PLC机械手的模拟控制梯形图

PLC控制气动机械手实训案例一、机械手的工作过程与控制要求1.机械手概况：搬运机械手将工件从左工作台搬往右工作台，机械手的结构和各部分动作的示意图如图8-59所示：图8-59 机械手工作过程示意图（1）机械手所有的动作均由气压驱动。

（2）它的上升与下降、左移与右移等动作均由二位五通双控电磁换向阀控制，即当下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手停止下降；只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升。

（3）机械手的夹紧和放松用一个二位五通单控电磁换向阀来控制，线圈通电时夹紧，线圈断电时放松。

2.机械手的工作过程：机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图如图8-60所示：图8-60 机械手动作顺序和检测元件、执行元件布置示意图（1）机械手的初始位置停在原点，按下启动按钮后，机械手将依次完成下降—夹紧—上升—右移—再下降—放松—再上升—左移八个动作。

（2）机械手的下降、上升、右移、左移等动作的转换，是由相应的限位开关来控制的，而夹紧、放松动作的转换是由时间来控制的。

（3）为保证安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上一次搬到右工作台上工件尚未移走，机械手应自动暂时等待。

为此设置了一只光电开光，以检测“无工件”信号。

3.控制要求（1）手动工作方式：利用按钮对机械手每一动作单独进行控制。

例如，按“下降”按钮，机械手下降，按“上升”按钮，机械手上升。

用手动操作可以使机械手置于原位，还便于维修时机械手的调整；（2）单步工作方式：从原点开始，按照自动工作循环的步序，每按一下动按钮，机械手完成一步的动作后自动停止。

（3）单周期工作方式：按下启动按钮，从原点开始，机械手按工序自动完成一个周期的动作，返回原点后停止。

（4）连续工作方式：按下启动按钮，机械手从原点开始按工序自动反复连续循环工作，直到按下停止按钮，机械手自动停机。

或者将工作方式选择开关转换到“单周期”工作方式，此时机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。

SB9
输出端口配置
输出设备
输出端口编号 接考核箱对应端口
下降电磁阀KT0
Y00
H01
上升电磁阀KT1
Y01
H02
右移电磁阀KT2
Y02
H03
左移电磁阀KT3
Y03
H04
夹紧电磁阀KT4
Y04
H05
操作要求
• 按工艺要求画出控制流程图；
– 写出梯形图程序或语句程序（考生自选其一） ；
– 用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行 程序输入；
停止
N 循环3次
Y
Y X1
S20 S22
S26 S24
S21
S25
下降 夹紧 上升
右移 下降 放松 上升 左移
用“PLC仿真软件”调试时，需要输入指令： LD M8000 MOV C0 D0
注意： 用组态王调试时， 触点X4、X6、X7 不要输入电脑； 用PLC仿真软件调 试时，X4、X6、 X7三个触点 都要输入电脑参与 调试
输入端口配置
输入设备 启动按钮SB1 停止按钮SB2 下降到位ST0 夹紧到位ST1 上升到位ST2 右移到位ST3 放松到位ST4 左移到位ST5 光电检测开关SB7
输入端口编号 X10 X11 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X00
接考核箱对应端口 SB1 SB2
电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接
谢谢观看/欢迎下载
BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH

目录1．简介221.1课题概况221.2设计要求221.3设计内容22 2．系统总体方案设计332.1总体方案选择说明332.2控制方式选择332.3操作界面设计（其它图见附录）443.PLC控制系统的硬件设计443.1 PLC的选型443.2 I/O点数的估算553.3 I/O分配表553.4电气原理图设计553.5电气元件明细表554. PLC控制系统程序设计664.1 状态分配表664.2 机械手控制程序顺序功能图(或流程图)设计664.3 控制程序设计思路66 5．系统调试及结果分析11115.1 系统梯形图11115.2 结果分析15155.3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17171．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。

启动：右位且夹紧到位；左位且放松到位 停止：到达上升位置
输入
I0.5
行程开关SQ4
机械手左限
I0.6
行程开关SQ5
机械手右限
I0.7
行程开关SQ6
机械手夹紧位置
I1.0
行程开关SQ7
机械手放松位置
I0.4
行程开关SQ3
机械手上限
I0.7 I0.6 I1.0 I0.5
Q0.1 I0.4 Q0.3 Q0.2
行程开关SQ5
机械手右限
I0.7
行程开关SQ6
机械手夹紧位置
I1.0
行程开关SQ7
机械手放松位置
I0.4
行程开关SQ3
机械手上限
I0.7 I0.6 I1.0 I0.5
Q0.1 I0.4 Q责，敢担当，勇图强。
三、梯形图设计
机械手自动控制 机械臂升降控制-上升
输入
I0.5
行程开关SQ4
机械手左限
I0.6
行程开关SQ5
机械手右限
I0.7
行程开关SQ6
机械手夹紧位置
I1.0
行程开关SQ7
机械手放松位置
I0.4
行程开关SQ3
机械手上限
I0.7 I0.6 I1.0 I0.5
Q0.1 I0.4 Q0.3 Q0.2
6.右转，离开左侧位
尽职责，敢担当，勇图强。
三、梯形图设计
机械手自动控制 机械臂升降控制-上升
机械臂下降，下降到位置，抓取工件（夹紧），上升，传送带1启动，机械手上升到位置，左转，左转到位，下降，放 置工件（放松），上升，右转，下降，继续抓取工件。
启动：右位且夹紧到位；左位且放松到位 停止：到达上升位置

