基于plc的机械手控制系统设计毕业设计

1、Xi nyu Un iversity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

2、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 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

3、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

4、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Title: Desig n of man ipulator based on PLC control Specialty: Electrical Engin eeri ng and automatio n Applica nt: Youlia ng HeSuper

5、visor: Fuzhe n Xie associate professorAbstractWith thedevelopme ntofmoder n in dustrialtech no logy, in dustrialautomati on tech no logyismore and morehigh, theproduct ionconditions also tended to bad situation, the front-line workers skills alsoput forward higher requirements, and the operation saf

6、ety of workers has also been a correspondingthreat. The workers work environmentand work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote con trol or automatic completi on is very importa ntThis can avoid some people can not con tact with the huma n body damage, such a

7、s metallurgy, chemical, pharmaceutical, aerospace, etc.In the mecha ni calmanu facturi ngin dustry,the applicati onofmechanicalhand more, the developmentof faster. At present, it ismainly used in machine tools, forging press under the material and weld ing,pain ti ng and other operati on s, itcan be

8、 in accorda nee withpre established operating procedures to complete the prescribed参考.资料operati on, and some also have with sen sor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material tran sfer, workpiece loadi ng and uni oadi ng, tool replaceme

9、nt andmachi neassemblyautomati on,which can improve laborproductivity, reduce product ion costs, accelerate the pace of in dustrial product ion mecha ni zati on and automati on.This paper mainly discusses the design of manipulatorcontrol systembased on PLC. First, the possible use of the programmabl

10、e con troller is related to the introduction,and then choose the design of the PLCmodel. Then, through the control mode of the manipulator and the realizationway of each function, the realizationscheme of eachfunction and the equipment used in the design control system are determ in ed.Fin ally, the

11、 software program and hardware structure ofPLC con trol system are desig ned.Keywords:in dustrial; automati on programmable con troller ;man ipulator ；Remote control ； sensor feedback目录1 绪论 11.1课题背景 11.2机械手的定义与分类 11.3机械手的应用及相关组成 21.4机械手的发展趋势 31.5总体设计要求 32 PLC的介绍与选择 52.1 PLC的特点 52.2 PLC的选型 52.3三菱FX系列

12、的结构功能 62.4 PLC的保护 73机械手系统组成 93.1机械手模型的机能特性 93.2夹紧机构 93.3躯干 93.4旋转编码盘 104控制系统设计 114.1 控制系统硬件设计 114.1.1 PLC 梯形图中的编程元件 124.1.2 PLC 的 I/O 分配 124.1.3机械手控制系统的外部接线图 134.2控制系统软件设计 144.2.1公用程序 154.2.2自动操作程序 164.2.3手动单步操作程序 254.2.4 回原位程序 304.3 PLC程序的上载和下载 354.3.1 PLC程序的上载 354.3.2 PLC程序的下载 355 设计总结 365.1总结 365

13、.2展望 36参考文献 38致谢 401 绪论1.1课题背景在我国飞速发展的现代化经济中，工业生产力的高低是衡量发展快慢的重要 因素。在不断发展的工业经济中，操作工人的生产环境愈加恶劣， 这使得在要求 提高工人操作技能的同时，也使他们的工作安全也受到了不同程度的威胁。 随着 一系列现代化设备的推进，大大的减轻了操作工人的劳动强度，对于以前那些操 作困难、操作危险的工业操作，都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成 生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生 产效率。在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术 。它能够按 照人们的事先要求完成相应的操作，

14、有的机械手还带反馈能力，能够根据生产条 件的变化自动的调整生产操作，使生产的质量和稳定性得到提高。目前在一些生 产的机床和焊接的行业中，得到大量的应用。机械手的使用不但缩减了工业的生 产成本，还提高了工业的生产效率和生产质量，促进了社会的现代化发展。机械手技术是一门涉及多领域的跨学科综合性技术。近年来，机械手的发展越加的迅速，电子技术、计算机技术、传感器技术以及一些最新的技术也在机械 手中有了应用2。机械手技术的使用，已经是我国的工业发展的重要组成部分。PLC技术能够远程的控制工业生产对象，实现工业的自动化生产。PLC技术在机械手中的应用，在满足完成工业生产操作的同时，也大大的改善了工人的 操

