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1、機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 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，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。 本次設(shè)計根據(jù)課題的控制要求,確定了搬運機械手的控制方案,設(shè)計控制系統(tǒng)的電氣原理圖，對控制系統(tǒng)進行硬件和軟件選型,完成PLC（可編程控制器）用戶程序的設(shè)計。設(shè)計中使用了德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列的CPU 226。該系列PLC具有功能強大，編程方便，故障率低，性價比高等多種優(yōu)點。機械手的開關(guān)量信號直接輸入PLC，使用CPU 226來完成全部的控制功能，包括：手動/自動控制切換，循環(huán)次數(shù)

2、設(shè)定，狀態(tài)指示，手動完全操控等功能。機械手完成下降、伸出、加緊工件、上升、右旋、再下降、放松工件、縮回、放松、左旋十個動作。通過模擬調(diào)試，有序的控制物料從生產(chǎn)流水線上安全搬離，提高搬運工作的準(zhǔn)確性、安全性，實現(xiàn)一套完整的柔性生產(chǎn)線，使制造過程變的更有效率。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，對PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計建立基本的思想：能提出自己的應(yīng)用心得；可鞏固、深化前續(xù)所學(xué)的大部分基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，進一步培養(yǎng)和訓(xùn)練分析問題和解決問題的能力，進一步提高自己的設(shè)計、繪圖、查閱手冊、應(yīng)用軟件以及實際操作的能力，從而最終得到相關(guān)崗位和崗位群中關(guān)鍵能力和基本能力的訓(xùn)練。 關(guān)鍵詞：機械手；PLC（可編程控制器）；CPU

3、；梯形圖 The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial

4、 their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software s

5、election, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to comp

6、lete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the desi

7、gn of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their des

8、ign, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 機械手的背景與現(xiàn)實意義 1 1.2 國內(nèi)外機械手研究概況 1 1.3 機械手控制存在的問題及最新

9、發(fā)展 3 1.3.1 利用單片機實現(xiàn)對機械手的控制 3 1.3.2 利用傳統(tǒng)繼電器實現(xiàn)對機械手的控制 3 1.3.3 PLC實現(xiàn)對機械手的控制 3 1.4 本文主要工作 5 第2章 機械手控制系統(tǒng)工藝流程與總體方案設(shè)計 6 2.1 機械手控制系統(tǒng)的流程設(shè)計 6 2.2 機械手的工藝過程 6 2.3 機械手總體控制方案的設(shè)計思路 7 第3章 機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計 9 3.1電氣原理設(shè)計 9 3.1.1 機械手電源電路設(shè)計 9 3.1.2 機械手控制電路 9 3.1.3工作狀態(tài)指示燈電路 11 3.1.4 LED段碼指示電路 11 3.2 PLC的選型及參數(shù) 12 3

10、.3電器元器件的選型 13 3.3.1 接觸器 13 3.3.2 行程開關(guān) 14 3.3.3 熔斷器 14 3.3.4 低壓斷路器 14 3.3.5 控制按鈕 14 3.3.6 直流減速電機 14 第4章 機械手軟件系統(tǒng)設(shè)計 15 4.1設(shè)計任務(wù)和控制要求 15 4.2高級指令說明 15 4.2.1 定時器指令 15 4.2.2 順控繼電器(SCR)指令 17 4.2.3 傳送指令 17 4.2.4 計數(shù)器指令 18 4.2.5 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換指令 20 4.2.6 段碼指令 20 4.3 PLC的I/O接口功能設(shè)計與分配 20 4.3.1 PCL的I/O接口功能設(shè)

11、計 20 4.3.2 I/O接線圖 23 4.4設(shè)計系統(tǒng)工作流程 24 第5章 機械手控制系統(tǒng)調(diào)試 25 5.1 西門子S7-200系列PLC編程軟件 25 5.2 程序說明 26 5.3 故障及其解決方案 31 第6章 總結(jié) 33 參考文獻 34 謝辭 35 附錄 程序清單 36 1 緒論 1.1 機械手的背景與現(xiàn)實意義 機械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段，國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展

12、。 機械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作;代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS )和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS )，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化[1]。 由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因

13、此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機器人等。綜上所述，有效的應(yīng)用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 1.2 國內(nèi)外機械手研究概況 機械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中重要的機電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機械手屬于第一代機械手，即程序控制機械手。這代機械手基本上采用點位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進行校正。這代機械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)

14、在，第三代機械手正在第一、第二代機械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來，它是能感知外界環(huán)境與對象物，并具有對復(fù)雜信息進行準(zhǔn)確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能化機械手。它能識別景物，具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識圖等多種仿生動作，具有專家知識、語音功能和自學(xué)能力等人工智能[2]。 目前機械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機械手、微型機械手和微操作系統(tǒng)(如細(xì)小工業(yè)管道機械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等)、機械手化機器、智能機械手(不僅可以進行事先設(shè)定的動作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動態(tài)學(xué)習(xí)等)。機械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向

15、非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機械手也將越來越多地裝備部隊。 國外方面：近幾年國外工業(yè)機械手領(lǐng)域有如下幾個發(fā)展趨勢。機械手性能不斷提高，而單機價格不斷下降；機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。 國內(nèi)方面：目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手(水下、爬壁、管道、遙控等機械手)基本掌握了機械手操作機的設(shè)計制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置，軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線