OB1 - <离线>""名称：系列：作者： 版本：0.1块版本：2时间标志代码：接口：2013-05-16 13:43:301996-02-15 16:51:12长度(块/逻辑/数据)：00270 00144 00020 TEMP0.0 OB1_EV_CLASS Byte 0.0Bits 0-3 = 1 (Coming event), Bits 4-7 = 1 (Event class 1) OB1_SCAN_1Byte 1.0 1 (Cold restart scan 1 of OB 1), 3 (Scan 2-n of OB 1) OB1_PRIORITYByte 2.0Priority of OB Execution OB1_OB_NUMBR Byte 3.01 (Organization block 1, OB1) OB1_RESERVED_1 Byte 4.0Reserved for system OB1_RESERVED_2 Byte 5.0Reserved for system OB1_PREV_CYCLE Int 6.0Cycle time of previous OB1 scan (milliseconds) OB1_MIN_CYCLE Int 8.0Minimum cycle time of OB1 (milliseconds) OB1_MAX_CYCLE Int10.0Maximum cycle time of OB1 (milliseconds)OB1_DATE_TIME Date_And_Time 12.0Date and time OB1 started 块： OB1 "Main Program Sweep (Cycle)"程序段： 1M0.6M20.0M0.0M0.1M0.0M0.0I124.0"启动SB1"M0.6T2M0.1M0.2M0.1SQ124.0"机械手夹紧电磁阀Y"SDT1S5T#5S 程序段： 3M0.1T1M0.2M0.3M0.2Q124.1"机械手右行KM1"程序段： 4M0.2I124.2"右限位开关SQ2"M0.3M0.4M0.3Q124.4"冲头下降KM4"M0.3I124.4"下限位开关SQ4"M0.4M0.5M0.4Q124.3"冲头上升KM3"程序段： 6M0.4I124.3"上限位开关SQ3"M0.5M0.6M0.5Q124.2"机械手左行KM2"程序段： 7M0.5I124.1"左限位开关SQ1"M0.6M0.0M0.1M0.6RQ124.0"机械手夹紧电磁阀Y"SDT2S5T#20S程序停止I124.5"停止SB2"M20.0I124.0"启动SB1"M20.0。

机械手的PLC控制程序摘要本设计利用PLC控制程序调试，能够完成机械手的下降，夹紧，上升，右移，下降，松开，上升，左移等一系列的动作，完全符合现实工业生产的需要，经触摸屏模拟调试效果良好，其连续性运行或手动的操作都符合要求，整个程序符合自动化的生产的要求。

本文配有动作示意图，I/O分配表，I/O连接图，梯形图和触摸屏画面，同时有程序的详细分析。

关键词：机械手；自动化；可编程控制器PLC；触摸屏目录摘要 (1)1. 概述 (4)2. 控制要求 (4)2.1. I/O连接图 (5)2.2. 程序解释 (6)2.3. 完整梯形图如下所示 (11)2.4. 触摸屏画面 (14)3. PLC应注意的问题及解决方法 (15)3.1工作环境 (15)3.1.1 温度 (15)3.1.2 湿度 (15)3.1.3 震动 (15)3.2 空气 (15)3.3安装与布线 (16)3.4 外部安全 (16)3.5 PLC的接地 (16)4.结束语 (16)5.参考文献 (16)1.概述机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制成分显来越来越重要，大机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

本设计采用PLC作为控制机对工业机械手进行控制及监控。

它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸，从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。

2.控制要求如图所示是一台机械手传送工件机械运动状态示意图，其作用是将工件从Ａ点传递到Ｂ点。

机械手的初始置位停在原点，按下启动后按钮后，机械手将下降—夹紧工件延时2秒-上升-右移-再下降-放松工件延时2秒-再上升-左移完成一个工作周期。

机械手的下降、上升、右移、左移等动作转换，是由相应的动作开关来控制的，而夹紧和放松的转换是有时间来控制的气动机械手的升降和左右移行作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动气缸来完成，其中下降与上升对应电磁阀的线圈分别为YV3与YV1，右行、左行对应电磁阀的线圈分别为YV2与YV4。

S7-200 的搬运机械手的PLC 控制机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，它能模仿人手臂的某些动作功能，可按固定顺序在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。

应用机械手可减少工人的重复操作，并能代替人类在危险与有毒性环境中工作，极大地提高了生产效率与工作精度，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度有着十分重要的意义。