15、作环境，提高了产品的质量，对自动化技术的发展有着重要的意义。同时，机械手可以能够借助软件的编程， 对不同的生产对象，完成不同的控 制，提高了生产的效率。目前，在一些对人力要求较高的工业中，基本上都有使 用机械手技术，用来减轻人力的需求和更好的控制，实现产业的最大化。机械手有着40多年的发展历史，是一种类似于机器人的生产设备。它能够 完成事先编辑好的操作程序，在各种工业条件都能有条不紊的作业。它有着人的 智能性和机器的适应性，在现代化经济发展中有着广阔的前景。1.2机械手的定义与分类机械手是一种能够在各种条件下工作的设备，它的工作主要是模仿人手的操 作，并且可以通过改变控制程序实现不同的操作的多

16、功能机器 。机械手因其对工业生产具有积极作用而被人们所认识。因它能代替人们在一 些条件恶劣的场合，在保证生产质量的同时完成生产工序， 大大的提高了工业生 产率，受到了各国的强烈重视。尤其在一些带有放射性和强污染性的场合， 投入 研究的财力和物力更加之多。机械手大致可分为三类。第一类独立机械手，第二类人工操作机械手，第三 类专用机械手。独立机械手又可称为通用机械手，独立机械手顾名思义就是独立 的不需要人工操作的机械手，而且它不附属于主机，在拥有一般机械手传统功能 的同时还拥有记忆智能功能。人工操作机械手简称操作机，它由原子和军事工业 发展而来，后来发展到通信行业，在星球的探测中用通信设备控制机械

17、手对星球 进行探测。专业机械手是专门用来工厂机床的下料和传送的机械手，它一般附属于自动生产的生产线上或生产机床上， 除少数工序外，它的操作工序都是由主机 驱动且固定地为主机服务。本设计所设计的机械手属于独立机械手，即通用机械手。1.3机械手的应用及相关组成目前，机械手应用已经触达各个领域。 在热加工方面，对人们不能胜任的高 温锻造工业中，机械手可以实现自动化完成下料和铸造，大大的减轻了操作负担， 提高了生产质量好生产效率；在冷加工方面，对生产过程中的零配件进行下料和 安装，代替人的手工操作，已经成为生产线上的重要设备；甚至在拆、装、修方 面也有应用，例如在劳动强度高的铁路部门，利用机械手拆装铁

18、路的阀门，清除 路况等，大大的降低了工人的劳动强度。机械手主要由：用于执行动作的执行机构和用于驱动各动作运动的驱动机 构，以及用于控制机械手运动的控制系统构成。执行机构又由用来支撑整个机械手的躯干和手臂、 手爪组成。手臂是用来引 导机械手抓取物体的部件，在手爪抓取物体后并承担运输的任务， 将抓取的物体 运送到该工件需要加工的位置，手臂还应具有多个自由度，能够自由的旋转，以 完成机械手工作过程的精准。手爪是用来模仿人类手指的功能，能够对物体进行 抓取，手爪的手指数量可以根据工作的需求设计出不同的手指数 4-6。驱动机构是用来驱动机械手各部件运动的机构。目前应用最多的驱动技术主 要是电气驱动和气压

19、驱动，当然在一些自动化工业生产还有一些其他驱动技术， 如液压驱动和机械驱动等。控制系统时用来控制机械手加工的顺序，加工的快慢和在加工过程中加入适 当的延时，保证系统平稳运行的装置。在机械手中一般采用PLC作为它的控制系统，PLC控制系统它的可靠性比较高，使用方便，编程也相对简单，完全能 够满足以点动和连动为主的机械手控制。在控制过程中，首先需要弄清机械手所 要完成的操作步骤，然后根据操作步骤设计合理的控制程序， 用来控制机械手的 运行。在一些复杂的生产工艺中，有的还采用计算机控制系统等对机械手进行控 制。本设计采用的是小型PLC控制系统。1.4机械手的发展趋势随着社会的不断进步，各种技术也在不

20、断的完善。机械手技术的性能也在不 断的提高，目前，机械手发展的方向主要有以下几个方面：1. 加大在热加工行业的应用热工业行业因其工作温度高，工作环境复杂。这使得工业的生产受到了一定 的影响，机械手技术能够很好的解决这一现况，为锻造、焊接、热处理等加工行 业提供很好的服务。随着工业生产的发展，机械手在这些热加工行业的使用也将 逐步的扩大。2. 提高机械手的工作性能目前，市场的机械手性能优劣不一，价格也不尽相同，性能的好坏会直接影 响到生产的质量和效率。快速性和平稳性是衡量机械手性能的主要指标，提高二 者的性能必定是机械手今后发展的有力方向。3. 发展新型组合式机械手从工业的长远发展来说，拓展和更