16、及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨立自主發(fā)展中國機械手技術(shù)的基礎(chǔ)。 例如珠江三角洲地區(qū)，塑膠工業(yè)十分發(fā)達(dá)，在國內(nèi)居龍頭地位，在國際上珠三角也有世界工廠之稱。目前，該行業(yè)使用的注射機專用機械手以臺灣生產(chǎn)的居多，如臺灣勁力公司生產(chǎn)的勁力牌機械手、臺灣威得客國際股份有限公司生產(chǎn)的“威得客”w255系列注射機專用機械手,等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，主要包括以下幾方面： *機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。 *在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，

17、在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板。 *可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 *可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。 1.3 機械手控制存在的問題及最新發(fā)展 1.3.1 利用單片機實現(xiàn)對機械手的控制 由單片機設(shè)計的系統(tǒng)都有一個共性就是抗干擾性差,因為機械手一般都用在干擾源比較多、情況比較復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場,所以由單片機設(shè)計的系統(tǒng)很難保證長期穩(wěn)定的工作。所以不宜選用此方案。 1.3.2 利用傳統(tǒng)繼電器實現(xiàn)對機械手的控制 此控制系統(tǒng)可利用四個傳統(tǒng)繼電器作為限位開關(guān)，并加上輔助電路以實現(xiàn)機械手的功能。但是由于傳統(tǒng)繼電器觸點接觸不良容易

18、出現(xiàn)故障，并且接線復(fù)雜抗干擾能力差，難以實現(xiàn)模塊化和智能化，性價比較低。所以這種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰，顯然此控制系統(tǒng)不能選用此方案。 1.3.3 PLC實現(xiàn)對機械手的控制 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Compu

19、ter）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC[3]。 PLC的主要特點： 1）高可靠性 （1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 （2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10～20ms。 （3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 （4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 （5）對采用的器件進行嚴(yán)格的篩選。 （6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。 （7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。 2）豐富

20、的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接[4]。 3）采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4）編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，

21、因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5）安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行[5]。 此控制系統(tǒng)利用PLC就可以非常容易的實現(xiàn)?；赑LC的優(yōu)點，機械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，用PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控

22、制功能。綜上所述，機械手的控制方式選擇PLC。 系統(tǒng)輸入信號有1個啟動按鈕，1個停止按鈕，1個急停按鈕，1個手動送數(shù)開關(guān)，6個限位開關(guān)，8個手動輸入信號，共計18個數(shù)字量輸入信號；輸出信號有機械手上升/下降驅(qū)動信號﹑左旋/右旋驅(qū)動信號、機械手伸出/縮回驅(qū)動信號、機械手夾緊/放松信號和七段LED顯示器信號共有15個數(shù)字量輸出信號。不需模擬量模塊，選擇西門子S7系列的CPU 226就可以滿足要求，而且還有一定的裕量。所以選用PLC實現(xiàn)對機械手的控制為最佳方案，本次設(shè)計就選用此方案進行設(shè)計。 1.4 本文主要工作 本文主要工作是應(yīng)用PLC（可編程控制器）實際設(shè)計一個搬運機械手，能實現(xiàn)搬運機械手

23、的基本功能。工作內(nèi)容： （1）闡述機械手在工業(yè)應(yīng)用中的作用和意義。 （2）設(shè)計機械手的工藝流程。 （3）機械手的硬件設(shè)計,包括PLC型號的選定，PLC的電氣連線圖,I/O分配表等。 （4）機械手的軟件設(shè)計原理，包括流程圖，程序清單。 （5）最后是系統(tǒng)調(diào)試和參考文獻的列舉。 2 機械手控制系統(tǒng)工藝流程與總體方案設(shè)計 電氣控制系統(tǒng)是根據(jù)指令準(zhǔn)確實現(xiàn)生產(chǎn)流程的重要核心，能夠保證搬運機械手準(zhǔn)確快速的完成工作。本次課題的目的就是根據(jù)工藝流程來硬件設(shè)計和軟件編程，以滿足搬運生產(chǎn)的需要，對搬運機械手尤為重要。 2.1 機械手控制系統(tǒng)的流程設(shè)計 搬運機械手作為一種自動化設(shè)施，電氣系統(tǒng)應(yīng)完成預(yù)

24、設(shè)的動作，實現(xiàn)貨物的準(zhǔn)確搬運。本課題中的搬運機械手控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能： 控制系統(tǒng)能夠根據(jù)PLC輸入的指令，準(zhǔn)確靈活的控制搬運機械手，完成搬運任務(wù)；控制系統(tǒng)具有狀態(tài)顯示功能，當(dāng)設(shè)備運行時，各部件的運行狀態(tài)用綠色指示燈表示；當(dāng)設(shè)備完成指定動作處于停止?fàn)顟B(tài)時，各部件的運行狀態(tài)用紅色指示燈表示，按下停止按鈕和啟動按鈕后完成指示燈狀態(tài)進行切換；控制系統(tǒng)能夠保證搬運機械手針對不同生產(chǎn)任務(wù)的要求，能夠準(zhǔn)確完成貨物的搬運，保證快速性和準(zhǔn)確性兼顧； 按下急停按鈕，能夠立即停止工作，保證了生產(chǎn)的安全性。搬運機械手通過程序的改變，能自由的改變控制方法，實現(xiàn)柔性的生產(chǎn)控制。 2.2 機械手的工藝過程 機械

25、手的工藝過程 機械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如圖2.1所示。機械手的工作均由電機驅(qū)動，它的上升、下降、左移、右移都是有電機驅(qū)動螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來完成的。 分析工藝過程 機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，機械手將下降—伸出—加緊工件—上升—右旋—再下降—放松工件—縮回—放松—左旋十個動作，完成一個工作周期。運動過程如圖2.2所示。機械手的下降、上升、右旋、左旋、伸出、縮回等動作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而加緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是有時間來控制的。 圖2-1機械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖 圖2-2機械手簡單工作過程示意圖 2.3 機械手總體控制方

