課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 課 程 名 稱:電氣控制PLC課程設(shè)計(jì) 課 程 代 碼: XXXXXXXX 題 目:基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng) 學(xué) 生 姓 名: X X 學(xué) 號(hào): XXXXXXXXXXXXX 年級(jí)/專業(yè)/班: XXXX級(jí)電氣自動(dòng)化X班 學(xué)院(直屬系) : XXXXXXX學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: X X 學(xué)院名稱： XXXXXX 專業(yè)： XXX 年級(jí)： 2013級(jí) 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 選題背景及題目來(lái)源工業(yè)實(shí)際項(xiàng)目，可在天科TKPLC-A實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械手裝置的模擬控制實(shí)驗(yàn)區(qū)完成本模擬實(shí)驗(yàn)。二、訓(xùn)練目的（1）通過(guò)使用各基本指令，進(jìn)一步熟悉掌握PLC的編程和程序調(diào)試；（2）學(xué)會(huì)繪制電氣原理圖及接線圖；（3）選擇電氣元器件；（4）完成系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)；（5）完成模擬實(shí)驗(yàn)；（6）編寫技術(shù)文件。三、要求實(shí)現(xiàn)的功能啟動(dòng)機(jī)械手，將物體從A處移動(dòng)到B處，機(jī)械手將完成原位、下降、抓取、上升、右移、下降、放松、上升、左移、循環(huán)或者回到原位動(dòng)作過(guò)程。在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)由限位開關(guān)對(duì)機(jī)械手位置進(jìn)行控制，并且由雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。提出改進(jìn)方案：在機(jī)械手夾緊過(guò)程進(jìn)行探究，增加壓力傳感器用于機(jī)械手爪壓力并進(jìn)行反饋控制；增加超聲波傳感器檢測(cè)物體是否滑落。當(dāng)物體出現(xiàn)滑落或操作錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出報(bào)警等。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、安裝了STEP7-Micro/WIN32編程軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)2、天科TKPLC-A實(shí)驗(yàn)裝置3、機(jī)械手模塊五、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）根據(jù)控制要求分析控制及動(dòng)作過(guò)程，設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)；（2）繪制電氣原理圖及PLC I/O接線圖；（3）設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)；（4）組成控制系統(tǒng)；（5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)（三）所要求的控制功能，完成模擬實(shí)驗(yàn)。（6）撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。六、參考資料1、天科TKPLC-A實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)手冊(cè)2、S7-200可編程序控制器手冊(cè)，西門子技術(shù)服務(wù)中心，四川省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，2000.93、現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)第2版，王永華，北京航空航天大學(xué)出版社指導(dǎo)教師： XX 簽名日期： 2015 年 06 月 1日 36 / 41摘要可編程控制器是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，可以再其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣。 本課題設(shè)計(jì)了機(jī)械手控制系統(tǒng)。主要應(yīng)用于機(jī)床加工工件的裝卸，裝配印制板電路板，組裝零部件；勞動(dòng)條件較差，危險(xiǎn)等場(chǎng)合。采用西門子公司S7-200系列，CPU224型PLC進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程，并通過(guò)TKPLC-A型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱機(jī)械手裝置模擬控制實(shí)驗(yàn)區(qū)完成本模擬實(shí)驗(yàn)。主要功能是循環(huán)地將物件從A地運(yùn)往B地。為了使動(dòng)作操作更加準(zhǔn)確，加入壓力傳感器、超聲波傳感器，進(jìn)行檢測(cè)改進(jìn)。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)、位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等。由PLC接收來(lái)自外部的輸入信號(hào)（包括開關(guān)機(jī)、限位指令、傳感器信號(hào)指令等），并控制雙線圈二位電磁閥來(lái)控制機(jī)械手的夾緊和松開。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，包括流程圖、原理圖、主電路圖。關(guān)鍵詞：PLC、機(jī)械手、傳感器、檢測(cè)技術(shù)目錄引言1第1章 機(jī)械手控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)21.1方案設(shè)計(jì)原則21.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求21.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)31.3.1 繼電器控制系統(tǒng)31.3.2 單片機(jī)控制31.3.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制31.3.4 可編程序控制器控制4第2章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)52.1 硬件選型52.1.1 PLC 機(jī)型選擇52.1.2 PLC 容量選擇62.1.3 I/O 模塊的選擇62.1.4 電源模塊的選擇72.2 機(jī)械手的基本構(gòu)造及PLC I/O點(diǎn)分配82.2.1 系統(tǒng)組成82.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)92.2.3、機(jī)械手PLC的模擬實(shí)驗(yàn)面板112.2.4 機(jī)械手PLC的I/O分配122.3 主電路的設(shè)計(jì)132.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求132.3.2 主電路圖的設(shè)計(jì)13第3章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)143.1程序設(shè)計(jì)的一般方法143.