下一樣，然后觀察輸入輸出是否對(duì)應(yīng)，在調(diào)試過程中我們可以通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件來(lái)輔助查看調(diào)試的結(jié)果，如程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以通過軟件中的開始狀態(tài)表監(jiān)控、符號(hào)表、交叉引用表來(lái)檢查程序中的錯(cuò)誤點(diǎn)以便幫助我們修改程序。4.3.9 程序調(diào)試中遇到的問題
在本次程序調(diào)試中遇到的問題主要有，在對(duì)單步程序、單周期和連續(xù)程序進(jìn)行調(diào)試時(shí)，在開始調(diào)試時(shí)三個(gè)程序是共用一個(gè)子程序即自動(dòng)程序，由于三者的工作過程相近，所以在開始寫程序時(shí)便將三個(gè)程序卸載一個(gè)子程序中運(yùn)行，到哪子啊實(shí)際的上機(jī)調(diào)試過程中單周期和自動(dòng)程序能夠按照預(yù)定的要求運(yùn)行，在運(yùn)行單步程序時(shí)，卻無(wú)法進(jìn)行，經(jīng)過對(duì)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(wú)法自動(dòng)復(fù)位，由于三種工作過方式共用一個(gè)子程序，也造成了一些位儲(chǔ)器沒有正常工作，由于多次的輸入造成沖突，使程序無(wú)法正常運(yùn)行，在幾經(jīng)調(diào)整后，決定單獨(dú)為單步程序編寫一個(gè)獨(dú)立的子程序并使用了區(qū)別于單周期和連續(xù)的位存儲(chǔ)器后，問題得到解決，單步程序和單周期、自動(dòng)程序均可以正常運(yùn)行，在其他的程序調(diào)試過程中，由于程序相對(duì)簡(jiǎn)單，未遇到問題，調(diào)試結(jié)果和預(yù)期結(jié)果一致。
第四章 程序設(shè)計(jì)
第五篇：plc機(jī)械手課程設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
目錄 引言.................................................................5 2 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容...................................................6 2.1設(shè)計(jì)目的.......................................................4 2.2.主要內(nèi)容.......................................................4 3 氣動(dòng)機(jī)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(jī)械手的選擇和論證.............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC簡(jiǎn)介...................................................6 4.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置.......................................6 4.1.3 PLC的選擇及論證..........................................7 4.2機(jī)械手.........................................................7 4.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介.................................................7 4.2.2機(jī)械手的選擇...............................................8 5 硬件電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)及描述..................................................10 6.1機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手動(dòng)單步操作程序..............................................11 6.4自動(dòng)操作程序..................................................12 6.5機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖..........................................12 6.6指令語(yǔ)句表....................................................13 7 心得體會(huì)...........................................................15 參考文獻(xiàn).............................................................16
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
1引 言
在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化，自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效的辦法；控制機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75%是小批量生產(chǎn)，金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5%。從這里看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。并且在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)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(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。
機(jī)械手采用plc控制，具有可靠性高，改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論進(jìn)行時(shí)間控制還是控制或混合控制，都可以通過設(shè)置plc的程序?qū)崿F(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序改變程序，是機(jī)械手通用性更好。
采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好。阻力損失和泄露減少。不會(huì)污染環(huán)境，造價(jià)低。
在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)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(yùn)送到指定目標(biāo)位置氣動(dòng)機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容
2.1設(shè)計(jì)目的
1、培養(yǎng)plc設(shè)計(jì)能力；
2、擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu)；
3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力；
4、是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。通過本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)自己對(duì)機(jī)械手和PLC的認(rèn)識(shí)，以及它們?cè)谏钪袕V泛應(yīng)用。
2.2主要內(nèi)容
1.正確選用機(jī)械手和PLC類 2.繪制I/O分配 3.設(shè)計(jì)梯形圖 4.指令語(yǔ)句 5.模擬調(diào)試 氣動(dòng)機(jī)械手的操作要求及功能
3.1操作要求
氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖1所示，氣動(dòng)機(jī)械手的功能是將工件從A處移送到B處。控制要求為：
1、氣動(dòng)機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來(lái)的狀態(tài)，必須驅(qū)動(dòng)反向的線圈才能反向運(yùn)動(dòng)；
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(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥Q0.1來(lái)實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開工件；
