山西机电职业技术学院
毕业综合实践报告
题目：机械手PLC控制系统的组态仿真模拟
学生姓名段艳荣
学院名称山西机电职业技术学院
专业电气自动化技术
学号28140105
指导教师李潞生
电子电气工程系
二O一一年三月二十日
公司简介
立中车轮集团控股有限公司于2004年6月10日在新加坡注册成立，注册地址为哥烈码头10号海洋大厦19-08号。公司在中国下设六个子公司，分别为保定市立中车轮制造有限公司、秦皇岛戴卡美铝车轮有限公司、天津立中车轮有限公司、天津戴卡轮毂制造有限公司、天津那诺机械制造有限公司及内蒙古立中霍煤车轮有限公司。立中车轮集团控股有限公司于2006年10月在天津滨海新区设立天津车轮项目，项目总投资7.8亿元，注册资本2.6亿元，占地285，000多平方米（427亩）土地。项目分三期建设。计划于2011年前达成年产500万只铝合金汽车车轮的规模，项目建成后立中车轮控股有限公司的年产能将达到1060万只，将成为中国最大的汽车铝合金车轮制造厂商之一。
天津戴卡轮毂制造有限公司是立中车轮集团和中信戴卡强强联合的结晶（天津车轮项目一期工程）。地处于面积达2，270平方公里，继珠江三角洲、长江三角洲经济发展区之后的环渤海经济发展区（天津滨海新区）。
公司成立于2007年10月23日，建筑面积41712m2，投资方共有4家，分别为：中信戴卡轮毂制造股份有限公司、立中车轮集团、天津立中车轮制造有限公司、澳门瑞智投资有限公司；企业注册资本为6000万元人民币，项目总投资为15000万元人民币，专业从事设计，制造，销售汽车铝合金车轮产品，现集团公司产品有1400余种从12in～26in的电镀和喷涂铝合金车轮，销售区域广阔。
公司现有员工750余人,设计产能为年产200万只,并已全面投入生产。公司一直秉承“立中车轮、追求完美、服务用户、奉献社会”的经营方针，本着“诚信、勤勉、合作、发展”的公司理念，在强化内部管理，不断开发新品种的基础上，为用户提供优质的售前、售中、售后服务。
摘要
伴随着电气自动化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC的研究发展趋势，描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程。研究了基于PLC的机械手模型控制系统的设计，还研究了组态王在机械手控制系统中的应用。利用组态王设计了机械手模型控制系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。关键词：机械手、PLC、组态王
绪论 (4)
1机械手概述 (5)
1.1机械手的简介 (5)
1.2机械手的发展 (6)
2可编程序控制器 (10)
2.1概述 (10)
2.2可编程序控制器的基本组成 (12)
2.3可编程序控制器的工作原理 (16)
3机械手控制系统设计 (24)
3.1系统硬件概述 (24)
3.2系统软件设计 (29)
4机械手监控系统设计 (36)
4.1组态软件简介 (36)
4.2监控系统设计 (38)
结束语 (45)
致谢 (47)
参考文献 (48)
附录 (49)
随着我国工业自动化水平的不断提高，在机械加工与制造领域，以及各种装配与包装自动化生产线上，机械手的应用已相当普遍。机械手通常担负着上料、下料，搬动或装卸零件的重复动作等，以实现生产自动化。由于PLC顺序控制具有系统简单、可靠、控制灵活方便等特点，而且PLC从诞生之日起，最基本，最普遍的应用领域就是在工业环境下的顺序控制，因此，基于PLC顺序控制的机械手在工业自动化领域中得到广泛的应用。
本课题中所研究的机械手是指工业机械手，它是一种能模仿人手动作，按给定的程序或要求实现自动地完成对象传送或操作作业，并具有可改变的和反复编程的自动机械装置。此外，机械手还是一种能够在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备，特别适合于多品种、变批量的柔性生产。机械手的诞生和应用是生产和社会发展的需要，同时又是在现代化生产和科学技术发展的基础上出现的新一代机器人。可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，使用机械手更具有显着的优越性。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。它已成为实现生产过程自动化，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证产品质量，实现安全生产，促进柔性化生产过程的实现不可缺少的自动化设备，因此，它对提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
1机械手概述
1.1机械手的简介
1.1.1机械手
在工业生产和其它应用领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温，腐蚀，有毒气体以及人的有限体能等种种劣势的限制，工作效率很低。自从机械手问世以来，相应的各种难题应刃而解。机械手由耐高温，防腐蚀的材料制成，工作效率极高，而且不受体能的限制，非常方便。
机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；而可编程控制器（PLC）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改，易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便等众多优点，在工业控制中有着广泛的应用。
1.1.2机械手的分类
1、按驱动方式分类
按驱动方式的动力源，机械手可分为：
a.液压式。其驱动系统是由液动机、伺服阀、油泵、油箱等组成。通常它具有很大的抓举能力，其特点是结构紧凑，动作平稳，耐冲击，耐震动，防爆好，但液压组件要求有较高的制造精度和密封性能，否则漏油将污染环境。
b.气动式。其驱动系统是由气缸、气阀、气罐和空压机组成，其特点是电源方便，动作迅速，结构简单，造价较低，维修方便。但难以进行速度控制，气压不可太高，故抓举能力较低。
c.电动式。电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式。其特点是电源方便，响应快，驱动力较大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方案。驱动电机一般采用步进电机，直流伺服电机以及交流伺服电机。由于电机速度高，通常必须采用减速机构。
2、按用途分类
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种.
