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目 錄 一 機械手簡介 2 1.1 機械手分類 2 1.2 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 2 1.3 機械手工作過程： 3 二 PLC簡介 5 三 I/O配置表 5 3.1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表 6 3.2 選型 7 3.3 PLC的輸入輸出端子分配接線圖 8 四 機械手的PLC控制 9 4.1 控制特點 9 4.2 系統(tǒng)控制示意圖 9 4.3 原理接線圖 10 4.4 操作系統(tǒng) 10 4.5 回原位程序 11 4.6 手動單步操作程序 11 4.7 自動操作程序 12 4.8 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖 13 五 運行程序 15 5.1 編輯運行程序 15 六 操作面板 17 6.1 操作面板的演示 17 七 軟件調(diào)試過程 18 7.1 PLC程序的模擬調(diào)試 18 五 總結(jié) 20 參考文獻(xiàn) 21 附錄 22 一 機械手簡介 在現(xiàn)今的生活上,科技日新月益的進(jìn)展之下,機械人手臂與有人類的手臂最大區(qū)別就在于靈活度與耐力度。也就是機械手的最大優(yōu)勢可以重復(fù)的做同一動作在機械正常情況下永遠(yuǎn)也不會覺得累！機械手臂的應(yīng)用也將會越來越廣泛,機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力。工業(yè)機械手機器人的一個重要分支。特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機械手機器各自的優(yōu)點. 1.1 機械手分類 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 1.2 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 (1)根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作,確定這些動作之間的關(guān)系及完成這些動作的順序。 (2)分配輸入、輸出設(shè)備,即確定哪些外圍設(shè)備是送信號給PLC的,哪些外圍設(shè)備是接收來自PLC的信號的,同時還要將PLC的輸入、輸出點與之一一對應(yīng),對I/O進(jìn)行分配。在此基礎(chǔ)上確定PLC的選型。 (3)根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和所選PLC的I/O點的情況及高功能模塊的情況,設(shè)計PLC用戶程序,此時可采用梯形田、助記符或流程圖語言形式的用戶程序。 （4）PLC的用戶程序體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系,編程時可用編程器或計算機直接編程、修改,同時也可對PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定。 (5)對所設(shè)計的PLC程序進(jìn)行調(diào)試和修改,直至PLC完全實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的控制功能。 (6)保存已完成的程序。 1.3 機械手工作過程： 機械手在生產(chǎn)線上的任務(wù)是將工件從A處傳送到B處。根據(jù)外界情況，機械手在空間上主要進(jìn)行以下動作：機械手下降，機械手抓緊工件，機械手與工件上升，機械手與工件有右移，機械手與工件下降，機械手放松工件，機械手上升，機械手左移。控制器檢測上，下，左，右限位開關(guān)的通斷，決定當(dāng)前的動作，通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出，控制機械手的動作。同時，用兩位數(shù)碼管顯示搬運工件的數(shù)量。 啟動控制有2種，1個由啟動開關(guān)安裝在現(xiàn)場，1個由通過組態(tài)王軟件控制。在控制面板上，安裝一個檔位開關(guān)，分手動和自動兩大檔位，手動擋包括調(diào)試和回原位兩檔，自動擋分單步、半自動和全自動三檔，要求自動擋的操作必須在回原位的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。 原位 下降 夾緊 上升 　右移 左移 上移 放松 下降 圖?。?３-１ 圖?。?３-２ 二 PLC簡介 PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(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械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 三 I/O配置表 3.1 機械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點分配表 表 3-1-1 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸入 名 稱 代號 輸出 啟動 SB1 X0.1 自動操作 SB5 X1.0 電磁閥下降 YV1 Y0 下限行程 SQ1 X0.1 單步 SB6 X1.1 電磁閥夾緊 YV2 Y1 上限行程 SQ2 X0.2 調(diào)試 SB7 X1.2 電磁閥上升 YV3 Y2 右限行程 SQ3 X0.3 回復(fù) SB8 X1.3 電磁閥右行 YV4 Y3 左限行程 SQ4 X0.4 電磁閥左行 YV5 Y4 停止 SB2 X0.5 上行燈指示 EL1 Y5 手動操作 SB3 X0.6 下行燈指示 EL2 Y6 半自動操作 SB4 X0.7 數(shù)字指示 EL3 Y7 3.2 選型 S7-200豐富的種類： （1）CPU221：內(nèi)置10個數(shù)字量I/O點，不可擴充； （2）CPU222：內(nèi)置14個數(shù)字量I/O點，可擴充到78路數(shù)字量I/O或10路模擬量I/O； (3）CPU224：內(nèi)置24個數(shù)字量I/O點，可擴充到168路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O； (4) CPU226：內(nèi)置40個數(shù)字量I/O點，可擴充到248路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O； 主機為S7-200中的CPU226，因為他能擴展七個模塊。模塊1-模塊4為EM232，它是模擬量輸出模塊，每個模塊有兩個輸出通道。