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法153.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法153.1.3 順序設(shè)計(jì)法153.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖163.2.1 控制流程圖163.3 可編程控制器梯形圖173.3.1可編程控制器梯形圖簡(jiǎn)介173.3.2 相關(guān)程序段173.3.3 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)20第4章 系統(tǒng)調(diào)試24結(jié)論29設(shè)計(jì)總結(jié)30謝辭31參考文獻(xiàn)32附件133附件234引言為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過(guò)程中十分重要的組成部分。但是由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì)，以至現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境十分惡劣，不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作。另外，生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點(diǎn)，這也是人工操作和半自動(dòng)化控制所難以實(shí)現(xiàn)的。所以為了幫助相關(guān)行業(yè)，特別是中小型企業(yè)實(shí)現(xiàn)物件搬運(yùn)的自動(dòng)控制，機(jī)械手的自動(dòng)控制勢(shì)必是擺在我們眼前的一大課題，借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC 的應(yīng)用，了解不同公司的可編程控制器的型號(hào)和原理，熟悉其編程方式，而機(jī)械手的控制更常見(jiàn)于工業(yè)生產(chǎn)中，幾乎大部分的工廠都離不開機(jī)械手，其應(yīng)用領(lǐng)域廣。 計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了曙光。1968 年，美國(guó)最大的汽車制造廠商通用汽車（GM）公司提出了公開招標(biāo)方案，設(shè)想將功能完備、靈活、通用的計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器便于使用的特點(diǎn)相結(jié)合，把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向過(guò)程、面向問(wèn)題“自然語(yǔ)言”編程，生產(chǎn)一種新型的工業(yè)通用繼電器，使人們不必花費(fèi)大量的精力進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，也能像繼電器那樣方便的使用。這個(gè)方案首先得到了美國(guó)數(shù)字設(shè)備（DEC）公司的積極響應(yīng)，并中標(biāo)。該公司于1969 年研制出了第一臺(tái)符合招標(biāo)要求的工業(yè)控制器，命名為可編程邏輯控制器（PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER），簡(jiǎn)稱PLC（有的稱為PC),并在GM 公司的汽車自動(dòng)裝配線上實(shí)驗(yàn)獲得了成功。PLC 一經(jīng)出現(xiàn)，由于它的自動(dòng)化程度高、可靠性好、設(shè)計(jì)周期短、使用和維護(hù)簡(jiǎn)便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，備受國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員和工商業(yè)界廠商的極大關(guān)注，生產(chǎn)PLC的廠商云起。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC 中的應(yīng)用，使PLC 的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。采用基于 PLC 的控制系統(tǒng)來(lái)取代園林單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護(hù)性，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動(dòng)水平有很大的幫助，同時(shí)又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，因此具有廣闊是市場(chǎng)前景。用PLC 進(jìn)行開關(guān)量控制的實(shí)例很多，在冶金、機(jī)械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需要它，例如燈光照明、機(jī)床電控、食品加工、印刷機(jī)械、電梯、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、機(jī)械手系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯控制，都廣泛應(yīng)用PLC 來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設(shè)計(jì)是將PLC 用于機(jī)械手的設(shè)計(jì)的控制，對(duì)學(xué)習(xí)與實(shí)用是很好的結(jié)合。第1章 機(jī)械手控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1方案設(shè)計(jì)原則整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是按工藝流程設(shè)計(jì)，為設(shè)備安裝、運(yùn)行和保護(hù)檢修服務(wù)，設(shè)計(jì)的編號(hào)按照國(guó)家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（GB4728）及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫。任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則: (1) 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；(2) 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠；(3) 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便；(4) 適應(yīng)發(fā)展的需要對(duì)于本課題來(lái)說(shuō)，機(jī)械手抓動(dòng)作過(guò)程和抓取物件的控制與升級(jí)，控制裝置需要根據(jù)企業(yè)設(shè)備和工藝現(xiàn)況來(lái)構(gòu)成并需盡可能的利用舊系統(tǒng)中的元器件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從怎樣實(shí)現(xiàn)多個(gè)電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這個(gè)問(wèn)題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來(lái)確定系統(tǒng)方案。