26、案的設(shè)計思路 本設(shè)計主要是在現(xiàn)有硬件設(shè)備條件下，通過軟件編程，對于機械手進行有序的控制，提高搬運工作的準(zhǔn)確性、安全性。主要由S7-200PLC來進行控制，通過直流減速電機，電磁鐵等來控制搬運機械手的運動。 由于PLC的抗干擾能力強，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟角度考慮，設(shè)計出如圖2.3所示的機械手控制系統(tǒng)的功能框圖。 圖2-3機械手控制系統(tǒng)的功能框圖 機械手完成以上工藝主要是通過機械控制來實現(xiàn)的，即利用PLC控制電動機的轉(zhuǎn)動。電機的運行和電磁鐵的通斷，電動機的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動機械手臂的順時針旋轉(zhuǎn)和逆時針旋轉(zhuǎn)，電機控制機械手的上升、下降

27、、伸出和縮回，電磁鐵驅(qū)機械手爪的夾緊和放松。 由于此次設(shè)計中，機械手的控制可以分為一個步驟來實現(xiàn)，因此，利用步進順控法來進行編程較為容易實現(xiàn)。最后在S7-200PLC編程專用軟件編程軟件上進行輸入編程，調(diào)試。 3 機械手硬件系統(tǒng)設(shè)計 在確定設(shè)計方案之后，本章節(jié)將對機械手電氣控制系統(tǒng)中的電氣原理圖設(shè)計。根據(jù)需要實現(xiàn)的功能以及整個系統(tǒng)的性價比對PLC和電氣元器件進行介紹以及選型。 3.1電氣原理設(shè)計 根據(jù)工藝要求，本節(jié)將從機械手的電源電路、控制電路、工作狀態(tài)指示燈電路、LED段碼指示電路等方面進行設(shè)計。 3.1.1 機械手電源電路設(shè)計 主要是通過交流220V接開關(guān)電源變成直流24V，

28、當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲鱍R1閉合，電氣控制系統(tǒng)得電，熔斷器的作用起電路保護作用，防止過大電流沖擊。 3.1.2 機械手控制電路 機械手控制電路如圖所示。當(dāng)Q0.0為“1”即繼電器KM1得電時直流減速電動機正轉(zhuǎn)。當(dāng)Q0.1為“1”即繼電器KM2得電時直流減速電動機反轉(zhuǎn)。所有電動機的電路均如圖所示不再一一列舉。主電路如下圖3.1所示 圖3-1 機械手控制電路圖 為保證安全，防止PLC誤動作導(dǎo)致電源相間短路在輔助電路中設(shè)計了互鎖保護，輔助電路圖如下3.2所示： 圖3-2互鎖保護輔助

29、電路圖 3.1.3工作狀態(tài)指示燈電路 根據(jù)設(shè)計要求，指示燈采用使用接觸器輔助觸點來完成相應(yīng)的狀態(tài)指示功能，紅燈代表對應(yīng)功能停止綠燈代表運行。GL代表綠燈RL代表紅燈。數(shù)字編號對應(yīng)接觸器編號相對應(yīng)的功能。所有指示燈電路均如此，故圖中不再一一列舉。 圖3-3工作狀態(tài)指示燈電路圖 3.1.4 LED段碼指示電路 因工藝需要，特設(shè)計LED七段顯示器顯示設(shè)定的機械手工作循環(huán)次數(shù)。下面列出接線圖如圖3.4所示。 圖3-4 LED段碼指示電路圖 3.2 PLC的選型及參數(shù) PLC是一種以微處理器為核心的新型工業(yè)自動控制系統(tǒng)。它的最大特點就是體積小，功能強

30、，響應(yīng)速度快，可靠性高?？刂七^程通過以梯形圖的方式編程，隨時可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機修改，還具有可擴展性強等特點。S7-200 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個緊湊的外殼中，從而形成了一個功能強大的Micro PLC。下載了程序之后，S7--200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備[6]。其硬件結(jié)構(gòu)簡圖如下： 外設(shè)I/O接口 輸出部件 存儲器 EPROM 微處理器 運算器 控制器 電源 輸入部件 I/O 擴展接口 I/O 擴展單元 受控元件 輸入信號 外部設(shè)備

31、 圖3-5 PLC硬件結(jié)構(gòu)簡圖 根據(jù)系統(tǒng)控制要求的經(jīng)濟性和可靠性來考慮，選擇西門子S7-200系列PLC。西門子S7-200PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU224XP等。從搬運機械手的控制要求中可以看到，此次需要18個數(shù)字量輸入，15個數(shù)字量輸出，共需26點I/O，根據(jù)I/O點數(shù)，PLC選用西門子S7-200系列的CPU 226 AC/DC/RLY，交流220V供電，直流數(shù)字量輸入，繼電器電路輸出類型。該PLC具有24個數(shù)字量輸入點，16個數(shù)字量輸出點，擴展模塊數(shù)量可達(dá)7個。CPU內(nèi)置了

32、2個高速脈沖發(fā)生器，2個脈沖發(fā)生器分別以CPU本體的Q0.0和Q0.1作為輸出通道。 表3-1 PLCCPU22X技術(shù)參數(shù) 特性 CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 224XPal CPU 226 外形尺寸 90*80*62 90*80*62 120.5*80*62 140*80*62 190*80*62 程序存儲器： 運行模式下編輯 非運行模式編輯 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 4096字節(jié) 8192字節(jié) 12288字節(jié) 12288字節(jié) 16384字節(jié) 16384字節(jié)