a.专用机械手。它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等
特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。
b.通用机械手。它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在允许的性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用。其显著特点就是驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。
1.2机械手的发展
近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术相结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引入，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制，控制精度不断提高；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特点，国内外都在大力开发研究。
从各国的行业统计资料来看，近30多年来，气动行业发展很快。20世纪70年代，液压与气动元件的产值比约为9:1，而30多年后的今天，在工业技术发达的欧美、日本等国家，该比例已达到6:4，甚至接近5:5。我国的气动行业起步较晚，但发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产
值的年递增率达20%以上，高于中国机械工业产值平均年递增率。随着微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用，气动技术已成为实现现代传动与控制的关键技术之一[10]。
1.2.1机械手的发展过程
机械手具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境等优点而被广泛应用。
机械手强调模块化的形式，现代传输技术的气动机械手在控制方面采用了先进的阀岛技术（可重复编程等），气动伺服系统（可实现任意位置上的精确定位），在执行机构上全部采用模块化的拼装结构。
90年代初，由布鲁塞尔皇家军事学院Y·Bando教授领导的综合技术部开发研制的电子气动机器人——“阿基里斯”六脚勘探员，是气动技术、PLC控制技术和传感技术完美结合产生的“六足动物”。
6个脚中的每一个脚都有3个自由度，一个直线气缸把脚提起、放下，一个摆
动马达控制脚伸展/退回运动，另一个摆动马达则负责围绕脚的轴心做旋转之用。
由汉诺威大学材料科学研究院设计的气动攀墙机器人，它集遥感技术和真空技术于一体，成功地解决了垂直攀缘等视为危险工作的操作问题。
Tron-X电子气动机器人，能与人亲切地握手，它的头部、腰部、手能与人类一样弯曲运动，并且有良好的柔韧性。在幕后操纵人员的操作下（或通过自身的编程控制）能与人进行对话，或作自我介绍等。Tron-X电子气动机器人集电子技术、气动技术和人工智能为一体，它告诉我们，气动技术能够实现机器人中最难解决的灵活的自由度，具有在足够工作空间的适应性、高精度和快速灵敏的反应能力[10]。
1.2.3发展前景及方向
1.重复高精度
精度是指机器人或机械手到达指定点的精确程度，它与驱动器的分辨率以及反馈装置有关。重复精度是指如果动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度。重复精度比精度更重要，如果一个机器人定位不够精确，通常会显示一个固定的误差，这个误差是可以预测的，因此可以通过编程予以校正。重复精度限定的是一个随机误差的范围，它通过一定次数地重复运行机器人来测定。随着微电子技术和现代控制技术的发展，以及气动伺服技术走出实验室和气动伺服定位系统的成套化。气动机械手的重复精度将越来越高，它的应用领域也将更广阔，如核工业和军事工业等。
2.模块化
有的公司把带有系列导向驱动装置的机械手称为简单的传输技术，而把模块化拼装的机械手称为现代传输技术。模块化拼装的机械手比组合导向驱动装置更具灵活的安装体系。它集成电接口和带电缆及气管的导向系统装置，使机械手运动自如。由于模块化机械手的驱动部件采用了特殊设计的滚珠轴承，使它具有高刚性、高强度及精确的导向精度。优良的定位精度也是新一代机械手的一个重要特点。模块化机械手使同一机械手可能由于应用不同的模块而具有不同的功能，扩大了机械手的应用范围，是机械手的一个重要的发展方向。
智能阀岛的出现对提高模块化机械手和机器人的性能起到了十分重要的支持作用。因为智能阀岛本来就是模块化的设备，特别是紧凑型CP阀岛，它对分散
上的集中控制起了十分重要的作用，特别对机械手中的移动模块。
3.无给油化
为了适应食品、医药、生物工程、电子、纺织、精密仪器等行业的无污染要求，不加润滑脂的不供油润滑元件已经问世。随着材料技术的进步，新型材料（如烧结金属石墨材料）的出现，构造特殊、用自润滑材料制造的无润滑元件，不仅节省润滑油、不污染环境，而且系统简单、摩擦性能稳定、成本低、寿命长。4.机电一体化
由“可编程序控制器-传感器-机械手”组成的典型的控制系统仍然是自动化技术的重要方面；发展与电子技术相结合的自适应控制元件，使机械手技术从“开关控制”进入到高精度的“反馈控制”；省配线的复合集成系统，不仅减少配线、配管和元件，而且拆装简单，大大提高了系统的可靠性。
而今，电磁阀的线圈功率越来越小，而PLC的输出功率在增大，由PLC直接控制线圈变得越来越可能。机械手控制越来越离不开PLC，而阀岛技术的发展，又使PLC在机械手中变得更加得心应手。
1.3机械手的动作实现过程
机械手的全部动作由步进电机和直流电机进行驱动控制。机械手结构示意图如图1.1所示。步进电机的运动需要驱动器，有脉冲输入时步进电机才会动作，且每当脉冲由低变高时步进电机走一步；改变电机转向时，需要加方向信号。机械手的上升/下降、前伸/后缩动作就是通过控制这两个步进电机的正反转来实现的。基座正转/反转和气夹正转/反转是通过两个继电器的吸合与断开来控制直流电机的转动方向来实现的。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手放松；该线圈断电时，机械手夹紧[13]。
打开电源，按下起动按钮时，开机复位。机械手的动作示意图如图3-6所示机械手若不在原点则PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。当后缩到位时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升到底时碰到上限位开关，上升停止，回到原点。主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。降到底时碰到下限位开关，下降停止，气夹电磁阀断电，机械手夹紧。夹紧后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升
到顶时，碰到上限位开关，上升停止。PLC向驱动器一只输入
图1.1机械手结构示意图
脉冲信号，步进电机一正转，机械手前伸，前伸到位时，碰到前限位开关，前伸停止。主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。降到底时碰到下限位开关，下降停止，同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。机械手后缩，当后缩到底时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关，下降停止，回到原点。至此，机械手经过八步动作完成一个循环