可编程序控制器( PLC) 是从20 世纪60 年代末发展起来的一种新型的电气控制装置，它以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体，以其结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高等显著优点而在工业控制领域得到了迅猛的发展，被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。

德国西门子公司的PLC 产品在国内应用比较广泛，其中S7-200 系列PLC 以结构紧凑、高性价比、多种多样的CPU 尺寸以及基于Windows 的编程工具等特点在中、小规模控制系统中有独特的优势。

笔者选用西门子S7-200 为控制器，所研究的机械手采用水平/垂直位移加平面转动式结构。

机械手的全部动作由气缸驱动，PLC 控制相应的电磁阀驱动气动执行元件完成各动作。

这种控制系统能十分方便地嵌入到各类工业生产线中，完成零部件产品在固定位置之间的搬运，实现生产自动化。

1 控制功能分析机械手搬运零部件动作示意图如图1 所示，该机械手可用来将工件从左工作台搬到右工作台，其动作过程分为10 工步，即从原位开始顺序经过10个动作后完成一个周期，并返回原位。

该机械手能够抓取的工件质量m 为0. 1 kg，搬运物料过程中垂直方向加速度和水平方向加速度均为0. 3 g( g 为重力加速度) ，平面转动的回转半径r 为0. 5 m，转动角速度ω为3. 5 rad /s，角加速度β为2. 1 rad /s2，转动角度 为180°。

机械科学与技术第30 卷图1 机械手动作示意图其中为了使上升/下降、左移/右移和顺转/逆转动作能够执行，分别由3 个双线圈二位电磁阀控制气缸的动作。

第 1 章绪论1.1 选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、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。

机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。

机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。

目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS 和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。

把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。

当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。

而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。

因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的。

1.2 设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的数控机床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研究水平，实践动手能力以及专业精神和态度，具有较强的针对性和明确的实施目标，能够实现理论和实践的有机结合。

目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。

为了提高生产加工的工作效率降低成本并使生产线发展成为柔性制造系统适应现代自动化大生产针对具体生产工艺利用机器人技术，设计用一台装卸机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。

江苏信息职业技术学院毕业设计报告毕业设计报告课题：机械手的PLC控制系部：机电系专业：电气自动化班级：电气1332姓名：王琪学号：2013321026指导老师：贾君贤2016-6摘要机械手是工业自动化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、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，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 交流电机目录摘要 (1)引言 (3)第一章机械手机械结构 (4)1．1传动机构 (4)1．2机械手夹持器和机座的结构 (6)第二章机械手PLC及电机的应用 (8)2．1 PLC简介 (8)2．2 PLC内部原理 (10)2．3 机械手PLC选择及参数 (12)2．4 机械手电机的选用 (13)第三章机械手PLC控制系统设计 (14)3．1 机械手的工艺过程 (14)3．2PLC控制系统 (16)致答谢词 (21)参考文献 (21)引言在现代工业中，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，这些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，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

机械手系统的PLC梯形图程序1.程序的总体结构如图6-22所示为机械手系统的PLC梯形图程序的总体结构，将程序分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序四个部分，其中自动程序包括单步、单周期和连续工作的程序，这是因为它们的工作都是按照同样的顺序进行，所以将它们合在一起编程更加简单。

梯形图中使用跳转指令使得自动程序、手动程序和回原位程序不会同时执行。

假设选择“手动”方式，则X0为ON、X1为OFF，此时PLC执行完公用程序后，将跳过自动程序到P0处，由于X0常闭触点为断开，故执行“手动程序”，执行到P1处，由于X1常闭触点为闭合，所以又跳过回原位程序到P2处；假设选择分“回原位”方式，则X0为OFF、X1为ON，跳过自动程序和手动程序执行回原位程序；假设选择“单步”或“单周期”或“连续”方式，则X0、X1均为OFF，此时执行完自动程序后，跳过手动程序和回原位程序。

图6-22 机械手系统PLC梯形图的总体结构2.各部分程序的设计（1）公用程序公用程序如图6-23所示，左限位开关X12、上限位开关X10的常开触点和表示机械手松开的Y4的常开触点的串联电路接通时，辅助继电器M0变为ON，表示机械手在原位。

公用程序用于自动程序和手动程序相互切换的处理，当系统处于手动工作方式时，必须将除初始步以外的各步对应的辅助继电器（M11-M18）复位，同时将表示连续工作状态的M1复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。

当机械手处于原点状态（M0为ON），在开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动状态或回原点状态（X0或X1为ON）时，初始步对应的M1O将被置位，为进入单步、单同期和连续工作方式作好准备。

如果此时M0为OFF状态，M1O将被复位，初始步为不活动步，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。

图6-23 公用程序（2）手动程序手动程序如图6-24所示，手动工作时用X14～X21对应的6个按钮控制机械手的上升、下降、左行、右行、松开和夹紧。