33、 24576字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器 2048字節(jié) 2048字節(jié) 8192字節(jié) 10240字節(jié) 10240字節(jié) 掉電保護時間 50小時 50小時 100小時 100小時 100小時 本機I/O 數(shù)字量、模擬量 6輸入/4輸出 - 8輸入/6輸出 - 14輸入/10輸出 - 14輸入/10輸出 2輸入/1輸出 24輸入/16輸出 - 擴展模塊數(shù)量 0個模塊 2個模塊1 7個模塊1 7個模塊1 7個模塊1 高速計數(shù)器 單相 兩相 4路30KHz 2路20KHz 4路30KHz 2路20KHz 6路30KHz 4路20KHz

34、4路30KHz 2路200KHz 3路20KHz 1路100KHz 6路30KHz 4路20KHz 脈沖輸出(DC) 2路20KHz 2路20KHz 2路20KHz 2路100KHz 2路20KHz 模擬電位器 1 1 2 2 2 實時時鐘 卡 卡 內(nèi)置 內(nèi)置 內(nèi)置 通訊口 1 S-485 1 S-485 1 S-485 2 RS-485 2 RS-485 浮點數(shù)運算 是 I/O映像大小 256（128輸入/128輸出） 布爾型執(zhí)行速度 0.22毫秒/指令 根據(jù)本系統(tǒng)的I/O分配以及脈沖數(shù)出頻率決定選用CPU 226

35、 的S7-200PLC。 3.3電器元器件的選型 根據(jù)此系統(tǒng)的控制要求和資源要求，對電器元器件進行選型。 3.3.1 接觸器 接觸器是一種電控制元件，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。主要用來反映各種控制信號，其觸點通常接在控制電路中。本課題選用JZ11型接觸器。 3.3.2 行程開關(guān) 行程開關(guān)主要用于將機械位移轉(zhuǎn)變成電信號，使電動機的運行狀態(tài)得以改變，從而控制機械動作或用作程序控制。本設(shè)計選用KW-7型行程開關(guān)。 3.3.3 熔斷器 熔斷器也被稱為保險絲，它是一種安裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。熔斷器其實就是一種短路保護器，廣泛用于配電系統(tǒng)和控制

36、系統(tǒng)，主要進行短路保護或嚴(yán)重過載保護。本設(shè)計選用RL1-15型熔斷器。 3.3.4 低壓斷路器 低壓斷路器又稱自動開關(guān)。它是按規(guī)定條件，對配電電路，電動機或其他用電設(shè)備實行不頻繁通斷操作，線路切換，自動分?jǐn)嚯娐返拈_關(guān)電器，這種開關(guān)相當(dāng)于刀開關(guān)，熔斷器，熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，并具有良好的滅弧性能，所以它是低壓配電系統(tǒng)中的主要電器元件，作為線路及電源設(shè)備過載，欠電壓及短路保護用[7]。本設(shè)計選用DZ15-40/1型低壓斷路器。 3.3.5 控制按鈕 控制按鈕是一種短時接通或斷開小電流電路的手動主令電器。主要用于操縱接觸器，繼電器或電氣連鎖電路，以實現(xiàn)對各種運動的控制。按鈕可以做成很

37、多形式，以滿足不同的控制或操作需要，結(jié)構(gòu)形式有旋轉(zhuǎn)式，指示燈式，緊急式，撳鈕式，帶鎖式等。為了便于區(qū)分各按鈕不同的控制作用，通常將按鈕做成不同顏色以示區(qū)別，以避免誤操作[8]。本設(shè)計選用8個LA10-1控制按鈕。 3.3.6 直流減速電機 直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是,提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了，直流電機在自動化行業(yè)中的使用率[9]。本設(shè)計選用M28-831型直流減速電機。 4 機械手軟件系統(tǒng)設(shè)計 本章針對機械手控制系統(tǒng)的用戶程序經(jīng)行設(shè)計。對設(shè)計任務(wù)要求、I

38、/O分配、系統(tǒng)工作流程及編程設(shè)計思路進行逐一地介紹。 4.1設(shè)計任務(wù)和控制要求 通過機械手搬運，把物料從生產(chǎn)流水線上搬運至裝配單元，便于裝配。 機械手搬運的物料的重量為：200g——2000g。 機械手有上升、回轉(zhuǎn)180度，伸縮功能。 整個控制系統(tǒng)能自動循環(huán)工作，也可手工調(diào)整。 手動運行調(diào)試：分別按下左旋、右旋、提升、下降、伸出、縮回、放松和夾緊8個按鈕，實現(xiàn)其對應(yīng)的功能。 自動運行調(diào)試：進入自動運行方式，依次實現(xiàn)下降－伸出－夾緊－上升－右旋－下降－放松－縮回－上升－左旋動作。若在自動運行期間按下緊急停止按鈕I0.0，機械手立即停止動作。 4.2高級指令說明 在此次程序設(shè)計中

39、，用到了定時器指令、順控繼電器(SCR)指令、邏輯操作指令、傳送指令、計數(shù)器指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令，本節(jié)將對這些高級指令進行介紹。 4.2.1 定時器指令 定時器在使用前要先預(yù)置時間初始值，當(dāng)定時器滿足條件運行時，從開始0按精度等級單位増計數(shù)，當(dāng)定時器當(dāng)前值達(dá)到預(yù)置值時，定時器動作，定時器的常開接點閉合，常閉接點斷開。以下是不同類型定時器的介紹。 （1）打開延遲定時器和有記憶的打開延遲定時器 打開延遲定時器(TON)和有記憶的打開延遲定時器在使能輸入接通時記時。定時器號(Txx)決定了定時器的分辨率，并且分辨率現(xiàn)在已經(jīng)在指令盒上標(biāo)出了。 （2）關(guān)斷延時定時器 關(guān)斷延時定時器用于在