2可编程序控制器
2.1概述
2.1.1PLC的产生及定义
1969年第一台PLC在美国的数字设备公司（DEC）研制成功，并成功地应用到美国通用汽车公司（GM）的生产线上，它具有继电器控制系统的外部特征，又有计算机的可编程性、通用性和灵活性，开创了PLC的新纪元。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（programmable logic controller）[5]。
20世纪70年代中期，随着大规模集成电路和微型计算机技术的迅猛发展，美国、日本、德国等国家把微处理器引入PLC，使PLC在继电器控制和计算机控制的基础上，逐渐发展为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型自动控制装置。而且在编程方面采用了面向生产、面向用户的语言，打破了以往必须具有计算机专业知识的人员使用计算机编程的限制，使广大工程技术人员和具有电工知识的人员乐于接受和应用，所以得到了迅速而广泛的推广。
1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算，（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。2.1.2可编程序控制器的功能
可编程序控制器的主要功能有：
1.逻辑控制功能。用PLC的与、或、非指令取代继电器触电串联、并联和其他逻辑连接，进行开关控制。
2.定时/计数控制功能。用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制。
3.顺序控制功能。用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制。
4.数据处理功能。PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。
5.A/D与D/A转换功能。通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。
6.运动控制功能。通过高速计数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴控制。
7．过程控制功能。通过PLC的PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理量进行闭环控制。
8.扩展功能。通过连接输入输出扩展单元模块来增加输入输出点数，也可以通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。
9.远程控制功能。通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制。
10.通信联网功能。通过PLC之间或与主控计算机的联网，实现较大规模的系统控制。
11.监控功能。PLC能够监视系统运行的状态，对异常情况进行报警、显示、故障诊断以及自动终止运行。
2.1.3可编程序控制器的特点
可编程序控制器得以迅速发展和广泛应用的原因是由于它具有继电接触器控制装置和通用计算机以及其他控制系统所不具有的特点：
1.可靠性强，抗干扰能力强。
2.编程简单、直观。
3.控制功能强。
4.易于安装、便于维护。
2.1.4可编程序控制器的分类
1.按PLC的结构形式分为整体式和组合式
(1)整体式结构PLC。将中央处理器CPU、电源部件、输入输出单元集中制造
在一起，结构紧凑，体积小，价格低，小型PLC常采用这种结构。
(2)组合式结构PLC。将各部分模块（CPU模块、电源模块、I/O模块等）分开制造，使用时将这些模块分别插入机架底座的插槽中，像积木一样组合起来，系统配置灵活方便、易于扩展，大中型PLC通常采用这种结构。
2.按控制规模分为小型机、中型机、大型机
(1)小型机。I/O总点数一般在256点以下，其功能以开关量控制为主，用户程序存储器容量在4KB以下。
(2)中型机。I/O总点数一般在256~2048点，用户程序存储器容量达到2~8KB。除具有小型机的功能外，还增加了数据处理功能，并可配置模拟输入输出模块，适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制的场合。
(3)大型机。I/O总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达8~16KB，它具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通讯联网能力。它的监控系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程，适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。
2．2可编程序控制器的基本组成
2.2.1可编程序控制器的组成
可编程序控制器主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接（见2.1）。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。不同厂商生产的不同系列产品在每个机架上可插放的模块数是不同的，一般为3－10块。可扩展的机架数也不同，一般为2－8个机架。基本机架与扩展机架之间的距离不宜太长，一般不超过10M。
图2.1PLC硬件结构
1．中央处理单元CPU
CPU通过输入装置读入外设的状态，由用户程序去处理，并根据处理结果通过输出装置去控制外设。一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统，一个是字处理器，它是主处理器，由它处理字节操作指令，控制系统总线，内部计数器，内部定时器，监视扫描时间，统一管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。另一个为位处理器，也称布尔处理器，它是从处理器，它的主要作用是处理位操作指令和在机器操作系统的管理下实现PLC编程语言向机器语言转换。CPU处理速度是指PLC执行1000条基本指令所花费的时间。
2．存储器
存储器主要存放系统程序，用户程序及工作数据。PLC所用的存储器基本上由PROM，EPROM，EEPROM及RAM等组成。
3．I/O模块
输入模块和输出模块简称为I/O模块，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。PLC通过I/O接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的信息依据。同时PLC又通过I/O接口将处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。
4．电源部件
PLC的电源包括系统电源和后备电池。PLC一般使用AC220V电源，电源模块的作用就是将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压电路转换成PLC的CPU、存储器、I/O接口等内部电路所需要的直流电源。PLC大多使用开关型稳压电源，其稳压性能好，抗干扰能力强，内部的开关电源为各个模块提供和不同的电压等级的直流电源。
5．编程器
编程器是人机对话工具，用来输入、修改和调试用户程序、监控PLC的运行情况、调整内部寄存器的参数等。编程器可分为建议编程器和图形编辑器两种：简易编程器只能输入助记符程序；而图形编程器可直接输入梯形图。
6．其他接口电路
为了扩展PLC的功能，出I/O接口外，PLC还配置了其他一些接口，主要有:
（1）I/O扩展接口
（2）智能I/O接口
（3）通信接口
（4）A/D、D/A接口
7．PLC外部设备
外部设备包括编程器、打印机、外存储器、EPROM写入器等。
2.2.2PLC系统的等效电路
PLC控制器系统的等效工作电路可分为3部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分，如图2.2所示。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路是通过编程方法实现的控制逻辑，用软件编程代替继电器电路的功能。
图2.2PLC的等效工作电路
1、输入部分
输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入端子去驱动输入继电器的线圈，每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系。当外部的输入元件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈“得电”。为使继电器的线圈“得电”，即让外部输入元件的接通状态写入与其对应的基本单元中去，输入回路要有电源。输入回路所使用的电源，可以用PLC内部提供的24V直流电源，也可由PLC外部的独立的交流和直流电源供电。
2、内部控制电路
所谓内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替继电器的控制逻辑。它的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出。
3、输出部分
输出部分是由在PLC内部且内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。
PLC的内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制电路提供编程用的任意多个动合、动断触点外，还为外部输出电路提供一个实际的动合触点与输出接线端子相连。
驱动外部负载电路的电源必须由外部电源提供，电源种类及规格可根据负载要求去配置，只要在PLC允许的电压范围内工作即可。
综上所述，我们可对PLC的等效电路做进一步简化，即将输入等效为一个继电器的线圈，将输出等效为继电器的一个动合触点[7]。
2.3可编程序控制器的工作原理
2.3.1PLC的工作原理
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出能及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
小型PLC的工作过程有两个显著的特点：一个是周期性顺序扫描，一个是集中批处理。
周期性顺序扫描是可编程控制器特有的工作方式，PLC在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。由于PLC的I/O点数较多，多采用集中批处理大方法，可以简化操作过程，便于控制，提高系统的可靠性，因此可编程控制器的另一个主要特点就是对输入采样、执行用户程序、输出刷新实施集中批处理。
当PLC启动后，先进行初始化操作，包括对工作内存的初始化、复位所有的定时器、将输入/输出继电器清零，检查I/O单元连接是否完好，如有异常则发出报警信号。初始化后，PLC就进入周期扫描过程。小型PLC的工作过程流程图如图2.3所示。
根据图2.3，可将PLC的工作过程（周期性扫描过程）分为4个阶段。
图2.3小型PLC的工作流程
1.公共处理扫描阶段
公共处理包括PLC自检、执行来自外设命令、对警戒时钟又称监视定时器或看门狗定时器WDT（Watch Dog Timer）清零等。
2.输入采样扫描阶段
这是第一个集中批处理过程。在这个阶段中，PLC按顺序逐个采样所有输入端子上的信号，不论输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写入到输入映像寄存器中。
3.执行用户程序扫描阶段
这是第二个集中批处理过程。在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，从左至右的顺序进行扫描。每扫描到一条指令，所需要的输入信息的状态均从输入映像寄存器中读取。在执行用户程序过程中，每一次运算的中间结果都立即写入元件映像寄存器，这
样该元件的状态立即就可以被后面将要扫描到的指令所利用。对输出继电器的扫描结果，也不是立即驱动外部负载，而是将其结果写入元件映像寄存器中的输出映像寄存器中，待输出刷新阶段集中进行批处理，所以执行用户程序阶段也是集中批处理过程。
4.输出刷新扫描阶段
这是第三个集中批处理过程。当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。
在输出刷新扫描阶段后，CPU进入下一个扫描周期。
2.3.2PLC对输入/输出的处理原理
通过对PLC的用户程序执行过程的分析，可以总结出PLC对输入/输出的处理规则，如图2.4所示。
图2.4
PLC对输入/输出的处理原理的框图
（1）输入映像寄存器中的数据，是在输入采样阶段扫描到的输入信号的状态集中写进去的，在本扫描周期中，它不随外部信号的变化而变化。
（2）输出映像寄存器（它包括在元件映像寄存器中）的状态，是由用户程序中输出指令的执行结果来决定的。
（3）锁存器中的数据是在输出刷新阶段，从输出映像寄存器中集中写进去的。
（4）输出端子的输出状态，是由输出锁存器中的数据确定的。
（5）执行用户程序时所需的输入、输出状态，时从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出来的。
2.3.3PLC的编程语言
PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程
语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。
1．梯形图语言（LD）
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。
梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。
梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。
图2.5是典型的交流异步电动机直接启动控制电路图，图2.6是采用PLC 控制的程序梯形图。
（3）锁存器中的数据是在输出刷新阶段，从输出映像寄存器中集中写进去的。
（4）输出端子的输出状态，是由输出锁存器中的数据确定的。
（5）执行用户程序时所需的输入、输出状态，时从输入映像寄存器和输出映像寄存器中读出来的。
2.3.3PLC的编程语言
PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。
1．梯形图语言（LD）
梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。
自动化专业综合设计报告 设计题目：机械手的模拟控制 所在实验室：PLC实验室 指导教师：由枫秋 学生姓名韩璐 班级文自082-1 学号200890517106 撰写时间：2012-03-1 成绩评定：