21、新功能越强的机械手，其发展前景越好； 但是这类机械手的生产成本过于高昂， 使的这类机械手的推广受到了限制； 而专 用机械手虽然价格低廉，但是其适用性远不如功能全面的机械手。为了使机械手 的应用领域拓宽和更好的发展，组合式机械手将会是一种具有发展前途的机械手 。组合式机械手可以根据工业的实际需求，将机械手的基本部件进行基本的组 合，完成工业生产的目的。4. 开发具有观感能力的智能机械手对于一些需要人工判断的场合如事故、障碍和情况变化的场合，传统的机械 手已经不能够代替人的工作了。因此，需要对机械手提出更高的要求，设计出具 有感官能力的智能型机械手能很好的解决这一现况。这种机械手对于一些精密的 操

22、作方面，有着不错发展前景。1.5总体设计要求1. 机械手结构图图1-1机械手结构图件2. 机械手工作流程机械手工作流程是：运行机械手后，首先判断当前机械手是否在初始位置， 如若不在，通过电机的驱动使机械手回到原来位置； 然后开始由电机驱动，使机 械手完成前伸动作，到达位置后，电机驱动手爪旋转，通过检测元件检测限位磁 头所在的位置，使电动机停止工作；由 PLC控制手爪的张开，经过一段延时后， 电机驱动机械手向下运动，下降到一定位置后，PLC又控制手爪的闭合；再经过一段延时后，电机又驱动机械手向上运动，同时驱动机械手的手臂、底盘运动； 当机械手到达规定位置后，又驱动机械手完成前伸动作，前伸到一定位

23、置后旋转 并向下运动，到达规定位置后，手爪张开；再经过一段延时使机械手回到初始位 置，接着进行下一周期运动8 o3. 控制要求能够按控制要求实现手爪抓取物件后， 手臂能够完成上下左右的运动，手腕 能够在电机的驱动下按控制做出旋转，机械手能够完成整个工序周期内所有的操 作动作。2 PLC的介绍与选择2.1 PLC的特点PLC控制器由继电器控制技术、计算机技术等发展而来的，如今已经使用 的非常广泛，在各个领域都有应用 。它的核心部件是微型处理器，通过编辑程 序实现对机器的控制、计数等功能，还可以改变输入/输出方式来控制各环节的机械制造过程。PLC的特点主要包括：(1)较高的可靠性：在PLC中每个I

24、/O接口都是相对独立的，各个模块之间 都有相应的抗干扰屏蔽措施，PLC所使用的部件都是通过严格的筛选，且具有 较好的自我诊断能力，一旦运行发生异常，CPU就会立即采取相关控制措施，防止故障的进一步扩大；在一些要求比较高的场合还采用了多CPU结构，使设备的稳定性更加可靠。I/O接口丰富：PLC的接口针对在不同的使用场合，有不同的接口模块 用来对设备进行通信和控制(3) 模块化的结构：PLC的各个功能都是通过不同的模块实现的，每个模块 之间相互独立，可以人为的根据对设备的需求自由的组合。(4) 编程语言简单：PLC使用的编程相对简单，通常采用梯形图的形式，并 不需要其他学科的专业知识，能够很快的被

25、操作人员所熟悉掌握。(5) 安装、维修简易：PLC能在各种环境下工作，不需要建立独立的机房。将各设备的接口与相对应的 PLC接口连接，就可以直接投入生产运行。PLC每个模块都有正常工作和故障报警指示的装置， 对用户了解生产状况有着极大的帮 助。总而言之，PLC类似于一台计算机，它能够适应各种恶劣的环境，且功能 丰富；在工业的生产中得到了较多的应用。2.2 PLC的选型在选择PLC的型号时，我们除了要考虑PLC的I/O接口点数、指令条数等 PLC性能外，还需要考虑它的经济性和实用性以及工作环境的影响10。1.常用PLC类型PLC技术经过这些年的发展，技术已经相当成熟。不同厂家生产的PLC在 侧重