1.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求在該機(jī)械手控制系統(tǒng)中，需要完成抓取、移動(dòng)、放松、回到原位等功能，控制要求如下： 機(jī)械手動(dòng)作流程圖1、下降抓取物體過(guò)程：按下啟動(dòng)開關(guān)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降到位時(shí)，閉合下限位開關(guān)SQ1，機(jī)械手停止下降，機(jī)械手抓緊物體，并持續(xù)夾緊動(dòng)作。2、上升移動(dòng)過(guò)程：機(jī)械手夾緊物體，上升到位時(shí)，閉合上限位開關(guān)SQ2，機(jī)械手停止上升，并保持夾緊動(dòng)作。3、右移過(guò)程：持續(xù)夾緊物體，向右移動(dòng)，當(dāng)右移到位時(shí)，閉合右限位開關(guān)SQ3，機(jī)械手停止右移。4、下降放松過(guò)程：機(jī)械手持續(xù)夾緊物體，下降到位時(shí)閉合下限位開關(guān)，機(jī)械手停止下降。此時(shí)，放松放下物體。5、回到原位過(guò)程：放下物體后，機(jī)械手回升，當(dāng)回升到位時(shí)，閉合上限位開關(guān)，機(jī)械手停止回升，并向左移動(dòng)，當(dāng)左移到位時(shí)，閉合左限位開關(guān)，機(jī)械手停止左移。6、循環(huán)過(guò)程：在不出意外，正常運(yùn)行的情況下，循環(huán)以上過(guò)程。1.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程控制器控制。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們采用可編程控制器控制。1.3.1 繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過(guò)程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。1.3.2 單片機(jī)控制單片機(jī)作為一個(gè)超大規(guī)模的集成電路，機(jī)構(gòu)上包括CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O 信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制還要附加一些配套的集成電路和I/O 接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。1.3.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢(shì)。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部I/O 接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如接線端子可靠。1.3.4 可編程序控制器控制可編程控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器的硬件配制和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語(yǔ)言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和接線，通過(guò)修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。程控制器(PLC)從上個(gè)世紀(jì)70 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30 多年來(lái)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC 也通過(guò)不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能。現(xiàn)在PLC 已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過(guò)程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。1、開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。2、運(yùn)動(dòng)控制PLC可用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制，世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。3、閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。4、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。5、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC 廠商都十分重視PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。根據(jù)本控制系統(tǒng)的控制要求應(yīng)該選擇可編程序控制器控制。綜上所述，由于PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高，是目前工業(yè)自動(dòng)化的首選控制裝置。故選擇PLC來(lái)實(shí)施本次設(shè)計(jì)。第2章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件選型2.1.1 PLC 機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮的因素如下所述：1結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC，物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC 能夠達(dá)到要求。2功能強(qiáng)、弱適當(dāng)對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC，西門子公司的S7-200 系列機(jī)或歐姆龍公司的COM1。3機(jī)型統(tǒng)一PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC 的I/O 和CPU 放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC 功能有限，只適用于控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴(kuò)展，比整體式靈活。一個(gè)大型企業(yè)選用PLC 時(shí)，盡量要做到機(jī)型統(tǒng)一。由于同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購(gòu)和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。若配備了上位計(jì)算機(jī)，可把各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC 聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制相互通信，集中協(xié)調(diào)管理。物料混合控制系統(tǒng)控制要求比較簡(jiǎn)單選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC。4是否在線編程PLC 的特點(diǎn)之一是使用靈活。