一、设计目的 用PLC设计机械手的模拟控制。 二、设计要求 有一机械手，有手动操作和自动操作两种方式，其控制要求如下： （1）按动启动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A 才停止。 （2）当光电开关PS检测到工件时，机械手臂先下降，下降到位后机械手夹紧工件，2S后开始上升，而机械手臂保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位后机械手松开，2S后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS检测到有工件时传送带A才停止……循环。 （3）手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归至原点。 （4）自动停止时有两种情况，一种是停在当前位置，当下一次启动时从当前位置继续进行，另一种是按下停止按钮时，不马上停止而是一个周期结束后停在原点位置。 三、设计内容 1、输入输出分配表 机械手的输入信号主要有启动开关、停止开关、检测信号PS、上升限位开关、下降限位开关、左转限位开关、右转限位开关、手动下降开关、手动上升开关、手动左转开关、手动右转开关共十个输入信号，机械手中各个输入按钮和限位开关在PLC 控制中对应的端口号如表1所示 机械手的输出信号主要有传送带A运行、传送带B运行、机械手下降、机械手上升、机械手左转、机械手右转、机械手夹紧共七个输出信号，机械手各输出信号在PLC 控制中对应的端口号如表2所示
PLC课程设计报告题目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计 二级学院：电气与电子工程学院 班级： 14电气实验班 姓名：李浩文 学号： 组员： 指导老师： 成绩： 日期： 2017年4月
基于PLC的机械手控制系统及组态设计 摘要 随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。 本设计主要介绍了国内外机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。实验表明，由S7-200PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。 关键词：S7-200PLC；组态王Kingview6.55；机械手
目录 1绪论 (1) 1.1研究该课题的重要性 (1) 1.2国内外机械手研究现状 (1) 1.3该课题研究的内容 (2) 2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍 (3) 2.1组态王Kingview 6.55的介绍 (3) 2.1.1组态王的历史 (3) 2.1.2组态王的结构 (3) 2.1.3组态王的基本配置 (5) 2.1.4组态王软件产生的背景 (8) 2.1.5组态软件的发展方向 (8) 2.2可编程控制器的介绍 (10) 2.2.1可编程控制器的概述 (10) 2.2.2可编程控制器的历史 (10) 2.2.3 PLC的基本结构 (11) 2.2.4 PLC的工作原理 (12) 2.2.5 PLC的基本配置 (12) 3机械手控制系统的设计 (15) 3.1机械手控制方式的选择 (15) 3.1.1机械手控制方式的分类 (15) 3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较 (15) 3.2 PLC的控制电路程序设计 (16) 3.2.1 PLC的I/O分配表 (16) 3.2.2编程指令的选择 (17) 3.2.4 机械手的动作实现过程 (19) 3.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图 (19) 3.2.6 PLC梯形图设计 (21) 3.3 PLC程序的调试 (30) 3.3.1 PLC控制的安装与布线 (30) 3.3.2机械手控制程序的调试 (31) 4组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用 (32) 4.1工程的建立与结构变量的定义 (32) 4.1.1工程的建立 (32) 4.1.2建立结构变量的步骤 (33) 4.1.3设备与组态王的连接 (35) 4.2动画的连接 (38)
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
毕业设计报告 课题：气动机械手PLC控制系统的设计 系部：电气工程系 专业：机电一体化技术 班级：机电092 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXXX 2011．3
江苏信息职业技术学院毕业设计报告 目录 摘要 (3) 第一章机械手的简介 (4) 1．1 概述 (4) 1．2 机械手的组成 (4) 1．3 机械手的应用 (4) 1．4 机械手应用 (4) 第二章机械手机械设计 (5) 2．1 机械手总体结构设计 (5) 2．2 机械手的工作原理 (6) 2．3 机构模块化设计 (7) 2．4 手部结构设计 (8) 第三章机械手机械控制设计 (10) 3．1 工作过程与控制要求 (10) 3．2 气动驱动设计的简述 (11) 3．3 PLC控制系统设计 (12) 结束语 (20) 谢辞 (21) 参考文献 (22)
气动机械手PLC控制系统的设计 气动机械手PLC控制系统的设计 摘要:气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。再者，冲压自动化是解决冲压生产成本及安全问题、提高冲压生产企业效益的必然选择，而冲压机械手是冲压自动化的重要组成部分。但是，目前冲压机械手高昂的价格却使国内众多的中小冲压企业望而却步。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词：意义，应用，原理，plc，机械手，气动控制技术
摘要 在现代工业中 , 生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等等。已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有 毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这写恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工 业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动 化实践相结合的产物。并以为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械 手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和身效益的有效手段之一。尤 其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国， 近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。 机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新装置。广泛应用于工业生产和其他领域。PLC已在工业生产过程中得到广泛应用，应用 PLC控制机械手能实现各种规定工序动作，对生产过程有着十分重要的意义。论文以介绍 PLC在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的 PLC程序。设计完成的机械手可以在空间抓放、搬运物体等，动作灵活多样。 整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。关键词：可编程控制器 ,PLC, 机械手操作控制系统 .