26、功能上也不尽相同；因此，我们在选择 PLC要根据设计所需的功能，合理 地选择PLC型号。西门子公司生产的PLC，在我国的各个行业应用已经相当广泛。他们生产 PLC不仅活跃在工业自动化控制方面，就连基础设施建设方面也与涉及。OMRON S7-200系列的PLC在内置功能和通讯方面有着突出的特点，而且使用的编程软件Micro/win也简单易学。欧姆龙的PLC设计趋于小型化。SYSMAC CPM1A只有一张PC卡那么大， 在大幅度缩减安装体积的同时，也节省了PLC控制台的空间。它还具有一些小型PLC不具备的功能，它能够连接程序的终端，塑造出全新的工业生产环境。三菱公司生产的FX系列PLC在国内国外都

27、独具特色，是当前的最新 PLC 的代表。这种PLC具备以往PLC所有的指令，还能够使用梯形图编辑程序和对 一些需要有步骤的机械流程进行顺序功能设计，并且这些程序之间都是可以相互 变换的。三菱PLC中还采用高速计数器，能够对继电器产生中断处理，拓宽了 PLC的使用范围。2. 确定使用型号 FX1N-60MR在选择使用PLC控制系统与其他控制系统时，应该尽量的提高所选器材的 性价比，并且在维修和使用方面都要相对简单；所选择的PLC要保证能够实现相应的控制要求；不宜选用较落后的 PLC机型，尽量选用功能完善的PLC新机 型。同时还要为长远考虑，对以后工艺的拓宽留有余量；所选用的系统要能够平 稳可靠运

28、行11。本设计选用三菱的FX1N为核心部件。FX系列的PLC是原来的 F系列的替代品，是近些年三菱公司推出的新型 PLC，它的体积相对较小，性价 比较高在各领域得到了广泛应用。3. FX1N的优越性FX1N的CPU处理速度相对较高，完成一个指令只需要0.065us。设备内的 RAM存储器达到了 64k。拥有两百多条指令，更加完善了指令功能12。内置元件中还增加了新的指令：定位指令。能够实现对表格、中断单速等的 定位。还内置了 6个100KHZ的计数器，能够进行多相多频计数。在通信方面上，有高达115.2kbps的通信口，而且能同时使用多个通信口。 还增加了新的I/O适配器，这些新的适配器并不占

29、用原来的系统I/O点数，使用 也相对方便，可以连接多台适配器，实现多路高频高速计数的功能。2.3三菱FX系列的结构功能PLC实质是应用在工业上的一台微型计算机，且结构也计算机类似。CPU、I/O接口、存储器是PLC的主要组成部分。因为它的程序接口与微机的程序接 口有差异，使得它的编程语言以及操作方式也与微机有所差异。PLC的定时、计数、数模转换等功能都是通过微处理器采用编程的形式进行联系实现的。几乎所有的PLC硬件组成结构都相同，图2-1为PLC结构示意图；在PLC 中数据的传送和指令的传送都是通过总线的结构而进行的，编程器则为用户提供 编辑控制程序而被作为PLC的外设13 o手持编程器或计算

30、机计接触器触点KM位置开关SQ电源中央处理器输 入 接 口系统存储器用户存储器电磁阀YA图2-1 PLC结构示意图PLC的运行过程大致可描述为：首先，外部输入信号经PLC输入端进入PLC 内部的存储器，存储器对这些信号的数据和状态进行收集和锁存；再由CPU14按生产的实际要求对这些信号进行处理和运算；最后，将处理结果传送到输出端使执行结构产生动作，完成对现场设备的控制。2.4 PLC的保护由于电感类元件，在电路的通断时会产生较高的电压，对PLC的I/O结口当使用的是直流电源将造成损坏，所以需要在元件的两端采取相应的保护措施 时，应该通过采取接入续流二极管的方式对电路进行保护； 而当使用的是交流

31、电 源时，则需要通过接入阻容电路的方式对电路进行保护。图 2-2为PLC的I/O端口保护电路示意图SA输入输出1U *.PL3直流输入输出点的保护图2-2交流输入输岀点的保护I/O端的保护3机械手系统组成3.1机械手模型的机能特性我们生活的空间是一个三维的空间，任何物体所在的位置都可以由三个坐标 和方向来确定；因此，只要求得所要搬运物体的位置坐标和位置方向，就能确定物体的具体位置。机械手是一种用来替代人手的设备，每完成一个动作都需要有 一个自由度，而制造的成本也与自由度的多少息息相关，自由度越多，成本也就越高。3.2夹紧机构手爪是机械手的抓取结构。设计一台合格的机械手除了要考虑良好的灵敏度 和