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過(guò)程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來(lái)很大方便。PLC 的編程分為離線編程和在線編程兩種。離線編程的PLC，其主機(jī)和編程器共用物料混合控制系統(tǒng)采用離線編程。5PLC 的環(huán)境適應(yīng)性由于PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O 模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度：工作溫度055，最高為60儲(chǔ)存溫度： -4085濕度：相對(duì)濕度5%95%(無(wú)凝結(jié)霜)振動(dòng)和沖擊： 滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)電源：交流220V，允許變化范圍為-15%15%，頻率為4753Hz瞬間停電保持l0ms環(huán)境：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。2.1.2 PLC 容量選擇PLC 容量包括兩個(gè)方面：一是I/O 的點(diǎn)數(shù)；二是用戶存儲(chǔ)器的容量（字?jǐn)?shù)）。PLC 容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ浚宰鰝溆?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的10%25%考慮裕量。對(duì)于開關(guān)量控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O 乘以8；對(duì)于有模擬量控制功能的PLC，所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)為模擬內(nèi)存單元數(shù)乘以100。通常，一條邏輯指令占用存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫加么鎯?chǔ)器兩個(gè)字。各種指令占存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)可查閱PLC 產(chǎn)品使用手冊(cè)。I/O 點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O 點(diǎn)數(shù)較多的PLC 價(jià)格也較高，若備用的I/O 點(diǎn)的數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O 點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%15%考慮備用量。2.1.3 I/O 模塊的選擇PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O 接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制器對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O 接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC 的CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O 接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC 從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC 的I/O 接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC 相應(yīng)有許多種I/O 接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。1確定I/O 點(diǎn)數(shù)I/O 點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便地對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。2開關(guān)量I/O標(biāo)準(zhǔn)的I/O 接口用于同傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O 信號(hào)為24240V（AC），直流I/O 信號(hào)為524V（DC）。3選擇開關(guān)量輸入模塊主要從下面兩方面考慮：一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC 輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來(lái)選擇電平的高低。一般24V 以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。如12V 電壓模塊一般不超過(guò)10m，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓模塊比較可靠。二是高密度的輸入模塊，如32 點(diǎn)輸入模塊，能允許同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)數(shù)的60%。4選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來(lái)考慮：一是輸出方式選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。二是輸出電流的選擇。模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié)。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。三是允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)。在選用輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，不但要核算一個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力，還要核算整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)荷負(fù)載能力，即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過(guò)模塊規(guī)定的最大允許電流值。2.1.4 電源模塊的選擇電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O 模塊、專用模塊等消耗電流的總和。以下步驟為選擇電源的一般規(guī)則：1確定電源的輸入電壓；2將框架中每塊I/O 模塊所需的總背板電流相加，計(jì)算出I/O 模塊所需的總背板電流值；3I/O 模塊所需的總背板電流值再加上以下各電流：1） 框架中帶有處理器時(shí)，則加上處理器的最大電流值；2） 當(dāng)框架中帶有遠(yuǎn)程適配器模塊或擴(kuò)展本地 I/O 適配器模塊時(shí)，應(yīng)加上其最大電流值。4如果框架中留有空槽用于將來(lái)擴(kuò)展時(shí)，可做以下處理；1） 列出將來(lái)要擴(kuò)展的 I/O 模塊所需的背板電流；2） 將所有擴(kuò)展的 I/O 模塊的總背板電流值與步驟。5在框架中是否有用于電源的空槽，否則將電源裝到框架的外面。6根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊(cè)中選擇合適的電源模塊。