1、基于PLca械手控制系統設計摘要：工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動生產設備。工業機械手也是工業機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預期的作業，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現在人的智能和適應性。機械手作業的準確性和環境中完成作業的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發展空間。機械手的發展是由于它的積極作用正日益為人們所認識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產率，加快實現工業生產機械化和自動化

2、的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發展，并且取得一定的效果，受到機械工業的。機械手是一種能自動控制并可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環境中的工作。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強。隨著工業技術的發展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生產中獲得廣泛的引用。一、機械手簡介工業機械手是

3、近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。1、機械手分類機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據任務的需要編制程序，以完成各項規定工作。它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備通用機械

4、、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業，先是通過操作機來完成特定的作業，后來發展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星等。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“MechanicalHand”，它是為主機服務的，由主機驅動，除少數外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。本項目要求設計的機械手模型可歸為第一類，即通用機械手。在現代生產企業中，自動化程度較高，大量應用機械手。通過本次設計，可以增強對工業機械手的認識，同時并熟悉掌握PLC技術、位置控制技術、氣動技術等工業控制常用的技術。2、

5、機械手控制系統設計步驟根據工藝要求確定被控系統必須完成的動作，確定這些動作之間的關系及完成這些動作的順序。（2）分配輸入、輸出設備，即確定哪些外圍設備是送信號給PLC的，哪些外圍設備是接收來自PLC的信號的，同時還要將PLC的輸入、輸出點與之一一對應，對I/O進行分配。在此基礎上確定PLC的選型。（3）根據控制系統的控制要求和所選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。PLC的用戶程序體現了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關系，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、特殊功能進行設定。（

6、4）對所設計的PLC程序進行調試和修改，直至PLC完全實現系統所要求的控制功能。（5）保存已完成的程序。3、機械手工作過程：機械手在生產線上的任務是將工件從A處傳送到B處。根據外界情況，機械手在空間上主要進行以下動作：機械手下降，機械手抓緊工件，機械手與工件上開，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，右限位開關的通斷，決定當前的動作，通過驅動系統輸出，控制機械手的動作。同時，用兩位數碼管顯示搬運工件的數量。（1）啟動控制有2種，1個由啟動開關安裝在現場，1個由通過組態王軟件控制。在控制面板上，安裝一個檔位開關，分手動和自動兩大檔位，

7、手動擋包括調試和回原位兩檔，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上才能進行。原位_降_夾1f上升一右移左移上移放松下降二、PLC簡介可編程控制器（簡稱PLQ:是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器實施控制，其實質就是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現。輸入輸出變換、物理實現可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現也是PLC與普通微機相區別之

8、處，其需要考慮實際控制的需要，應能排除干擾信號適應于工業現場，輸出應放大到工業控制的水平，能為實際控制系統方便使用，所以PLC采用了典型的計算機結構，主要是由微處理器（CPU、存儲器（RAM/ROM輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。PLC的基本結構如下圖所示:三、1、I/O配置表主機模塊1模塊2模塊3模塊4CPU2262AQ2AQ2AQ2AQI0.0 Q0.0AQW0AQW4AQW8AQW12I0.1AQW2AQW6AQW10AQW14I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3共需十二 個數字輸 入點，一個 數字輸出 點，七個模 擬量輸出 點

9、。S7-200 中 的 CPU226 的最大負 載電流為 1000mA .四個EM232模塊的負載電流為80mA,符合要求。機械手傳送系統輸入和輸出點分配表名稱代號輸入名稱代號輸入名稱代號輸出啟動SB1X0.1自動操作SB5X1.0電磁閥卜降YV1Y0下限行程SQ1X0.1單步SB6X1.1電磁閥夾緊YV2Y1上限行程SQ2X0.2調試SB7X1.2電磁閥上升YV3Y2右限行程SQ3X0.3回復SB8X1.3電磁閥右行YV4Y3左限行程SQ4X0.4電磁閥左行YV5Y4停止SB2X0.5上行燈指示EL1Y5手動操作SB3X0.6下行燈指示EL2Y6半自動操作SB4X0.7數字指示EL3Y72、