32、准确性外，还需要考虑被夹物体的形状、大小、重量等因素来合理的设计机械 手手爪的结构。手爪的夹紧力要设计合理，不能损坏被夹物体，可以在手爪内镶 嵌弹性的垫片或软质的材料来保护被夹物体； 同时还应有自锁的结构，防止当机 械手因突然断电而使物体损落。机械手的手爪结构形式多样，有的甚至还带有传感装置；在工业生产中最常 见的有机械式、电磁式、吸盘式等。机械式的手爪因其功能丰富、种类繁多，而被大量的应用在各种工业场合。 本设计采用到是二指机械式手爪，手爪的开闭由PLC控制电磁阀的通断来控制， 手爪的回旋则由一台直流电动机和两个限位开关共同作用控制。3.3躯干躯干主要由底盘和手臂构成。底盘在机械手中的作用是

33、用来承载重物和带动手臂运动的机构。它由一台直流电动机和旋转编码盘及限位开关组成。 正常工作时，直流电动机驱动底盘旋转 并带动编码盘一起运动，底盘每发出一个脉冲信号旋转的角度就为 3度，这些脉 冲信号由传感器检测并传入到 PLC中；因此，只要知道发出脉冲的个数，就能 够知道底盘旋转的角度。手臂是用来连接和承载手爪运动的重要机构。它由 PLC控制电动机的运转 情况来控制丝杆和螺母的运动，同时采用限位开关对这些运动进行限位， 保证运 动的精准和高效率运行。3.4旋转编码盘旋转编码盘的结构示意图如图3-1所示图3-1旋转编码盘机械手每旋转3度就发出一个信号脉冲，只要改变PLC15程序计数器中的数值，就

34、可以完成不同角度的旋转。本设计选用器材如表3-1.表3-1设计选用器材名称型号或规格数量名称型号或规格数量FX1N-60MPLCR1限位开关LX19-1118电磁阀VF31301转换开关LW6-51RC1A-30/1按钮LA10-1H13熔断器52连接导线若干4控制系统设计4.1控制系统硬件设计设计出的机械手要能够实现手动控制和自动控制等控制方式， 且正在工作的 方式要能够简单明了的从操纵面板上反映出来。系统的控制面板如图 4-1所示， 旋钮开关可以控制机械手的手动和连动； 当控制开关拨向手动时，机械手的每一 步动作都需要按下相应的动作按钮才能够实现；当控制开关拨向自动时，机械手 能够连续且循

35、环的完成每一步动作； 控制开关拨向回原点时，机械手又自动的原 位待命。图4-14.1.1 PLC梯形图中的编程元件控制面板图LC,其内部元件如表内部元件表4-1所示。本设计采用FX1N-60MR16系列 P表4-1名称点数或用途名称点数或用途输入继电器(X)36点数据寄存器(D)存储数据输出继电器(丫)24点特殊继电器M8000运行监控辅助继电器(M)384点特殊继电器M8002初始化脉冲状态继电器(S)1000 点特殊继电器M8005电池异常报警定时器(T)256点特殊继电器M801110ms时钟脉冲计数器(C)计数特殊继电器M80121s时钟脉冲特殊继电器100ms时钟脉冲特殊继电器60s

36、时钟脉冲M8013M80144.1.2 PLC 的 I/O 分配机械手的PLC输入、输出分配如表4-2所示表4-2 I/O 分配表输入信号输出信号手动SAX0上升/下降YA0Y0回原位SAX1步进电机YA1Y1连续SAX2YA2Y2回原位SB1X3前进/后退YA3Y3启动SB2X4步进电机YA4Y4停止SB3X5YA5Y5下降SB4X6夹紧YA6Y6上升SB5X7手顺转YA 7Y7夹紧SB6X10手逆转YA 8Y10松开SB7X11底盘顺转YA 9Y11手顺转SB8X12底盘逆转YA10Y12手逆转SB9X13底盘顺转SB10X14底盘逆转SB11X15下限位SQ1X16上限位SQ2X17前限