目录 第一章概述 (1) 1.1 PLC 控制系统 (1) 1.1.1PLC 的产生 (1) 1.1.2PLC 的特点及应用 (2) 1.2选题背景 (3) 1.2.1机械手简介 (3) 第二章PLC 控制系统设计 (6) 2.1总体设计 (6) 2.1.1制定控制方案 (6) 2.1.2系统配置 (6) 2.1.3控制要求 (9) 2.1.4控制面板 (12) 2.1.5 外部接线图 (13) 2.2.2手动方式状态 (16) 2.2.3回原点状态转移图： (19) 2.2.4自动方式状态 (19) 第三章控制系统内部软组件 (21) 3.1 内部软组件的概述 (21) 3.1.1输入继电器 (21) 3.1.2输出继电器 (21) 3.1.3辅助继电器 (22) 3.1.4状态组件 (23) 3.1.5定时器 (23) 错误！未定义书签。致谢 ........................................................................................................... 参考文献 (24)
概要 本文介绍了用PLC S7-200为控制电路主元件，外加电器系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。 左移
目录 前言 第一章机械手简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1．1 机械手概念 1．2 机械手总体结构 第二章PLC介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2．1 PLC发展史 2．2 PLC应用 2．3 PLC特点 第三章汽缸简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3．1汽缸概念与汽缸分类 3．2汽缸结构与工作原理 第四章相关元气件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4．1电磁阀介绍 4．2传感器介绍 第五章项目的实施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 5．1机械手的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .11 5．2机械手总体设计方案. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .11
毕业设计（论文） 题目: 机械手的PLC控制 专业: 机电一体化 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 成都电子机械高等专科学校 xxxx年x月
摘要 机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC 主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。 关键词：机械手 PLC 变频器交流电机
Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor
压力加工设备控制系统设计 实训报告 （机械手动作的模拟） 学院：机械工程学院 专业：机械设计与制造及其自动化 班级：机械1002班 学号：101201210 姓名：李保琳 同组学生：吉灵龙、刘伟峰、孙武亮 洪敏、黄鹏、黄橙、沈斌 扬州大学机械工程学院 2013年12月30日
实训课题机械手动作的模拟 一、实训目的 用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。 二、实训设备（包括实验面板图） 1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台 2、PC/PPI编程电缆一根 3、锁紧导线若干 三、输入/输出接线端口分配表
电气接线图： 四、控制动作分析 图中为一个将工件由A 处传送到B 处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 原位 → 下降 → 夹紧 →上升 → 右移 ↑ ↓ 左移 ← 上升 ← 放松 ← 下降 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 I0.1 I0.0 I0.2 I0.3 I0.4 L2 L1 M1 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL SD SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 V+ COM V C V C S7-200 CN PLC 机械手
P L C机械手动作的模拟集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
目录 一、摘要 (1) 二、控制要求 (2) 三、控制原理介绍及图示 (3) 1、机械手动作的模拟实验面板图 (3) 2、输入/输出接线列表 (3) 3、控制过程 (3) 四、控制方案 (5) 1、工作过程分析 (5) 2、梯形图 (6) 五、运行调试 (9) 六、小结 (10)
七、参考文献 (11)
一、摘要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及。 机械手：mechanicalhand，也被称为自动手，autohand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危
机械手动作的模拟 控制要求 图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为： 机械手动作的模拟实验面板图： 此面板中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀和原位指示灯用发光二极管来模拟。 输入/输出接线列表] 工作过程分析： 当机械手处于原位时，上升限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5线圈接通，原位指示灯亮。 按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M101，下降阀输出继电器I0.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关U0.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。 当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1，下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.1的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0