具體應(yīng)考隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展，PLC 產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，而且功能也日益完善。PLC 的種類繁多，其結(jié)構(gòu)、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，當(dāng)然使用場(chǎng)合也有所不同。因此選擇合理的PLC 對(duì)提高PLC 控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)意義重大。因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮：1）合理的結(jié)構(gòu)形式2）安裝方式的選擇3）相當(dāng)?shù)墓δ芤?）系統(tǒng)可靠性的要求綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇 S7-200系列PLC，S7-200系列PLC屬于小型整體式結(jié)構(gòu)的PLC，本機(jī)自帶RS485通信接口，內(nèi)置電源和I/O 接口，它的結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度快，可靠性高，具有極其豐富的指令系統(tǒng)和擴(kuò)展模塊，實(shí)時(shí)性和通信能力強(qiáng)大，便于操作，易于掌握，性價(jià)比高，是中小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的理想控制設(shè)備。2.2 機(jī)械手的基本構(gòu)造及PLC I/O點(diǎn)分配2.2.1 系統(tǒng)組成機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成，各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。圖2-1 機(jī)械手控制系統(tǒng)關(guān)系框圖2.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。機(jī)械手各部分組成列表2-1。實(shí)物圖如圖2-2，各部分簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)手部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力源手腕控制調(diào)節(jié)裝置手臂輔助裝置立柱控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)行走機(jī)構(gòu)定位控制系統(tǒng)機(jī)座位置檢測(cè)裝置表2-1 機(jī)械手各部分組成列表 圖2-2 實(shí)物圖 圖2-3 各部分結(jié)構(gòu)圖（1）機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。（2）立柱立柱是支撐手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱通常為固定不動(dòng)的，但因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱可移式立柱。（3）手臂手臂是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件（如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等）與驅(qū)動(dòng)源（如液壓、氣壓或電機(jī)等）相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。（4）手腕手腕式連接手部和手臂的部件，并可用調(diào)整被抓去物件的方位。手臂在進(jìn)行伸縮或升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了防止繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，都需要有導(dǎo)向裝置，以保證手指按正確方向運(yùn)動(dòng)。此外，導(dǎo)向裝置還能承擔(dān)手臂所手的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩以及手臂回轉(zhuǎn)勇董事在啟動(dòng)、制動(dòng)瞬間產(chǎn)生的慣性力矩，使運(yùn)動(dòng)部件受力狀態(tài)簡(jiǎn)單。（5）手部手部即與不加接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為加持是和吸附式手部。夾持式手部由手指和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較為廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓去物件的表面形狀、被抓部位和物件的重量及尺寸。（6）行走機(jī)構(gòu)當(dāng)工業(yè)機(jī)械手需要完成膠原距離的操作，或擴(kuò)大使用范圍時(shí)，可在機(jī)座上安裝滾動(dòng)、軌道燈行走機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手的整機(jī)運(yùn)動(dòng)。滾輪式行走機(jī)構(gòu)可分為有軌的和無(wú)軌的兩種。驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)運(yùn)行則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。2.2.3、機(jī)械手PLC的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖中的啟動(dòng)、停止用動(dòng)斷按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，限位開關(guān)用鈕子開關(guān)來(lái)模擬，電磁閥的原位指示燈用發(fā)光二極管來(lái)模擬。2.2.4 機(jī)械手PLC的I/O分配1、PLC的I/O口接線圖：（如下圖）2、經(jīng)過(guò)系統(tǒng)控制功能分析，本設(shè)計(jì)需要輸入點(diǎn)6個(gè)，輸出點(diǎn)7個(gè)。共計(jì)13個(gè)，具體如下表：表2-2輸入接線SDSQ1SQ2SQ3 SQ4輸出接線YV1YV2YV3YV4YV5HLLEDI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.62.3 主電路的設(shè)計(jì)2.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制要求模擬實(shí)驗(yàn)面板圖中為一個(gè)將工件由A處傳送到B處的機(jī)械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過(guò)程如圖所示，有八個(gè)動(dòng)作，即為：原位 下降 夾緊 上升 右移 左移 上升 放松 下降2.3.2 主電路圖的設(shè)計(jì)在我們分析與討論過(guò)程中，畫出主回路原理圖如圖2-3所示。本次主電路設(shè)計(jì)運(yùn)用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸完成。該電路帶有短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠壓和失壓保護(hù)等。FU為熔斷器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，BB熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，欠壓和失壓保護(hù)依靠接觸器本身實(shí)現(xiàn)。