项目6：机械手自动控制课件

1、电气与PLC控制技术项目六 机械手自动控制 学习目标知识目标（1）掌握三菱FX系列PLC步进指令的用法；（2）掌握状态转移图的编程方法、及其转换梯形图的编程规则；（3）掌握机械手自动控制的工作原理。（4）了解PLC控制程序结构化程序设计方法。（5）熟悉PLC顺序控制系统的程序设计方法。（6）掌握PLC控制系统设计的方法和步骤。能力目标（1）掌握控制系统常用的工作方式及控制面板的设计；（2）掌握用PLC对简易机械手控制的设计方法；（3）掌握工程中PLC的选型及硬件配置。6.1 任务分析机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手可避免人体受到高温、腐蚀及有毒气体等因

2、素的危害，降低工人的劳动强度。图6-1 机械手工作示意图6.2.3 状态图中的基本元素 主要由步（静步/动步）、转移条件、有向线3个要素组成。工作步1转移条件1有向线触点或电路块初始步动作1动作2转移条件2工作步2动作1动作2S0-S9S20-S899线圈指令或功能指令概念：X1X2S21S20Y1Y3SETY2状态图的构成规则：1、步与步不能直接相连，必须用转移分开。 2、转移与转移不能相连，必须用步分开。3、步与步之间的连接采用有向线，从上下或由左右画时，可以省略箭头。当有向线从下上或由右左时，必须画箭头，以明示方向。4、至少有一个起始步。6.2.4.3 并行序列 用于表示系统的几个同时工

3、作的独立部分的工作情况3468d(a)分支2579(b)e合并6.2.2 步进顺控指令(STL和RET)6.2.2.2 STL指令X2a)状态图S23S22Y2Y2STLLDb)梯形图SETS23S22X2S23STL S22OUT Y2LD X2SET S23STL S23c)语句表图6-3 STL指令使用说明STL指令用于“激活”某个状态。与STL相连的起始接点要使用LD、LDI指令。使用STL指令使新的状态置位，前一状态复位。在STL接点接通转为断开后，仍要执行一个扫描周期。STL指令仅对状态继电器有效。STL指令和RET指令要成对使用。6.2.2.3 RET指令RET指令用于返回主母线

4、，其梯形图符号为 。状态转移程序的结尾必须使用RET步进返回指令。Y1SETS21RETX7S20Y5X1RET6.2.5 步进顺控指令应用注意事项一、与STL步进触点相连的触点应使用LD或LDI指令。最后一个STL电路结束时必须使用RET指令，否则会出现“程序语法错误”信息。二、初始状态可由其他状态驱动，但运行开始时，必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。三、STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T等元件的线圈和应用指令。6.2.5 步进顺控指令应用注意事项四、由于CPU只执行活动步对应的电路块，因此，使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的STL触点可以驱动

5、同一软元件的线圈，但是同一软元件的线圈不能在同时为活动步的STL区内出现。 状态软元件S在状态转移图中不能重复使用，否则会引起程序执行错误。五、在步的活动状态的转移过程中，相邻两步的状态继电器会同时ON一个扫描周期，可能会引发瞬时的双线圈问题。 6.2.6 单流程状态转移图的编程 单流程所谓单流程就是指状态转移只能有一种顺序，没有其他的可能。有单流程构成的状态转移图就叫做单流程状态转移图。编程方法和步骤：根据控制要求，列出PLC的I/O分配表；将整个工作过程按工作步序分解，每个工作步序对应一个状态，将其分为若干个状态；理解每个状态的功能和作用，即设计驱动程序；找出每个状态的转移条件和转移方向；

6、根据以上分析，画出控制系统状态转移图；根据状态转移图画出梯形图和指令表。6.2.6.4 运用状态编程思想说明建立SFC图的方法图6-16 台车往返状态转移图S0M8002X000S20S21X011Y021Y023X012S22S23T0T0Y021X013S24X012Y023K50S0Y023Y023Y021Y021LAD 0 SETS0M8002前进后退前进后退LAD 1ENDRET状态转移图结束程序结束在STL的电路一开头要采用这样的指令SQ2(X012) SQ1(X011)SQ3(X013)M启动 SB(X000)暂停5秒停止Y021Y021Y023Y0236.2.7状态转移图（SF

7、C）转换成状态梯形图(STL）、指令表程序 状态梯形图（STL图) M8002SETS0SETS22X012S22T0K50SETS21X011SETS23T0SETS24X013X012S0ENDRET步进阶梯结束S23Y023Y021前进S24Y023Y021S0SETS20X000S20前进Y023Y021Y021Y023S21后退状态转移图S0M8002X000S20S21X011Y021Y023X012S22S23T0T0Y021X013S24X012Y023K50S0Y023Y023Y021Y021前进后退前进后退图6-17 台车自动往返控制的状态梯形图（STL图）和指令表 STL