10、選型S7-200豐富的種類：- CPU221內置10個數字量I/O點，不可擴充；- CPU222內置14個數字量I/O點，可擴充到78路數字量I/O或10路模擬量I/O;- CPU224內置24個數字量I/O點，可擴充到168路數字量I/O或35路模擬量I/O;- CPU226內置40個數字量I/O點，可擴充到248路數字量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

11、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，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，估因此，點數的增加對CPU4用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。3、PLC的輸入輸出端子分配接線圖四、機械手的PLC控制1、控制特點機械手電氣控制系統，除了有多工步特點之外，還要求

12、有連續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。當旋鈕打向回原點時，系統自動地回到左上角位置待命。當旋鈕打向自動時，系統自動完成各工步操作，且循環動作。當旋鈕打向手動時，每一工步都要按下該工步按鈕才能實現。以下是設計該機械手控制程序的步驟和方法。2、系統控制示意圖機械手傳送工件系統示意圖，如圖1所示圖1機械手傳送示意及操作面板3、原理接線圖4、操作系統操作系統包括回原點程序，手動單步操作程序和自動連續操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點，X16接通，系統自動回原點，Y5驅動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉（CJ為一跳

13、轉指令，如果CJ驅動，則跳到指針P所指P0處），執行手動程序。之后，由于X7常閉觸點,當執行CJ指令時，跳轉到P1所指的結束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執行時跳過手動程序，直接執行自動程序。5、回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10S12作回零操作元件。應注意，當用S10S19作回零操作時，在最后狀態中在自我復位前應使特殊繼電器M8043置1。6、手動單步操作程序如圖5所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯鎖和限位保護。7、自動操作程序自動操作狀態轉移見圖6所示。當機械手處于原位時，按啟動X0接通，狀態轉移到S20，驅動下降Y0，當到達下限位使行程開關X

14、1接通，狀態轉移到S21，而S20自動復位。S21驅動Y1置位，延時1秒，以使電磁力達到最大夾緊力。當T0接通，狀態轉移到S22,驅動Y2上升，當上升到達最高位，X2接通，狀態轉移到S23oS23驅動Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態轉移到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，狀態轉移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態轉移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態，再開始第二次循環動作。在編寫狀態轉移圖時注意各狀態元件只能使用一次，但它驅動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現在連續位置上。因此步進順控的編程，

15、比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強。8、機械手傳送系統梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態程序。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的操作系統運行的。回原位程序和自動操作程序。是用步進順控方式編程。在各步進順控末行，都以RET結束本步進順控程序塊。但兩者又有不同。回原位程序不能自動返回初始態S1。而自動操作程序能自動返回初態S2。五、態軟件界面1、原位2、運行中（上行、下行燈綠色為有效）3、PLC與組態軟件的連接組態軟件與PLC的連接使用的是設備目錄下的DDE,再從DDE中選PLC,PLC為西門子系

16、列中的S7-200系列中的PPI方式 4、運行程序 if （運行標志=1） if（次數>=0&&次數<50）下移信號=1;機械手y=機械手y+2;次數=次數+1;if（次數>=50&&次數<70）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=次數+1;if（次數>=220&&次數<270）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=次數+1;右移信號=0;下移信號=1;機械手y=機械手y+2

17、;工件y=工件y+2;次數=次數+1;if（次數>=70&&次數<120）if（次數>=270&&次數<290）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=次數+1;下移信號=0;放松彳t號=1;左爪=左爪-1/21*5;右爪=右爪+1/21*5;次數=次數+1;if（次數>=120&&次數<220）if（次數>=290&&次數<340）放松彳t號=0;上移信號=1;機械手y=機械手y-2;次數=次數+1;if（次數>=340&&次數<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=次數+1;if（次數=440）本站點本站點5.操作面板（面板中有上行、i,檔位開關，單步按鈕。左移信號=0;次數=0;工件x=0;工件y=100;左爪=0；右爪=10/210*100;if（停止標志=