在控制線路中KM1/KM2、KM3/KM4、KM5/KM6兩兩之間應(yīng)設(shè)計(jì)互鎖控制線路如圖2-5（其余以此類推）圖2-4 主回路原理圖圖2-5 KM1和KM2互鎖控制線路表2-3 機(jī)械手工作狀態(tài)表接觸器觸電工作狀態(tài)KM2、KM4線圈得電原位指示燈亮表明機(jī)械手工作在原點(diǎn)位置最左邊和最上邊KM1線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作下降的位置KM5線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作在夾緊位置KM2線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作在上升位置KM3線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作在右移位置KM4線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作在左移位置KM6線圈得電主觸點(diǎn)閉合模擬指示燈接通，機(jī)械手工作在放松位置第3章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1程序設(shè)計(jì)的一般方法3.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法也叫湊試法。在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。這種方法對(duì)于一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較湊效的，可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的具體步驟如下：1確定輸入/輸出電器；2確定輸入和輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)、選擇PLC 機(jī)型、進(jìn)行I/O 分配；3做出系統(tǒng)動(dòng)作工程流程圖；4選擇PLC 指令并編寫程序；5編寫其它控制要求的程序；將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫的程序聯(lián)系起來(lái)，即得到一個(gè)滿足控制要求的程序。3.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法繼電器、交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即：斷開和閉合，因此用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線路是完全可以的。該方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計(jì)法進(jìn)行PLC 程序的設(shè)計(jì)，它使用邏輯表達(dá)式描述問(wèn)題。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。3.1.3 順序設(shè)計(jì)法對(duì)那些按動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行編程。順序控制法規(guī)律性很強(qiáng)，雖然編程相當(dāng)長(zhǎng)，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性。在用順序控制設(shè)計(jì)法編程時(shí)，功能圖是很重要的工具。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。綜上所述，本控制系統(tǒng)采用順序設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)。3.2 PLC 控制的相關(guān)流程圖3.2.1 控制流程圖機(jī)械手控制系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程如下圖3-1；機(jī)械手系統(tǒng)控制流程如下圖3-2圖3-2 機(jī)械手控制流程圖3.3 可編程控制器梯形圖3.3.1可編程控制器梯形圖簡(jiǎn)介標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn) 1. 它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線，左邊畫輸入、右邊畫輸出。 2. 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)，也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。 3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 4. 內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU 內(nèi)部使用。 5. PLC 是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)作條件使用。 梯形圖的編制采用STEP7Micro/WIN32軟件，STEP7Micro/WIN32軟件是西門子S7-200PLC 的開發(fā)工具，主要用于開發(fā)程序，也可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，該軟件具有 Windows 應(yīng)用軟件的通用界面,易學(xué)易用。3.3.2 相關(guān)程序段1、機(jī)械手原位程序2、下限位指示燈的顯示3、移位脈沖：當(dāng)I0.0=1時(shí)，產(chǎn)生移位信號(hào)；當(dāng)I0.1=1，停止下降，并產(chǎn)生移位信號(hào)，機(jī)械手抓取物件，定時(shí)器延時(shí)1.7s，當(dāng)下一個(gè)移位信號(hào)來(lái)時(shí)，執(zhí)行上升和保持夾緊動(dòng)作；I0.2=1，機(jī)械手停止上升，同時(shí)右移；I0.3=1，機(jī)械手停止右移，并執(zhí)行下降動(dòng)作；I0.1=1，機(jī)械手停止下降，并松開，T38延時(shí)1.5s當(dāng)下一個(gè)移位脈沖到來(lái)，I0.1=0，機(jī)械手又上升；I0.2=1，機(jī)械手停止上升；I0.3斷開，左移；I0.4=1,機(jī)械手停止左移，移位寄存器全部復(fù)位；完成了一個(gè)工作周期。4、T37的延時(shí)程序，延時(shí)1.7s5、當(dāng)M20.0=1時(shí)，原位只指示燈亮，并閃爍，此時(shí)處于待機(jī)狀態(tài)。6、T38延時(shí)程序，延時(shí)1.5s梯形圖過(guò)程詳細(xì)分析（完整程序見(jiàn)附件1，語(yǔ)句表見(jiàn)附件2）1、初始狀態(tài) 當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，上升限位開關(guān)I0.2、左限位開關(guān)I0. 4均處于接通（“1”狀態(tài)），移位寄存器數(shù)據(jù)輸入端接通，使M10.0置“1”，Q0.5線圈接通，原位指示燈亮。2、控制過(guò)程如下：（1）按下啟動(dòng)按鈕，I0.0置“1”，產(chǎn)生移位信號(hào)，M10.0的“1”態(tài)移至M10.1，下降閥輸出繼電器Q0.0接通，執(zhí)行下降動(dòng)作，由于上升限位開關(guān)I0.2斷開，M10.0置“0”，原位指示燈滅。