電源為220V交流電。 主機為西門子S7-200中的CPU226，因為他能擴展七個模塊。模塊1-模塊4為EM232，它是模擬量輸出模塊，每個模塊有兩個輸出通道，能夠滿足需要。電源為220V交流電。選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比。 考慮經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 3.3 PLC的輸入輸出端子分配接線圖 圖 3-3-1 四 機械手的PLC控制 4.1 控制特點 機械手電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制和手動控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來。當(dāng)旋鈕打向回原點時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。當(dāng)旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現(xiàn)。以下是設(shè)計該機械手控制程序的步驟和方法。 4.2 系統(tǒng)控制示意圖 機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖4-2-1所示： 圖　4-2-1 4.3 原理接線圖 圖4-3-1 4.4 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖4-4-1所示： 圖4-4-1 其原理是：把旋鈕置于回原點，X16接通，系統(tǒng)自動回原點，Y5驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動程序。之后，由于X7常閉觸點，當(dāng)執(zhí)行CJ指令時，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。 4.5 回原位程序 回原位程序如圖4所示。用S10~S12作回零操作元件。當(dāng)用S10~S19作回零操作時，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。 回原位轉(zhuǎn)移圖如下： 圖 4-5-1 4.6 手動單步操作程序　 如圖4-6-1所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。 4.7 自動操作程序 自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當(dāng)機械手處于原位時，按啟動X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動復(fù)位。S21驅(qū)動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動Y3右移。 移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時1秒。延時時間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。 在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。 圖 4-7-1 4.8 機械手傳送系統(tǒng)梯形圖 如圖4-8-1所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動單步操作程序。從第67行到第129行為自動操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運行的。 回原位程序和自動操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同?；卦怀绦虿荒茏詣臃祷爻跏紤B(tài)S1。而自動操作程序能自動返回初態(tài)S2。 圖 4-8-1 五 運行程序 5.1 編輯運行程序 if (運行標(biāo)志==1) { if (次數(shù)>=0&&次數(shù)<50) { 下移信號=1; 機械手y=機械手y+2; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=50&&次數(shù)<70) { 下移信號=0; 加緊信號=1; 左爪=左爪+1/21*5; 右爪=右爪-1/21*5; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=70&&次數(shù)<120) { 加緊信號=0; 上移信號=1; 機械手y=機械手y-2; 工件y=工件y-2; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=120&&次數(shù)<220) { 上移信號=0; 右移信號=1; 機械手x=機械手x+1; 工件x=工件x+1; 左爪=左爪+20/21; 右爪=右爪+20/21; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=220&&次數(shù)<270) { 右移信號=0; 下移信號=1; 機械手y=機械手y+2; 工件y=工件y+2; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=270&&次數(shù)<290) { 下移信號=0; 放松信號=1; 左爪=左爪-1/21*5; 右爪=右爪+1/21*5; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=290&&次數(shù)<340) { 放松信號=0; 上移信號=1; 機械手y=機械手y-2; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)>=340&&次數(shù)<440) { 上移信號=0; 左移信號=1; 機械手x=機械手x-1; 左爪=左爪-20/21; 右爪=右爪-20/21; 次數(shù)=次數(shù)+1; } if (次數(shù)==440) { 左移信號=0; 次數(shù)=0; 工件x=0; 工件y=100; \\本站點\左爪=0; \\本站點\右爪=10/210*100; if (停止標(biāo)志==1) { 停止標(biāo)志=0; 運行標(biāo)志=0; } } } 六 操作面板 6.1 操作面板的演示 上行 下行 調(diào)試 回復(fù) 單步 半自動 自動 手動 自動 （面板中有上行、下行指示燈，數(shù)字計算單位，檔位開關(guān)，單步按鈕。） 圖 6-1-1 七 軟件調(diào)試過程 7.1 PLC程序的模擬調(diào)試 將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關(guān)和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑约案鞑?