4、機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延1S實(shí)現(xiàn)；
5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)I1.0、I0.5、I1.1、I0.6來(lái)實(shí)現(xiàn)；
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3.2操作功能
機(jī)械手的操作面板如圖2所示。機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。
1、手動(dòng)工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作；
2、連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手就會(huì)連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；
3、單步工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；
4、單周期工作方式時(shí)，每按下一次啟動(dòng)安鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期；
5、傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件；
6、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作。
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 PLC及機(jī)械手的選擇和論證
4.1 PLC 4.1.1 PLC簡(jiǎn)介
可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。
4.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)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(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無(wú)任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開
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放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。
CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU。與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。
存儲(chǔ)器：可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。I/O模塊：PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)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(shí)，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(shè)備：外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 1.編程設(shè)備2.監(jiān)控設(shè)備3.存儲(chǔ)設(shè)備.4.輸入輸出設(shè)備.4.2 機(jī)械手
4.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介
mechanical hand 也被稱為自動(dòng)手，auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。
機(jī)械手簡(jiǎn)述:機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡(jiǎn)單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。
1．執(zhí)行機(jī)構(gòu)
機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來(lái)夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。支柱用來(lái)支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。
2．傳動(dòng)系統(tǒng)
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執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。
3.控制系統(tǒng)
機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作，簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作．動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
4.2.2機(jī)械手選擇
由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。并且根據(jù)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的是氣動(dòng)機(jī)械式。硬件電路設(shè)計(jì)及描述
5.1 操作方式
設(shè)備的操作方式一般可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩大類，手動(dòng)操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動(dòng)操作方式用于設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行。
手動(dòng)操作方式------手動(dòng)操作：用單個(gè)按鈕接通或斷開各自對(duì)應(yīng)的負(fù)載。
自動(dòng)操作方式------單步運(yùn)行：每按一次啟動(dòng)按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個(gè)工步。------單周期運(yùn)行：在原點(diǎn)位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運(yùn)行；再按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，直到原位停止。
-------連續(xù)運(yùn)行：在原點(diǎn)位置按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運(yùn)行。中途按下停止按鈕，設(shè)備運(yùn)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(shè)計(jì)及描述
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6.1 主程序設(shè)計(jì)
主程序是整個(gè)程序的開始，系統(tǒng)讀取的時(shí)候一定從主程序開始，至于之后需執(zhí)行哪個(gè)子程序，都在主程序中體現(xiàn)。SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，鏈接公用程序，公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的；在手動(dòng)控制方式中，I2.0為ON時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行“手動(dòng)”子程序；在回原點(diǎn)控制方式中，I2.1為ON時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序；在單步、單周期和連續(xù)控制方式中，I2.2、I2.3、I2.4并聯(lián)，其中任何一個(gè)為ON時(shí)，執(zhí)行“自動(dòng)”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(shè)計(jì)
公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及不同的工作方式之間相互切換的處理。左限位開關(guān)I0.4、上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的Q0.1的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)接通時(shí)，“原點(diǎn)條件”M0.5變?yōu)镺N，機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)，在開始執(zhí)行用戶程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)時(shí)，初始步對(duì)應(yīng)的M0.0將被置位，為進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式作好準(zhǔn)備。若M0.5為OFF狀態(tài)，M0.0被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入步M2.0，系統(tǒng)不能在單步、單周期和連續(xù)工作方式下工作。