（2）當(dāng)下降到位時(shí)，下限位開關(guān)I0.1接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，M10.0的“0”態(tài)移位到M10.1，下降閥Q0.0斷開，機(jī)械手停止下降，M10.1的“1”態(tài)移到M10.2，M20.0線圈接通，M20.0動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，夾緊電磁閥Q0.1接通，執(zhí)行夾緊動(dòng)作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T37，延時(shí)1.7秒。（3）機(jī)械手夾緊工件后，T37動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.3置“1”，“0”態(tài)移位至M10.2，上升電磁閥I0.2接通，I0.1斷開，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于使用S指令，M20.0線圈具有自保持功能，Q0.1保持接通，機(jī)械手繼續(xù)夾緊工作。（4）當(dāng)上升到位時(shí)，上限位開關(guān)I0.2接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，“0”態(tài)移位至M10.3，Q0.2線圈斷開，不再上升，同時(shí)移位信號(hào)使M10.4置“1”態(tài)，I0.4斷開，右移閥繼電器Q0.3接通，執(zhí)行右移動(dòng)作。（5）待移至右限位開關(guān)動(dòng)作位置，I0.3動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.3的“0”態(tài)移位到M10.4，Q0.3線圈斷開，停止右移，同時(shí)M10.4的“1”態(tài)已移到M10.5，Q0.0線圈再次接通，執(zhí)行下降動(dòng)作。（6）當(dāng)下降到使I0.1動(dòng)合觸點(diǎn)接通位置，產(chǎn)生移位信號(hào)，“0”態(tài)移至M10.5，“1”態(tài)移至M10.6，Q0.0線圈斷開，停止下降，R指令使M20.0復(fù)位，Q0.1線圈斷開，機(jī)械手松開工作；同時(shí)T38啟動(dòng)延時(shí)1.5秒，T38動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使M10.6變?yōu)椤?”態(tài)，M10.7為“1”態(tài)，Q0.2線圈再度接通，I0.1斷開，機(jī)械手又上升，行至上限位置，I0.2觸點(diǎn)接通，M0.7變?yōu)椤?”態(tài)，M11.0為“1”態(tài)，Q0.2開，停止上升，Q0.4線圈接通，I0.3斷開，左移。（7）到達(dá)左限位開關(guān)位置，I0.4觸點(diǎn)接通，M11.0為“0”態(tài)，M11.1為“1”態(tài)，移位寄存器全部復(fù)位，Q0.4線圈斷開，機(jī)械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0被置“1”，完成一個(gè)工作周期。（8）再次按下啟動(dòng)按鈕，將重復(fù)上述動(dòng)作。3.3.3 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)一、改進(jìn)方案1、當(dāng)發(fā)生操作錯(cuò)誤時(shí)保持當(dāng)前狀態(tài)暫停工作，發(fā)出報(bào)警，手爪不松開，持續(xù)夾緊物體。2、在機(jī)械手爪處增添兩個(gè)壓力傳感器（一個(gè)安裝在橫向位置（a），一個(gè)安裝在縱向位置（b）和超聲波，防止在夾取物體的時(shí)候壓力過(guò)小或過(guò)大（采用PID控制）：（1）當(dāng)壓力過(guò)小時(shí)，物體滑落，超聲波傳感器模塊（紅外線測(cè)距）測(cè)定到離物體的距離增加，并立即向PLC反饋距離信號(hào)，此時(shí)PLC接收信號(hào)，并對(duì)機(jī)械手發(fā)出夾緊信號(hào)，當(dāng)物體不在移動(dòng)時(shí)，PLC讀取壓力傳感器的值，然后保持壓力，直至移動(dòng)到目的地。（2）當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，縱向位置的壓力傳感器（a+N）檢測(cè)出物體的重量，此時(shí)與橫向位置（a）的壓力傳感器電壓進(jìn)行對(duì)比，反饋回PLC，再由PLC進(jìn)行處理：（注：N表示一個(gè)定值，此值是在重力的基礎(chǔ)上加上的一定的值，原理是重力要略小于提物體的力，才能保證物體不下滑）二、改進(jìn)所用到的硬件1、兩個(gè)壓力傳感器（BF1K-3AA）（如圖3-6）；2、一個(gè)超聲波測(cè)距儀模塊（HC-SR04）；3、PLC；4、導(dǎo)線及其他機(jī)械手部件。 圖3-6 壓力傳感器（BFIK-3AA）實(shí)物圖 圖3-7 超聲波測(cè)距測(cè)距傳感器（HC-SR04）實(shí)物圖三、改進(jìn)原理及思路1、當(dāng)發(fā)生操作錯(cuò)誤時(shí)保持當(dāng)前狀態(tài)暫停工作，發(fā)出報(bào)警，手爪不松開，持續(xù)夾緊物體。即當(dāng)操作出現(xiàn)兩個(gè)及以上動(dòng)作：上限位和下限位開關(guān)同時(shí)閉合時(shí)，此時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，則進(jìn)行報(bào)警。此改進(jìn)僅需要利用PLC編程即可實(shí)現(xiàn)，程序如下2、在機(jī)械手爪處增添兩個(gè)壓力傳感器和超聲波測(cè)距儀傳感器，進(jìn)行機(jī)械手夾力的控制。一個(gè)安裝在橫向位置（a），一個(gè)安裝在縱向位置（b）和超聲波，防止在夾取物體的時(shí)候壓力過(guò)大或過(guò)?。海?）當(dāng)壓力過(guò)小時(shí)，物體滑落，超聲波測(cè)距模塊測(cè)定到離物體的距離增加，向PLC反饋距離信號(hào)，此時(shí)PLC接收信號(hào)，并對(duì)機(jī)械手發(fā)出夾緊信號(hào)，當(dāng)物體不再移動(dòng)時(shí)，PLC讀取壓力傳感器的值，然后保持壓力，直至移動(dòng)到目的地。（2）當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，縱向位置的壓力傳感器（a）檢測(cè)出物體的重量， 并通過(guò)對(duì)易拉罐力的控制規(guī)律，輸出一個(gè)合適的值（Nx）。（此處需要聯(lián)系到實(shí)際物體的重力，表面摩擦因素，及加速時(shí)的加速度而定這個(gè)力的大小，需根據(jù)實(shí)際物體才能計(jì)算出。）四、 實(shí)驗(yàn)分析及設(shè)計(jì)1、機(jī)械手爪受力分析：如下圖圖中A為機(jī)械手爪處，F(xiàn)1為物件對(duì)機(jī)械手爪的彈力，F(xiàn)2是物件對(duì)機(jī)械手爪的摩擦力；超聲波傳感器的安裝位置如圖所示，在機(jī)械手的手掌處。2、PID反饋控制圖（在此只設(shè)計(jì)出PID控制器的大致框圖）3、超聲波測(cè)距模塊超聲波發(fā)生器發(fā)生器內(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)兩極外加脈沖信號(hào)的頻率等于壓電晶片的固有震蕩頻率時(shí)，壓電晶片將發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板震動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波；同理，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。測(cè)距原理如圖3-6所示。圖3-6超聲波測(cè)距原理圖被測(cè)距離d=s2-(h/2)2。