40、輸入斷開后延時一段時間斷開輸出。定時器號(Txx)決定了定時器的分辨率，并且分辨率現(xiàn)在已經(jīng)在指令盒上標(biāo)出了。 （3）分辨率對定時器的影響 對于1 ms分辨率的定時器來說，定時器位和當(dāng)前值的更新不與掃描周期同步。對于大于1 ms的程序掃描周期，定時器位和當(dāng)前值在一次掃描內(nèi)刷新多次。對于10 ms分辨率的定時器來說，定時器位和當(dāng)前值在每個程序掃描周期的開始刷新。定時器位和當(dāng)前值在整個掃描周期過程中為常數(shù)。在每個掃描周期的開始會將一個掃描累計的時間間隔加到定時器當(dāng)前值上。對于分辨率為100 ms的定時器，在執(zhí)行指令時對定時器位和當(dāng)前值進行更新；因此，確保在每個掃描周期內(nèi)，程序僅為100毫秒的定時

41、器執(zhí)行一次指令，以便使定時器保持正確計時[10]。 （4）定時器存儲區(qū)：T S7--200 CPU中，定時器可用于時間累計，其分辨率(時基增量)分為1ms、10ms和100ms三種。定時器有兩個變量： _ 當(dāng)前值：該16位有符號整數(shù)可存儲由定時器計數(shù)的時間量。 _ 定時器位：在比較當(dāng)前值和預(yù)設(shè)值后，可設(shè)置或清除該位。預(yù)設(shè)值是定時器指令的一部分。 可以用定時器地址(T + 定時器號)來存取這兩種形式的定時器數(shù)據(jù)。是否訪問定時器位或當(dāng)前值取決于所使用的指令：帶位操作數(shù)的指令可訪問定時器位，而帶字操作數(shù)的指令則訪問當(dāng)前值。如圖4.1所示，常開觸點指令訪問定時器位；而移動字指令則訪問定時器的

42、當(dāng)前值。 圖4-1 訪問定時器或者定時器的當(dāng)前值 4.2.2 順控繼電器(SCR)指令 SCR指令能夠按照自然工藝段在LAD、FBD或STL中編制狀態(tài)控制程序。只要應(yīng)用中包含的一系列操作需要反復(fù)執(zhí)行，就可以使用SCR使程序更加結(jié)構(gòu)化，以至于直接針對應(yīng)用。這樣可以使得編程和調(diào)試更加快速和簡單。 裝載SCR指令(LSCR)將S位的值裝載到SCR和邏輯堆棧中。SCR堆棧的結(jié)果值決定是否執(zhí)行SCR程序段。SCR堆棧的值會被復(fù)制到邏輯堆棧中，因此可以直接將盒或者輸出線圈連接到左側(cè)的功率流線上而不經(jīng)過中間觸點。限定當(dāng)使用S

43、CR時，請注意下面的限定：不能把同一個S位用于不同程序中。例如：如果在主程序中用了S0.1，在子程序中就不能再使用它。無法跳轉(zhuǎn)入或跳轉(zhuǎn)出SCR段；然而，可以使用Jump和Label指令在SCR段附近跳轉(zhuǎn)，或在SCR段內(nèi)跳轉(zhuǎn)。在這里要注意SCR段中不能使用END指令。 4.2.3 傳送指令 傳送指令是將常數(shù)或某存儲器中的數(shù)據(jù)傳送到另一存儲器中，它包括單一數(shù)據(jù)傳送和成塊數(shù)據(jù)傳送兩大類。通常用于設(shè)定參數(shù)、協(xié)助處理有關(guān)數(shù)據(jù)以及建立數(shù)據(jù)。 (1)字節(jié)、字、雙字或者實數(shù)傳送 字節(jié)傳送(MOVB)、字傳送(MOVW)、雙字傳送(MOVD)和實數(shù)傳送指令在不改變原值的情況下將IN中的值傳送到OUT。使

44、用雙字傳送指令可以創(chuàng)建一個指針。對于IEC傳送指令，輸入和輸出的數(shù)據(jù)類型可以不同，但數(shù)據(jù)長度必須相同。使ENO=0的錯誤條件：_ 0006 (間接尋址)。 4.2.4 計數(shù)器指令 計數(shù)器是對外部輸入的脈沖計數(shù)，要求提前輸入他的設(shè)定值，當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器累計它的輸入端脈沖電位上升沿的次數(shù)，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達(dá)到預(yù)定值時，計數(shù)器動作，發(fā)出中斷請求，以便PLC響應(yīng)而做出相應(yīng)動作[11]。以下是不同類型計數(shù)器的介紹。 (1)增/減計數(shù)器 增/減計數(shù)指令(CTUD)，在每一個增計數(shù)輸入(CU)的低到高時增計數(shù)，在每一個減計數(shù)輸入(CD)的低到高時減計數(shù)。計數(shù)器的當(dāng)前值CXX保存當(dāng)前計數(shù)值。在