，被?qū)動的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。 如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。 PLC程序下載：程序編譯完之后，STEP 7－Micro/WIN 32及PLC之間的通信關(guān)系也成功建立，此時可向PLC下載程序，然后收集狀態(tài)監(jiān)控或調(diào)試程序。STEP 7－Micro/WIN 32提供了一套工具來調(diào)試和監(jiān)控程序。 1.選擇工作模式 選擇菜單欄中的“PLC” “運行”或者“PLC” “停止”可進(jìn)入相對的PLC模式；單擊工具欄中的“運行”按鈕或“停止”按鈕，也可進(jìn)入相應(yīng)模式；還可以手工改變位于PLC上的開關(guān)或在程序內(nèi)插入停止指令。 當(dāng)PLC處于停止模式時，可利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)查看操作數(shù)的當(dāng)前值，也可以利用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強迫數(shù)值(此操作只在梯形圖和功能塊圖程序狀態(tài)中使用)，還可以利用圖狀態(tài)寫入數(shù)值或?qū)懭牒蛷娖容敵?，?zhí)行有限數(shù)目的掃描，通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)查看影響。在停止模式下，雖然能報告操作數(shù)狀態(tài)，但PLC無法執(zhí)行用戶程序，達(dá)不到預(yù)期的控制效果。如果想觀察程序狀態(tài)的連續(xù)更新，需將PLC轉(zhuǎn)回運行模式。 2.打開程序狀態(tài) 選擇“排錯”菜單中的“程序狀態(tài)”，打開輸出窗口；或單擊調(diào)試工具條 中的“程序狀態(tài)”按鈕，短暫停頓后，程序編輯器窗口開始顯示狀態(tài)。如果 作數(shù)值等于1(位打開)，布爾指令(觸點、線圈)將被顯示成彩色塊，非布爾 操作數(shù)則以通信速度允許的最快速度顯示并更新。 3. 執(zhí)行有限次掃描 （1)單次掃描：通過指定PLC運行的掃描次數(shù)，可以監(jiān)控程序在改變進(jìn)程變量時的情況。PLC不支持對運行模式執(zhí)行循環(huán)次數(shù)。任何時候PLC從停止模式進(jìn)入運行模式，該掃描的第一掃描位(SM0.1)將被激活。由于PLC執(zhí)行的速度很快，從程序狀態(tài)很難監(jiān)控到此位的變化，因此可以使用“單次掃描”命令，它使PLC從停止模式轉(zhuǎn)變成運行模式。執(zhí)行單個掃描，然后再轉(zhuǎn)回停止模式。由于PLC只執(zhí)行一次掃描，與第一掃描邏輯相關(guān)的狀態(tài)信息不會消失，因此可以查看此信息，進(jìn)而監(jiān)控程序。 可在程序編輯器窗口顯示要監(jiān)控的程序部分，確定打開程序狀態(tài)，將PLC置于停止模式，使用“單次掃描”命令。 （2）多次掃描：單次掃描并不能完全收集系統(tǒng)連續(xù)執(zhí)行時系統(tǒng)狀態(tài)信息的變化，需要連續(xù)或間斷地收集狀態(tài)信息。可以指定PLC執(zhí)行有限次的程序掃描(從1次掃描至65 355次掃描)。當(dāng)PLC處于停止模式時，可利用多次掃描特征查看一次或多次掃描。確定PLC為停止模式后，選擇菜單欄中的“排錯”“多次掃描”，出現(xiàn)執(zhí)行掃描對話礦，如圖？所示。在執(zhí)行掃描對話框中輸入所要進(jìn)行的掃描次數(shù)，單擊“確認(rèn)”按鈕。 （3）程序保存：當(dāng)然，要想使自己所編寫保密，也可以對其進(jìn)行保密設(shè)置。選擇“文件”菜單中的“設(shè)置密碼” ，打開用密碼保護(hù)本窗口，在“密碼”及“驗證”框中輸入相應(yīng)的密碼和驗證碼即可。當(dāng)然，若不想對自己的程序進(jìn)行保密設(shè)置，就在“密碼”及“驗證”框中不輸入任何數(shù)值。選擇“文件”菜單中的“保存”選項，之后選擇“退出”選項，在出現(xiàn)的項目保存框中選擇“是”即可。 八 總結(jié) 本次課程設(shè)計貼近工業(yè)現(xiàn)代自動化控制技術(shù)和計算機智能化技術(shù)。我們通過這次專業(yè)的學(xué)習(xí)和實際操作后，能掌握PLC的基礎(chǔ)知識和基本技能。這對我們今后在畢業(yè)工作加工制造行業(yè)領(lǐng)域中從事相關(guān)領(lǐng)域。 很快我們就要步入社會，面臨就業(yè)了，就業(yè)單位不會像老師那樣點點滴滴細(xì)致入微地把要做的工作告訴我們，更多的是需要我們自己去觀察、學(xué)習(xí)。不具備這項能力就難以勝任未來的挑戰(zhàn)。 科學(xué)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，會有很多領(lǐng)域是我們未曾接觸過的，只有敢于去嘗試才能有所突破，有所創(chuàng)新。PLC課程設(shè)計帶給我們的，不全是我們所接觸到的那些操作技能，也不僅僅是通過幾項工種所要求我們鍛煉的幾種能力，更多的則需要我們每個人在課程設(shè)計結(jié)束后根據(jù)自己的情況去感悟，去反思，勤時自勉，有所收獲，使這次設(shè)計達(dá)到了的真正目的 參考文獻(xiàn) [1] 王庭有等編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.第二版[M].北京：國防工業(yè)出版社，30~36 [2] 范永生、王岷編.電氣控制與PLC應(yīng)用.第二版[M]。北京：中國電力出版社2007 92~94 [3] 周美蘭、周封、王岳宇編著.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計[C].北京：科技出版社，2003 73~76 [4] 宋伯生編著.PLC編程使用指南[M].機械工業(yè)出版社，2007 85~87 [5] 陳志新、宗學(xué)軍編.電器與PLC控制技術(shù)[M].中國林業(yè)出版社，2006 93~94 [6] 郝維來主編.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2008 115~117 [7]《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 附錄 PLC課程設(shè)計成績評定表 指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日