动合触点闭合，夹紧电磁阀Q0.1接通，执行夹紧动作，同时启动定时器T37，延时1.7秒。 机械手夹紧工件后，T0动合触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M102.，上升电磁阀YQ0.2接通，I0.1断开，执行上升动作。由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，机械手继续夹紧工件。 当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.2线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.4断开，右移阀继电器Q0.3接通，执行右移动作。 待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3的“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态已移到M10.5，Q0.0线圈再次接通，执行下降动作。 当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.5，“1”态移至M10.6，Q0.0线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.1线圈断开，机械手松开工件；同时T38启动延时1.5秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.2线圈再度接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M11.2为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。 到达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.4线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。 再次按下启动按钮，将重复上述动作。
第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算
中北大学 信息商务学院 课程设计说明书 学生：学号： 系：机械自动化系 专业：机械设计制造及其自动化 题目：数控技术课程设计 ——机械手自动操作控制的PLC程序设计 指导教师：职称: 职称: 2016年12月5日
中北大学 信息商务学院 课程设计任务书 2016/2017 学年第 1 学期 所在系：机械工程系 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：学号： 课程设计题目：数控技术课程设计 —机械手自动操作控制的PLC程序设计起迄日期： 2016年12月5日～2016年12月9日课程设计地点：中北大学信息商务学院 指导教师： 系主任：暴建岗 下达任务书日期: 2016 年12月 5日
课程设计任务书 1．设计目的： 通过对机械手自动操作控制的PLC程序设计，使学生在熟练机械手的动作顺序与原理的基础上，学会应用PLC。 2．设计容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 机械手将工件从A工作台搬到B工作台。机械手的工作过程由8个动作完成一个循环，如图所示。取放工件的上升/下降和左移/右移分别用YV1、YV3、YV4和YV5控制，夹具的夹紧和放松由电磁阀YV2控制。当工件搬到B工作台返回时，用光电开关SQ7发出无工件信号。 （1）采用部移位寄存器M100~ M117逐位输出方式实现顺序控制，移位条件是对各限位开关（SQ1~SQ6）的状态检测来决定。 （2）夹紧或放松动作，分别用定时器T450、T451延时控制。 （3）采用具有保持功能的辅助继电器M202驱动夹紧阀。 通过本课程设计,完成 ①输入输出信号分析与PLC I/O分配图 ②PLC选型 ③主要元器件型号的选择 ④主接线图设计 ⑤完成梯形图设计并完成相应指令。 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： 要求独立完成机械手自动操作控制的PLC程序设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。
基于PLC的工业机械手控制系统设计 摘要 机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、搬运、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。 本设计描述了基于PLC的机械手控制系统设计，重点介绍了机械手控制系统中的硬件选择方法，软件的设计过程，以及PLC控制装置的工作过程。 本设计实现了机械手在搬运装配线上，通过S7-200PLC控制机械手完成从A传送带搬运物件至B传送带中，然后进入下一个工作流程。机械手的上升/下降和左转/右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制气缸的运动实现；夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制气缸的运动来实现。 【关键词】机械手；PLC；电磁阀
Based on plc industrial manipulator control system design Abstract In the field of industrial automation manipulator is often met in a control object. In recent years, with the development of industrial automation manipulator gradually become a new subject, and with the rapid development. Manipulator widely application and forging, stamping, forging, welding, assembling, handling, spray paint, heat treatment, etc. Especially in heavy, high temperature, toxic and dangerous, radioactive, dust and so on bad work environment, manipulator because of its significant advantages by pay special attention to. In a word, the manipulator is to improve the labor productivity, improve working conditions, reduce labor intensity and realize industrial production automation is an important means. This design based on PLC describes the manipulator control system design, introduced the manipulator control system, the hardware selection method, the software design process, and the working process of the PLC control device. The design and implementation of the manipulator in the handling assembly line, manipulator controlled by the S7-200PLC complete conveyor belt carrying objects from A to B conveyor, and then go to the next workflow. The implementation of the up / down and left / right of the manipulator, respectively, to achieve control movement of the cylinder by a double coil solenoid valve; clamp / unclamp cylinder is controlled by a single coil solenoid valve movement. 【Key Words】Manipulator；PLC；solenoid valve