45、每一次計數(shù)器執(zhí)行時，預(yù)設(shè)值PV與當(dāng)前值作比較。當(dāng)達(dá)到最大值(32767)時，在增計數(shù)輸入處的下一個上升沿導(dǎo)致當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)樽钚≈?--32768)。當(dāng)達(dá)到最小值(--32768)時，在減計數(shù)輸入端的下一個上升沿導(dǎo)致當(dāng)前計數(shù)值變?yōu)樽畲笾?32767)。當(dāng)CXX的當(dāng)前值大于等于預(yù)設(shè)值PV時，計數(shù)器位CXX置位。否則，計數(shù)器位關(guān)斷。當(dāng)復(fù)位端(R)接通或者執(zhí)行復(fù)位指令后，計數(shù)器被復(fù)位。 STL操作： _ 復(fù)位輸入：棧頂 _ 向下計數(shù)輸入：數(shù)值載入第二個棧位置 _ 向上計數(shù)輸入：數(shù)值載入第三個棧位置 表4-1 SIMATIC計數(shù)器指令的有效操作數(shù) 輸入/輸出

46、數(shù)據(jù)類型 操作數(shù) C WORD 常數(shù)（C0到C255） CU、CD、LD、R BOOL I、Q、V、M、SM、S、T、C、L、功率流 PV INT IW、QW、VW、MW、SMW、SW、LW、T、C、AC、AIW、VD、LD、AC、常數(shù) （2）計數(shù)器存儲區(qū)：C S7--200提供三種類型的計數(shù)器，可計算計數(shù)器輸入上的低--高跳變事件：一種類型僅計算向上事件，一種類型僅計算向下事件，還有一種類型計算向上和向下兩種事件。計數(shù)器有兩種形式： _ 當(dāng)前值：該16位有符號整數(shù)可存儲累加計數(shù)。 _ 計數(shù)器位：在比較當(dāng)前值和預(yù)設(shè)值后，可設(shè)置或清除該位。 預(yù)設(shè)值是計數(shù)器指令的一部

47、分?？梢杂糜嫈?shù)器地址(C + 計數(shù)器號)來訪問這兩種形式的計數(shù)器數(shù)據(jù)。是否訪問計數(shù)器位或當(dāng)前值取決于所使用的指令：帶位操作數(shù)的指令訪問計數(shù)器位，而帶字操作數(shù)的指令則訪問當(dāng)前值。如圖4.2中所示，常開觸點指令是存取計數(shù)器位；而移動字指令則是存取計數(shù)器的當(dāng)前值[12]。 圖4-2 存取計數(shù)器位或者計數(shù)器的當(dāng)前值 4.2.5 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換指令 字節(jié)轉(zhuǎn)為整數(shù)(BTI)、整數(shù)轉(zhuǎn)為字節(jié)(ITB)、整數(shù)轉(zhuǎn)為雙整數(shù)(ITD)、雙整數(shù)轉(zhuǎn)為整數(shù)(DTI)、雙整數(shù)轉(zhuǎn)為實數(shù)(DTR)、BCD碼轉(zhuǎn)為整數(shù)(BCDI)和整數(shù)轉(zhuǎn)為BCD碼(IBCD)。以上指令將輸入值IN轉(zhuǎn)換為指定的格式并存儲到由OUT指定的輸出值存

48、儲區(qū)中。例如：您可以將雙整數(shù)值轉(zhuǎn)為實數(shù)值；您也可以在整數(shù)和BCD碼格式之間相互轉(zhuǎn)換[13]。 4.2.6 段碼指令 要點亮七段碼顯示器中的段，可以使用段碼指令。段碼指令將IN中指定的字符(字節(jié))轉(zhuǎn)換生成一個點陣并存入OUT指定的變量中。點亮的段表示的是輸入字節(jié)中低4位所代表的字符。圖4.3給出了段碼指令使用的七段碼顯示器的編碼。 圖 4-3 七段碼顯示器的編碼 4.3 PLC的I/O接口功能設(shè)計與分配 4.3.1 PCL的I/O接口功能設(shè)計 機械手系統(tǒng)PLC輸入信號回路。SB1是急停開關(guān)，接至PLC的I0.0輸入。SB2

49、是啟動開關(guān)，接至PLC的I0.1輸入。SB3是停止開關(guān)，接至PLC的I0.2輸入。SQ1是上升限位開關(guān)，接至PLC的I0.3輸入。SQ2是下降限位開關(guān)，接至PLC的I0.4輸入。SQ3是伸出限位開關(guān)，接至PLC的I0.5輸入。SQ4是縮回限位開關(guān)，接至PLC的I0.6輸入。SQ5是左旋限位開關(guān)，接至PLC的I0.7輸入。SQ6是右旋限位開關(guān)，接至PLC的I1.0輸入。SB4是手動上升開關(guān)，接至PLC的I1.1輸入。SB5是手動下降開關(guān)，接至PLC的I1.2輸入。SB6是手動伸出開關(guān)，接至PLC的I1.3輸入。SB7是手動縮回開關(guān)，接至PLC的I1.4輸入。SB8是手動左旋開關(guān)，接至PLC的I1

50、.5輸入。SB9是手動右旋開關(guān)，接至PLC的I1.6輸入。SB10是手動放松開關(guān)，接至PLC的I1.7輸入。SB11是手動夾緊開關(guān)，接至PLC的I2.0輸入。SB12是手動送數(shù)開關(guān)，接至PLC的I2.1輸入。 KM1是上升接觸器,接PLC的Q0.0輸出。KM2是下降接觸器，接PLC的Q0.1輸出。KM3是伸出接觸器，接PLC的Q0.2輸出。KM4是縮回接觸器，接PLC的Q0.3輸出。KM5是左旋接觸器，接PLC的Q0.4輸出。KM6是右旋接觸器，接PLC的Q0.5輸出。KM7是放松接觸器，接PLC的Q0.6輸出。KM8是夾緊接觸器，接PLC的Q0.7輸出。Q1.1至Q1.7是LED段碼輸出。