8、 S 0 激活初始状态S0，PLC运行STL S21LDI Y021OUT Y023 驱动M第一次后退LD X012SET S22STL S22OUT T 0 暂停5秒K50LD T 0SET S23STL S23LDI Y023OUT Y021 驱动M第二次前进LD X013SET S24STL S24LDI Y021OUT Y023 驱动M第二次后退LD X012OUT S 0RET 步进程序结束返回S0ENDLD M8002 运行开始对状态S0驱动SET S 0LD X000SET S20STL S20LDI Y023OUT Y021 驱动M第一次前进LD X011SET S21M800

9、2S0SETS20S20SETS0前进Y023Y021Y021Y023SETS22S21X012后退S22T0K50SETS21X011SETS23T0SETS24X013S23Y023Y021前进S24Y023X012S0RETEND步进阶梯结束Y021X0006.5分析机械手的工作过程和控制要求6.5.1机械结构6.5.2 工作过程图6-25 机械手控制流程图原位下降夹紧上升右移停止左移上升松开下降左上位低位延时高位右位低位延时高位左件启动工作方式：手动、回原点、单步、一个周期和连续工作（自动）手动：按钮单独操作机构上升、下降、左移、右移、放松、夹紧。供维修用。回原点：按下此按钮，机械手自

10、动回到原点。顺序控制中，自动运行要有一个起始点，这就是原点。机械手工作时应从原点位置按启动按钮。单步运行：按动一次起动按钮，前进一个工步，供调试用。6.5.3 控制要求工作方式：手动、回原点、单步、一个周期和连续工作（自动）单周期运行（半自动）：在原点位置按动启动按钮，自动运行一遍后回到原点停止。供首次检验用。若在中途按动停止按钮，则停止运行；再按启动按钮，从断点处继续运行，回到原点处自动停止。自动控制：按下启动按钮，机构从原点位置开始，自动完成一个工作循环过程，并连续反复运行，若在中途按动停止按钮，运行到原点后停止。供正常工作用。6.5.3 控制要求机械手控制I/O接线图图6-29 机械手控

11、制I/O接线图6.5.5 机械手PLC的程序设计 初始化程序和原点位置图6-30 该系统的初始化程序原点方式程序(b)指令表图6-32回原点方式的顺序功能图及指令表S1S10RSTY001RSTY000Y002S11RSTY003Y004S12SETM8043RSTS12回原点初始状态X025X002上升结束X004左移限位放松复位“下降”输出上升复位“右移”输出左移回原点结束(a)功能图自动方式程序图6-33自动方式顺序功能图放松上升左移S0S20S21T0X2S22S23X1X1S24S25X4S26T1X2S27X4M8041Y000SETY001T0Y002Y003Y000RSTY00

12、1T1Y002Y004下限上限右限下限上限左限K10下降右移上升K10下降M8044机械手控制系统梯形图图6-36 机械手控制系统梯形图实训6-1 多台电动机顺序启动/停车的PLC控制控制要求电动机顺序起动/停车（单流程步进） 所谓单流程是指状态转移只有一种顺序，它是状态转移的基本形式。图6-37为采用定时器控制电动机M1M4控制要求为：电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止。其状态转移图是以单流程为基础进行状态的跳转。图6-38是采用三菱FXGP编程软件编制的控制电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止的步进梯形图程序及其对应的指令表。程序设计按照电动机顺序起动/停车控制的要求，编制PLC

13、控制程序。按照要求连接PLC主机和输入/输出实验板，运行PLC控制程序，模拟电动机顺序起动/停车输入信号，观察输出结果。写出I/O分配表、程序梯形图。仔细观察实验现象，认真记录实验中发现的问题、错误、故障及解决方法。图6-37 电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止。程序调试图6-37 电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止控制顺序功能图实训6-2 彩灯循环点亮的PLC程序控制一、控制要求 彩灯循环点亮的PLC程序控制控制要求：按下启动按钮（AK1），彩灯 L1、L3、L5、L7 点亮，1S 后熄灭；同时彩灯 L2、L4、L6、L8 点亮，1S 后熄灭，以后照此循环下去，直到按下停止按钮（

14、AK2）才停止。二、程序设计 I/O（输入/输出点）分配 X0：启动按钮 X1：停止按钮 Y1：红灯 Y2：绿灯 Y3：黄灯 按控制要求和PLC I/O（输入/输出点）分配编制梯形图，并写出其指令表。实训6-2 彩灯循环点亮的PLC程序控制三、程序调试 装入应用程序，设置 PLC 为运行状态，按下启动按钮，彩灯按要求闪烁，按下停止按钮，彩灯停止闪烁。附录 1.9.2.2 特殊辅助继电器 M8000M8255（256点） 触点利用型(只读型)特殊辅助继电器：其线圈由PLC系统程序驱动，用户只可直接使用其触点。 M8000:运行监控。PLC运行时接点闭合M8002:初始化脉冲。在PLC运行开始时接通一个扫描周期。M8005:锂电池电压降低至规定值时闭合。M8011M8014分别提供10ms、100ms、1s和1min的时钟脉冲，用于延时。