37、位SQ3X20续表4-2输入信号后限位SQ4X21底盘顺限位SQ5X22底盘逆限位SQ6X23手顺限位SQ7X24手逆限位SQ8X25底旋转脉冲X26前行SB12X30后退SB13X314.1.3机械手控制系统的外部接线图PLC外部接线示意图如图4-2所示动点续位动止矇升紧开转转转转位位位位应位位一应“ 手匣连原启偉下上夹松顺逆顺限限限限限限限限心 回 回 手手盘盘下上甫后顺逆顺逆一-行退i前后xQxlINYOx3x4Y1x5Y,2x7Y3也 FX1N-60HRXllPLC Y4xiexl3.-1 *Y5X14X15Y6xl7Y7总xLY10xEEY11x24x25Y12 coml坯匚on2c

38、om3COhSnnw&OHnH&liliCHwmA0VYA上升下降 步进电机YA2YA3YA4前进后退 酬电机YA5YA6夹紧YA7手顺转YA8手逆鞘YA9底盘II鳩皿底盘餓FUYV24图4-2PLC外部电气接线4.2控制系统软件设计公用程序、手动程序、自动程序以及回原位程序是机械手控制系统的软件 程序的主要组成部分 何，其结构如图4-3所示。自动程序把工作顺序相同的单步 运动程序和连续运动程序编在一起。本设计中应用最多的是条件跳转指令CJ，该指令能够按要求跳转程序，并从指针标号 PX处继续执行下一条程序，能够减 少不必要的程序执行时间。当 PLC执行“手动”的工作方式时，PLC执行完公 用程

39、序将启用跳转指令，直接跳转到“手动程序”并执行；当PLC执行“自动”的工作方式时，PLC则只执行公用程序和自动程序；同样，当PLC执行“回原位”工作方式时，PLC只执行公用程序和回原位程序。PCPlP2图4-3程序结构图4.2.1公用程序公用程序如图4-4所示。丫6为复位键，X21和X17分别为后限位和上限位， 当Y6、X21、X17和辅助继电器M0接通时，表示机械手在原位。若执行用户程 序时，机械手处于手动状态或回原位状态，则 M10被初始化置位，为自动状态 做好准备。在辅助继电器 M0断开时，M10被复位，PLC是不能够进入自动工 作方式的。ZRST是全部复位指令，能够使所有继电器复位。M

40、aOO2MUTSET MioxoooTP手动AST MW X0O1图4-4公用程序梯形图422自动操作程序自动操作流程如图4-5所示。机械手在初始位置的时候，按下 X4启动，运 行状态S1，使完成动作前伸丫3接通，前伸到限位值后 X20接通；状态跳转至 S2,此时S1复位，手顺转丫7、X24接通；状态跳转至S3,使完成动作下降丫2、 X16接通；状态跳转至S4,使Y6产生1秒的延时置位来增强夹紧力。当 TO接 通时，跳转至S5,使完成动作上升丫0,上升到限位值后X17接通；此时状态跳 转至S6,使完成动作后退丫4;后退到限位值后，状态跳转至S9,使完成动作下 降，下降到限位值后，X16接通，此

41、时电磁铁断电完成松开动作。电磁铁的电磁 力的消失需要适当的延时时间，延时 1s后，T1开始接通，状态跳转至S13,完 成后退动作，后退到限位值后，X21接通，接着跳转至S14,接通X21完成底盘 顺转，并返回初始状态，准备二次循环动作。SO初始回原点X17XS3前伸S?-：?S3手顺转下降S4S3xpS6S7底逆转XP/亡 t)S8:；.:.SOXLft/ClS10XI?SilTLsiy上升- 手逆转x?sSI3S14图4-5自动的功能流程图自动操作程序说明：当运行的是自动操作方式时，X2接通，常开触点闭合，按下X4启动运行程序，M1开始得电并保持；当系统需要停止时，只要按下 X5 就可以使M

42、1断电。需要注意的是，按下停止后，系统并不会立即停止运行，需 要完成正在运行的工作周期才能够完全停止下来，停止时机械手在初始位置。程 序如图4-6所示。4Mil1xnsaT卜MBTHMT2手瞬RSfT COM12lb手瞬aC4TASTM12騎I-手触MJ2iM14AjfiC3井MBMBIFM1J 下降XDW T卜 FWU1&上升MU_M14TOhien7QII1THMI5上升M15上升真案血时嗣M15KOI 7Mil?ClT卜ACJHM1T卜MltK3W1T卜MIS-Hf-涉理电机(M17底注箱C*II-M1&后退K023Mi?M19I I1 I扁辺限応 底逆箱 l?輔后叶程(M1B 嗣鈕 岀