當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式和回原點(diǎn)方式時(shí)，必須將單步、單周期以及連續(xù)工作方式程序中，除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位（M2.0~M2.7）復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)部的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。如果不是回原點(diǎn)方式，I2.1的常閉觸點(diǎn)閉合，代表回原點(diǎn)中的各步
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M1.0~M1.5復(fù)位。在非連續(xù)方式，I2.4的常閉觸點(diǎn)閉合，表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。公用程序梯形圖為：
圖2-2 公用程序梯形圖
6.3 手動(dòng)程序設(shè)計(jì)
在手動(dòng)程序中，為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)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(gè)輸出同時(shí)為ON；限位開關(guān)I1.2的常開觸點(diǎn)閉合使得輸出Q0.1置位得電，表示工件已夾緊；當(dāng)左限位開關(guān)或右限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)閉合同時(shí)限位開關(guān)I0.7常開觸點(diǎn)閉合時(shí)，輸出Q0.1復(fù)位失電，表示工件已松開；I0.1~I0.4的常閉觸點(diǎn)，限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍；上限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)與控制左右行的Q0.4和Q0.3的線圈串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞；只允許機(jī)械手在最左邊或最右邊時(shí)上升、下降和松開工件。
手動(dòng)程序梯形圖為：
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圖2-3 手動(dòng)程序梯形圖
6．4 自動(dòng)程序設(shè)計(jì)
自動(dòng)程序（包括單步、單周期和連續(xù)）采用起保停電路控制。單周期、連續(xù)和單步工作方式主要用“連續(xù)”標(biāo)志M0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6來(lái)區(qū)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(biāo)志。當(dāng)系統(tǒng)處于單步工作狀態(tài)時(shí)，I2.2常閉觸點(diǎn)斷開，只有在每按下一次啟動(dòng)按鈕I2.6，M0.6才能得電一個(gè)掃描周期，程序執(zhí)行一步，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)單步執(zhí)行，此時(shí)轉(zhuǎn)換不允許。當(dāng)系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，M0.6始終得電，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后同時(shí)未按停止按鈕I2.7之前，“連續(xù)”標(biāo)志M0.7始終得電，系統(tǒng)首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電，進(jìn)而開始程序執(zhí)行，由于M0.7始終得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，使得程序執(zhí)行完一個(gè)周期后不在進(jìn)入初始步M0.0，而是直接進(jìn)入M2.0，開始了下一個(gè)周期的執(zhí)行，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)處于單周期工作狀態(tài)時(shí)，M0.7不得電，M0.6得電，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后系統(tǒng)也是首先通過M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得電，進(jìn)而開始程序執(zhí)行，由于M0.7不得電，其常閉觸點(diǎn)閉合，當(dāng)程序執(zhí)行完一個(gè)周期后，返回初始步M0.0，此時(shí)程序再要執(zhí)行必須重新按下啟動(dòng)按鈕I2.6，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)單周期執(zhí)行。自動(dòng)程序梯形圖見附錄1。
6.5 自動(dòng)回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
自動(dòng)回原點(diǎn)程序用起保停電路設(shè)計(jì)。在此工作方式下，I2.1為ON，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后，機(jī)械手可能處于三種情況下，應(yīng)分別處理。
Q0.1為0狀態(tài)，即機(jī)械手處于松開狀態(tài)，應(yīng)直接返回原點(diǎn)應(yīng)進(jìn)入上升步M1.4或左行
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步M1.5；若Q0.1為1狀態(tài)同時(shí)機(jī)械手在最右邊此時(shí)說(shuō)明應(yīng)執(zhí)行下降步M1.2,；若Q0.1為1狀態(tài)同時(shí)機(jī)械手不在最右邊，應(yīng)將工件先送到B點(diǎn)，再返回原點(diǎn)，進(jìn)入步M1.0。
返回原點(diǎn)后，原點(diǎn)條件滿足，公用程序中的原點(diǎn)條件標(biāo)志M0.5為ON，此時(shí)I2.1為ON，M0.0在公用程序中置位，為進(jìn)入自動(dòng)工作方式作好準(zhǔn)備。因此可以認(rèn)為自動(dòng)程序中的初始步M0.0是步M1.5的后續(xù)步。自動(dòng)回原點(diǎn)程序見附錄2。心得體會(huì)
可編程控制器課程設(shè)計(jì)是課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過了2周的課程設(shè)計(jì)使我對(duì)plc設(shè)計(jì)過程有進(jìn)一步了解，對(duì)plc產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)。
因?yàn)槔碚撝R(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)遇到了不少問題，通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把理論運(yùn)用于實(shí)際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。通過此次設(shè)計(jì)過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用可編程控制器設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識(shí)和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作過程打下基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
《可編程控制器原理與應(yīng)用》 主編：周惠文 電子工業(yè)出版社 北京，2007.8 《可編程控制器原理與應(yīng)用》 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作實(shí)訓(xùn)（三菱）》 主編：孫德勝 李偉 機(jī)械工業(yè)出版社 北京，2007.9 《PLC應(yīng)用技術(shù)》 主編：馮新強(qiáng) 北京郵電大學(xué)出版社 北京，2009.4
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附錄1 自動(dòng)程序梯形圖：
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附錄2 自動(dòng)回原點(diǎn)程序梯形圖：
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