51、 表4-2 PLC I/O分配表 設(shè)備符號 PLC觸點號 設(shè)備符號 PLC觸點號 SB1 I0.0 SB4 I1.1 SB2 I0.1 SB5 I1.2 SB3 I0.2 SB6 I1.3 SQ1 I0.3 SB7 I1.4 SQ2 I0.4 SB8 I1.5 SQ3 I0.5 SB9 I1.6 SQ4 I0.6 SB10 I1.7 SQ5 I0.7 SB11 I2.0 SQ6 I1.0 SB12 I2.1 KM1 Q0.0 KM5 Q0.4 KM2

52、 Q0.1 KM6 Q0.5 KM3 Q0.2 KM7 Q0.6 KM4 Q0.3 KM8 Q0.7 SEGA Q1.1 SEGB Q1.2 SEGC Q1.3 SEGD Q1.4 SEGE Q1.5 SEGF Q1.6 SEGG Q1.7 4.3.2 I/O接線圖 根據(jù)I/O分配表畫出PLC外部接線圖，如下圖所示。 CPU 226 圖4-4 PLC硬件接線圖 4.4設(shè)計系統(tǒng)工作流程 根據(jù)機械手動作以及需要實現(xiàn)的功能，設(shè)計出如圖4.5所示的機械手控制系

53、統(tǒng)流程圖。根據(jù)設(shè)計的狀態(tài)流程圖決定選用順序控制的編程方式。 圖4-5機械手控制系統(tǒng)流程圖 5 機械手控制系統(tǒng)調(diào)試 5.1 西門子S7-200系列PLC編程軟件 STEP 7--Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。為了能快捷高效地開發(fā)您的應(yīng)用程序，STEP 7--Micro/WIN軟件為您提供了三種程序編輯器。為了便于您找到所需的信息，STEP 7--Micro/WIN提供了詳盡的在線幫助以及文檔光盤，該光盤含有本手冊的電子版、應(yīng)用示例和其它有用的信息[14]。

54、 圖5-1 STEP 7--Micro/WIN編程軟件界面 5.2 程序說明 編制PLC控制程序的方法很多，主要的有以下幾種典型的編程方法：圖解法編程、經(jīng)驗法編程、計算機輔助設(shè)計編程。 圖解法是靠畫圖進行PLC程序設(shè)計。常見的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。在自動運行過程中由于機械手的控制可以分為一個個步驟來實現(xiàn)，因此，利用步進順控法來進行編程較為容易實現(xiàn)。而在手動運行過程中需要程序邏輯思路清晰、輸入與輸出的因果關(guān)系及連鎖關(guān)系明確，因此利用邏輯流程圖法來實現(xiàn)。最后在S7-200PLC編程專用軟件“STEP7-Micro/WI

55、N32”3.2版本編程軟件上進行輸入編程，調(diào)試[15]。接下來簡單介紹下程序的功能。 手動運行過程：手動實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)臺的左旋以及右旋，并且互鎖保證轉(zhuǎn)臺不會同時執(zhí)行左旋和右旋兩個動作。程序如圖5.2所示： 圖5-2 左右旋轉(zhuǎn)控制程序 本例中為實現(xiàn)循環(huán)計數(shù)控制，使用了增減計數(shù)器。I2.1為計數(shù)開關(guān)，每按下一次計數(shù)器增計數(shù)一次。M0.0為循環(huán)結(jié)束標(biāo)志位，每循環(huán)結(jié)束一次即自動閉合一下與此同時計數(shù)器減計數(shù)一次。每當(dāng)停止開關(guān)按下時計數(shù)器立即復(fù)位。程序如圖5.3所示： 圖5-3 循環(huán)計數(shù)程序 本例中為實現(xiàn)顯示計數(shù)器狀態(tài)，需要使用傳送指令。程序如圖5.4所示： 圖5-4

56、 上電送數(shù)程序 因字碼顯示程序與計數(shù)器程序所使用的變量類型不同，需要變量類型轉(zhuǎn)換程序。程序如圖5.5所示： 圖5-5 字碼類型轉(zhuǎn)換程序 本例中字碼顯示程序，使用的是PLC自帶的SEGMENT譯碼器，以及通過邏輯與和邏輯比較來完成7段字碼的顯示輸出。因從低位至高位邏輯控制程序相同，故圖中只給出低位的邏輯程序部分，其它位以此類推。程序如下： 圖5-6 字碼顯示轉(zhuǎn)換程序 本例使用SCR順序邏輯控制指令實現(xiàn)機械手的最基本的順序控制。SCR是順序控制開始指令，SCRT是順序控制跳轉(zhuǎn)指令，一般在順序控制中本段結(jié)束需要跳轉(zhuǎn)到下一段時使用。SCRE是順序控制結(jié)束標(biāo)志。現(xiàn)列出完整的順序

57、控制程序段： 圖5-7 順序控制程序 在實際系統(tǒng)中因為機械精度、制作工藝、機械慣性、電磁環(huán)境等等因素會造成干擾現(xiàn)象，使得輸入信號波形不完美，發(fā)生抖動現(xiàn)象。有可能使高速掃描運行中的PLC發(fā)生誤動作，從而造成危險。降低系統(tǒng)的魯棒性?，F(xiàn)通過通電延時定時器實現(xiàn)數(shù)字濾波的功能，待開關(guān)信號穩(wěn)定后PLC才開始動作。現(xiàn)給出抗干擾程序： 圖5-8 抗干擾程序 現(xiàn)簡要介紹控制流程： 狀態(tài)S0.0（下降）：S0.0得電后Q0.1立即閉合，機械手開始下降。I0.4閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒跳轉(zhuǎn)到下一段程序。 狀態(tài)S0.1（伸出）：S0.1得電后Q0.2立即閉合，機械手開