式中：s為超聲波傳播距離；h為發(fā)射探頭與被接收探頭之間的距離。由于s遠(yuǎn)大于h，因此可近似認(rèn)為d=s，則d=s=ct/2,t為超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔，c為超聲波在空氣中的傳播速度。在空氣中，常溫下超聲波的傳播速度是334m/s，但是其傳播速度c易受空氣中溫度的影響。但是在被系統(tǒng)中不需要測(cè)量太遠(yuǎn)的距離所以影響可忽略不計(jì)。超聲波放大轉(zhuǎn)換電路的簡(jiǎn)圖如下壓力傳感器放大轉(zhuǎn)換電路的簡(jiǎn)圖如下第4章 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的梯形圖，選用STEP7Micro/WIN32軟件和天科TKPLC-A實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械手模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行調(diào)試。由于本次設(shè)計(jì)改進(jìn)部分在實(shí)驗(yàn)面板上模擬受到限制。但是根據(jù)實(shí)驗(yàn)與分析，該系統(tǒng)是可以正常運(yùn)用到實(shí)際系統(tǒng)中的。下圖為實(shí)驗(yàn)的連接圖1、連接好實(shí)物圖后，打開實(shí)驗(yàn)板總開關(guān)，給PLC、實(shí)驗(yàn)面板供上電，下面是上電時(shí)的狀態(tài)：原位指示燈亮2、按下啟動(dòng)按鈕：原位指示燈熄滅，機(jī)械手下降并夾緊，夾緊指示燈亮。3、下限位開關(guān)閉合，下限位指示燈亮，夾緊指示燈亮4、閉合上限位開關(guān)，上限位開關(guān)指示燈亮，夾緊指示燈保持亮：5、閉合右限位開關(guān)，右限位指示燈亮，夾緊指示燈持續(xù)亮6、閉合下限位開關(guān)，下限位指示燈亮；機(jī)械手放下物體，夾緊指示燈熄滅。7、閉合上限位開關(guān)，上限位指示燈亮；夾緊指示燈熄滅8、閉合左限位開關(guān)，左限位指示燈亮；夾緊指示燈熄滅。9、循環(huán)：10、或者回到原位：11、錯(cuò)誤時(shí)，采用一個(gè)LED模擬，當(dāng)LED亮?xí)r則說(shuō)明出現(xiàn)錯(cuò)誤。結(jié)論（1）本設(shè)計(jì)主要闡述機(jī)械手的自動(dòng)控制，機(jī)械手依次完成：下降夾緊上升右移下降放松上升左移（回到原位）八個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手一個(gè)周期的動(dòng)作，機(jī)械手的下降、上升、左移的動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠限位開關(guān)來(lái)控制，而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間繼電器來(lái)控制的。（2）盡管課程設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的使用調(diào)節(jié)，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種繼電器的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。與老師的交流溝通也使我從各種角度設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求。（3）由于客觀條件的限制，本設(shè)計(jì)中沒(méi)有對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行安裝、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)調(diào)試和安裝運(yùn)行都無(wú)法完成。若以后條件允許，可以對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的完善。設(shè)計(jì)總結(jié)（1）本次設(shè)計(jì)的是氣動(dòng)通用機(jī)械手，相對(duì)于專用機(jī)械手，通用機(jī)械手的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。（2）該機(jī)械手可以選擇配置普通夾持手指，以抓取一般工件；也可更換噴射式氣流負(fù)壓吸盤，以吸附玻璃、地磚等板料關(guān)盤、磁盤等薄型不透氣工件，使機(jī)械手的用途更多，使用范圍更廣。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使用。（3）采用電擊轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)習(xí)啊過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制，工作環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。應(yīng)用電力，不會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)成本低廉。（4）機(jī)械手采用PLC控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是進(jìn)行實(shí)踐控制還是行程控制或混合控制，都可通過(guò)設(shè)定PLC程序來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。（5）如果該P(yáng)LC程序再和組態(tài)監(jiān)控軟件連接將能更形象的表達(dá)出機(jī)械手的實(shí)時(shí)工作過(guò)程，可達(dá)到操作遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的效果，讓操作人員遠(yuǎn)離惡劣的工作環(huán)境，但遺憾的是我們沒(méi)有做出組態(tài)的動(dòng)畫效果。謝辭我完成這篇畢業(yè)論文，得到了許多人的幫助。首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師徐全老師。在我設(shè)計(jì)過(guò)程中，徐老師付出了大量的心血和汗水，無(wú)論是在課程設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在課程設(shè)計(jì)的分析設(shè)計(jì)以及成文定稿方面，我都得到了徐老師細(xì)心、耐心地輔導(dǎo)和熱情的幫助，他指導(dǎo)我說(shuō)明書一定要嚴(yán)格按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式去寫，并且要有自己的觀點(diǎn)和看法。他廣博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)深深影響了我，使我終身受益。在此我表示真誠(chéng)地感謝。同時(shí)要感謝的是我們組的成員在做畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予了許多的有益建議和熱情的幫助，讓我開闊了思路。經(jīng)過(guò)努力，我們順利的完成了機(jī)械搜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，通過(guò)設(shè)計(jì)鞏固了專業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)和提高了獨(dú)立分析能力，同時(shí)也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。同時(shí)也使我深刻的體會(huì)到了時(shí)間