机械手的模拟控制 图7-29为传送工件的某机械手的工作示意图，其任务是将工件从传送带A 搬运到传送带B。 1.控制要求 按起动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS检测到物体，才停止，同时机械手下降。下降到位后机械手夹紧物体，2s后开始上升，而机械手保持夹紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位机械手松开，2s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手右转，右转到位，传送带B停止，此时传送带A运行直到光电开关PS再次检测到物体，才停止……循环。 机械手的上升、下降和左转、右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制汽缸的运动控制。当下降电磁阀通电，机械手下降，若下降电磁阀断电，机械手停止下降，保持现有的动作状态。当上升电磁阀通电时，机械手上升。同样左转/右转也是由对应的电磁阀控制。夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制汽缸的运动来实现，线圈通电时执行夹紧动作，断电时执行放松动作。并且要求只有当机械手处于上限位时才能进行左/右移动，因此在左右转动时用上限条件作为联锁保护。由于上下运动，左右转动采用双线圈两位电磁阀控制，两个线圈不能同时通电，因此在上/下、左/右运动的电路中须设置互锁环节。 为了保证机械手动作准确，机械手上安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、左转、右转等动作的限位，并给出动作到位的信号。光电开关PS负责检测传送带A上的工件是否到位，到位后机械手开始动作。 2. I/O分配 输入输出 起动按钮： I0.0 上升YV1：Q0.1 停止按钮： I0.5 下降YV2：Q0.2 上升限位SQ1：I0.1 左转YV3：Q0.3 下降限位SQ2：I0.2 右转YV4：Q0.4 左转限位SQ3：I0.3 夹紧YV5：Q0.5 右转限位SQ4：I0.4 传送带A：Q0.6 光电开关 PS： I0.6 传送带B：Q0.7
Xinyu University 毕业设计(论文) 基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名:何友良 学号:1201231016 专业:电气工程及其自动化 指导教师:谢富珍副教授 学院:电气与电子工程 江西·新余
独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。 特此声明。 作者签名（手写）：签名日期：年月日 版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。 作者签名（手写）：指导教师签名（手写）： 日期：年月日日期：年月日
摘要 论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：何友良 指导教师：谢富珍副教授 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈
目录 1．简介22 1.1课题概况22 1.2设计要求22 1.3设计内容22 2．系统总体方案设计33 2.1总体方案选择说明33 2.2控制方式选择33 2.3操作界面设计（其它图见附录）44 3.PLC控制系统的硬件设计44 3.1 PLC的选型44 3.2 I/O点数的估算55 3.3 I/O分配表55 3.4电气原理图设计55 3.5电气元件明细表55 4. PLC控制系统程序设计66 4.1 状态分配表66 4.2 机械手控制程序顺序功能图(或流程图)设计66 4.3 控制程序设计思路66 5．系统调试及结果分析1111 5.1 系统梯形图1111 5.2 结果分析1515 5.3调试过程中问题及解决方法1515 6．系统的使用说明书1515 7．课程设计体会1616 8．参考文献1616 9．附录1717
1．简介 1.1课题概况 一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成，当某个电磁阀线圈通电，就一致保持现有的机械动作，如果线圈断电则停止机械动作。例如下降的电磁阀通电，机械手下降，如线圈断电，则停止现有的下降动作，直到通电后继续下降；当此电磁阀相反方向的线圈通电时则进行上升的机械动作。另外夹紧/放松有单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行加紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，启动按钮SB1、停止按钮SB2,SA1为单次工作和循环工作的选择开关，SA2为手动工作和自动工作选择开关。启动按钮SB1按下后开始工作，有八个动作，如下所示： 原位→下降→夹紧→上升→右移 ↑↓ 左移←上升←放松←下降 1.2设计要求 (1)初始状态：机械手运行前，处于原位状态。 (2)由SA2开关选择自动或手动工作。自动工作有单次循环工作和重复循环工作两种流程；手动工作状态时，按下启动按钮，只能单步运行：按下启动按钮则运行一步，下一步运行需要再按一次启动按钮。 (3)启动操作：按下启动按钮SB1，机械手按如表所示的工作流程运行。 (4)停止工作：按下停止按钮SB2后，立即停止运行，按下启动按钮SB1又能继续运行。 1.3设计内容 该机械手分为自动工作与手动工作： 一、自动工作： (1)单次循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位→停止工作 (2)重复循环：按下启动按钮→下降（YV1）→下降到位，夹紧（YV2）延时4s→上升（YV3）→上升到位，右移（YV4）→右移到位，下降（YV1）→下降到位，放松延时3s→上升（YV3）→上升到位，左移（YV5）→左移，到达原位 按以上步骤循环三次。 二、手动工作： 单步运行：按下启动按钮→下降（YV1）到位停止→按下启动按钮→夹紧(YV2)延时2s→按下启动按钮→上升（YV3）到位停止→按下启动按钮（以此类推）……
基于PLC机械手控制系统设计 摘要：工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。 一、机械手简介 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1、机械手分类 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。 2、机械手控制系统设计步骤 根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的信号的,同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的选型。(3)根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。PLC的用户程序体现