58、始伸出。I0.5閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒跳轉(zhuǎn)到下一段程序。 狀態(tài)S0.2（夾緊）：實現(xiàn)夾緊功能，在完成夾緊動作之后跳轉(zhuǎn)到S0.3，即上升功能。 狀態(tài)S0.3（上升）：S0.3得電后Q0.0立即閉合，機械手開始上升。I0.3閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.4，即右旋功能。 狀態(tài)S0.4（右旋）：S0.4得電后Q0.5立即閉合，機械手開始右旋。I1.0閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.5，即下降功能。 狀態(tài)S0.5(下降)：S0.5得電后Q0.1立即閉合，機械手開始下降。I0.4閉合后延時300毫秒停止，再延時30

59、0毫秒之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S0.6，即放松功能。 狀態(tài)S0.6（放松）：實現(xiàn)放松功能，在完成放松動作之后跳轉(zhuǎn)到S0.7，即縮回功能。 狀態(tài)S0.7（縮回）：S0.7得電后Q0.3立即閉合，機械手開始縮回。I0.6閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.0，即上升功能。 狀態(tài)S1.0（上升）：S1.0得電后Q0.0立即閉合，機械手開始上升。I0.3閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒之后跳轉(zhuǎn)到狀態(tài)S1.1，即左旋功能。 狀態(tài)S1.1（左旋）：S1.1得電后Q0.4立即閉合，機械手開始左旋。I0.7閉合后延時300毫秒停止，再延時300毫秒之后跳轉(zhuǎn)回首段程序并送脈沖信

60、號給計數(shù)器。 在自動運行過程中若按下急停按鈕I0.0，機械手立即停止工作。若沒有按下急停按鈕在完成左旋功能后自動回到初始狀態(tài)，進行第二個周期的自動運行。如果程序進行中按下停止按鈕，則在本次循環(huán)結(jié)束后不再繼續(xù)運行。 5.3 故障及其解決方案 首先用電腦在STEP-7-Micro/WIN編程軟件中將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點擊運行并對其指出的錯誤進行修改，修改完最終運行無誤后將其下載到可編程控制儀器中；其次按照設(shè)計的要求接好線，確定無誤后開始調(diào)試。下表列出可能出現(xiàn)的問題及解決方案。 表5-1 可能出現(xiàn)的問題及解決方案 問題 可能

61、原因 解決方法 輸出不工作 1.被控制設(shè)備產(chǎn)生的浪涌損壞了輸出 2.程序錯誤 3.接線松動或不正確 4.輸出過載 5.輸出被強制 1.當(dāng)接到感性負(fù)載時，需要使用一個抑制電路。 2.更正用戶程序 3.檢查接線并更正 4.檢查輸出的負(fù)載功率 5.檢查S7-200是否有被強制的I/O S7-200上SF（系統(tǒng)故障）燈亮（紅色） 下面給出了可能的原因： 1.用戶程序錯誤 -0003 看門狗錯誤 -0011 間接尋址 -0012 非法的浮點數(shù) -0014 范圍錯誤 2.電噪聲(0001到0009) 3.元件損壞(0001到0010) 1.對于編程錯誤,檢查F

62、OR、 NEXT、JMP、LBL和比較指令的用法 2.對于電噪聲： 控制面板良好接地和高電壓與低電壓不并行引線是很重要的。 把24VDC傳感器電源的M端子接地。 LED燈全部不亮 1.保險絲燒壞 2.24V電源線接反 3.不正確的電壓 把電源分析器連接到系統(tǒng)；檢查過電壓尖峰的幅值和持續(xù)時間。根據(jù)檢查結(jié)果，給系統(tǒng)加一個合適的抑制設(shè)備。 與高能量設(shè)備相關(guān)的間歇操作 1.不適合的接地 2.在控制柜內(nèi)交叉配線 3.輸入濾波器的延時太少 控制面板良好接地和高電壓與低電壓不并行引線是很重要的。 把24VDC傳感器電源的M端子接到地。增加系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中的輸入濾波器的延遲時間。 當(dāng)

63、連接一個外部設(shè)備時通訊網(wǎng)絡(luò)損壞。 （計算機接口、S7-200的接口或PC/PP電纜損壞） 如果所有的非隔離設(shè)備連到一個網(wǎng)絡(luò)、而該網(wǎng)絡(luò)沒有共同的參考點，通訊電纜提供了一個不期望的電流通路。這些不期望的電流可以造成通訊錯誤或損壞電路。 1.購買隔離型PC/PPI電纜。 2.當(dāng)連接沒有共同電氣參考點的機器時,購買隔離性RS-485到RS-485中繼器。 6 總結(jié) 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)

64、知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。 在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師翟老師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向

65、老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。 參考文獻 [1]王士軍,鄭新志.機械手PLC自動控制系統(tǒng).山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2011,18（3）：48-50 [2]SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊[M]，2003 [3]

66、張進秋.可編程控制器原理及應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004 [4]Alp Ustundag，Mehmet Tanyas．The impacts of Radio Frequency Identification(RFID)technology on supply chain costs[J1．Transportation Research—Part E，2009,45(1):29-38 [5]D．I．Orekhov，A．S．Chepurnov，A．A．Sable’nikov．A Distributed Data Acquisition and Analysis System Based on CAN Bus．Experimental Techniques.2007,5O(4):487-493 [6]丁筱玲,趙立新.PLC在機械手控制系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011(1)：105-108 [7]黃海松.基于單片機的物料搬運機械手的控制系統(tǒng)研究[J].機電控制技術(shù)，2011，36(11)：34-36 [8]Harold Boeck，Samuel Fo