43、进电WLCUnMIST卜启訪启调涉世电机M1BXEoaT卜M20歩J&电肌CA1卜ti尉程M13I I下阵C4M19X016M21惘 TII_T1T卜M22手awHJD松开RSIcaM21nM21H卜XDTI7T卜_twM23MZ2手那M32MBSM3&14S I 卜MtsMXS口期 IEWJ17SFTL MMH旧一I IJ4葫井井停止THIS MtnM31HM32 uMJfH卜HFM13M19p眸MilM41rrtM1TWM41MUM19剧T妬押TPt下降19M13MWHFM19杠卜M41卜M1JM8012 XQ07017XD1fiC3-II44RH1)IFmM1&上升M21H卜HS9H卜Y

44、OMMU推I卜JIM7 rMB012XM7也 1xnC4l钢恆m闲应肃后行理flM1B閔.哉步进电机WifiI卜I卜fsfX024M12手蜒手讷*M24N022CO271 I I44井Y0111(wi?xnab症 TIIKM2D加一I卜图4-6自动操作程序梯形图423手动单步操作程序手动操作程序说明：手动操作时，机械手每按一下按钮，就完成一次相应的操作。手动操作程序梯形图如图4-7所示PDKBD0妙手动XDD0XDO4 I卜M51MS2M33U5AHKM50K117上用恒am MWM51K6KI32?Msan335NXMX0OSXDKI卜HT2-II-XDOT井Xfil?imttxmcTS/r

45、tni/HiEMS4井H85井M30M25脑5刚如X021测T折折折博止w韻価后躺sm MSX：M81KSKI362MftlMS8M34H卜424回原位程序回原位操作说明：当系统需要回原位时，按下 X3使M3接通，机械手松开并开始上升，上升到限位值后 X17接通，机械手进行后退操作，达到后退限位值后X21接通，机械手停止操作并使 M3复位。回原位操作程序如图4-8所示YDQ6M26电机XMUM71M 花M74M7STIMMWBXD17-| |J4SFTL M70M71KSK1上l位M71M72HPM齐HFM72(M7BM73uM74T卜H74M7L4卜H7SuM77nMTVMTST卜M77M7

46、9M2G电机X017上馳MSXBT7迪T1卜上眼用MIS爭遇电机KQQ4M9IM$4M9$:PFHM27和鹏XtQl 后服gFTL MWM41KKjan 7XD21：fHYtiia 手廊M2BYCK7手噸诒TD1201D手曲RSTTO11M74tns4M76M77T1M7B4图4-8回原位操作程序4.3 PLC程序的上载和下载4.3.1 PLC程序的上载程序上载是指把已经编辑好 PLC程序上传到计算机中，供运行使用。操作 如下：1用通信电缆连接好计算机与PLC的通信接口2用计算机设置好与PLC进行通信的端口3点击“ PLC”菜单下的“传送”，接着点击“传送”菜单下的“读入”，弹出 图4-10所

47、示对话框，选择好所用的 PLC型号后，点击“确定”，就可以将所 编写的程序上传到计算机中。图4-10 PLC类型设置对话框4.3.2 PLC程序的下载程序下载是指把在计算机中编写好的控制程序下载写入到PLC中去，供运行使用。它的步骤1和2与程序的上传步骤1/2相同，步骤3为：将PLC控制 面板拨向“ STOP”，如使用了 ram存储器或存储卡，因将其写保护关断。点击 “PLC ”菜单下的“传送”，接着点击“传送”菜单下的“写入”，弹出如图4-11所示对话框，选择“范围设置”缩短 PLC的写入时间。图4-11程序写入对话框5设计总结5.1总结通过本设计让大家清楚的知道了机械手的组成部分和应用范围，以及机械手对现代化工业发展的重要性。本论文主要论述的是PLC对机械手进行的控制，得出以下结论：（1） PLC的软接线方式能够很好的对机械手运动系统进行控制，PLC的可 靠性和灵活性是机械手具有良好通用性的保证。（2）机械手的操作过程需要各组件的相互配合才能完成，各部件的合理连 接，正确的控制程序是机械手运动系统的基础。（3） 旋转编码盘是机械手定位的重要结构，PLC通过收集编码盘发出的脉 冲信号来控制底盘的旋转角度。当机