plc的机械手控制系统）

洛阳理工学院毕业设计（论文）I基于PLC的机械手控制系统摘要现代工业中突出的主题是生产过程的机械化，自动化。在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，降低生产成本，开始重视生产过程的自动化，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同和采用。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人类经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，甚至于危及生命。工业机械手就在这种背景下诞生了，机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。自上世纪六十年代，PLC设计的机械手被实现后，它被广泛的应用到工业生产的各个领域，代替人工作业，进行高温，高危，有毒方面的工作，还被用于繁重的，单调的的工作等。本课题主要研究的是基于PLC的机械手控制系统，其中介绍了机械手的分类、特点和构成，还有机械手的控制方式，主要讲的还是PLC硬件的设计和软件的设计，通过设计编制PLC程序实现机械手控制系统的自动控制。通过本次课题的设计，更全面的了解可编程控制器的作用和应用。关键词PLC，机械手，输入/输出控制，编程设计洛阳理工学院毕业设计（论文）IIPLCBASEDROBOTCONTROLSYSTEMSABSTRACTPROMINENTTHEMEINMODERNINDUSTRYISTHEPRODUCTIONPROCESSOFMECHANIZATIONANDAUTOMATIONINTODAYSLARGESCALEMANUFACTURINGENTERPRISESTOIMPROVEPRODUCTIONEFFICIENCY,ENSURINGPRODUCTQUALITY,REDUCEPRODUCTIONCOSTS,PAYINGATTENTIONTOTHEPRODUCTIONPROCESSAUTOMATION,INDUSTRIALAUTOMATIONROBOTICSASANIMPORTANTMEMBEROFTHEPRODUCTIONLINE,ANDGRADUALLYRECOGNIZEDANDUSEDBYBUSINESSESININDUSTRIALPRODUCTIONANDOTHERFIELDS,ASARESULTOFTHENEEDSOFHUMANSARECONSTANTLYSUBJECTEDTOHIGHTEMPERATURE,CORROSIVEANDTOXICGASHAZARDSANDOTHERFACTORS,ANDEVENLIFETHREATENINGINDUSTRIALROBOTSINTHISCONTEXTWASBORN,THEROBOTISABLETOMIMICSOMEHUMANUPPERLIMBFUNCTION,SOTHATITCANBEAUTOMATICALLYCONTROLLEDACCORDINGTOAPREDETERMINEDCONVEYINGARTICLESORMANAGETOOLSREQUIREDFORPRODUCTIVEOPERATIONOFAUTOMATEDPRODUCTIONEQUIPMENTSINCETHESIXTIESOFLASTCENTURY,PLCROBOTDESIGNISIMPLEMENTED,ITHASBEENWIDELYAPPLIEDTOVARIOUSFIELDSOFINDUSTRIALPRODUCTION,INSTEADOFDOINGTHEJOB,HIGHTEMPERATURE,HIGHRISK,TOXICASPECTSOFTHEWORK,ALSOUSEDTHEHEAVY,MONOTONOUSOFTHEWORKTHEMAINSUBJECTOFTHESTUDYISPLCBASEDROBOTCONTROLSYSTEM,WHICHDESCRIBESTHEMANIPULATORCLASSIFICATION,CHARACTERISTICSANDCOMPOSITION,ASWELLASROBOTCONTROL,MAINLYTALKINGABOUTORPLCHARDWAREDESIGNANDSOFTWAREDESIGN,THROUGHTHEDESIGNOFTHEPREPARATIONOFTHEPLCPROGRAMIMPLEMENTATIONROBOTCONTROLSYSTEMOFAUTOMATICCONTROLTHROUGHTHISPROJECTDESIGN,AMORECOMPREHENSIVEUNDERSTANDINGOFTHEROLEANDAPPLICATIONOFPROGRAMMABLECONTROLLERSKEYWORDSPLC，ROBOT，INPUT/OUTPUTCONTROL，PROGRAMMING洛阳理工学院毕业设计（论文）III目录前言1第1章概述211机械手简介2111机械手分类2112机械手的特点2113机械手的构成312机械手的控制方式的选择3121传统继电器方式3122PLC控制方式413课题的研究内容4第2章可编程控制器简介521PLC简介522PLC的特点523PLC的基本结构624PLC的工作原理825PLC机型的选择1126PLC的应用12第3章机械手控制系统设计1431机械手控制要求1432PLC控制系统设计14321PLC选型14322I/O分配表15323系统控制流程图1633接线图1834控制系统梯形图18第4章机械手控制系统仿真调试2541控制系统使用说明2542仿真软件25洛阳理工学院毕业设计（论文）IV421S7200仿真软件简介25422S7200仿真软件的正确使用2743系统仿真29结论30谢辞31参考文献32附录34外文资料翻译37洛阳理工学院毕业设计（论文）1前言机械手是工业自动化领域经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴的学科，并且得到较快的发展。机械手广泛地应用于锻于冲压、锻造、焊接、装配、机加、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等生产环境比较恶劣的情况，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是改善劳动条件，提高劳动生产率，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。可编程序控制器PLC是专为工业环境而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了不错的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。由于自动化可以节省大量的人力、物力，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，比如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用的比较多，比如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上的智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。洛阳理工学院毕业设计（论文）2第1章概述11机械手简介机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它不仅可代替人的繁重体力劳动以实现生产的机械化和自动化，而且还能在有害环境下代替人操作，从而保护人的身体安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等方面。111机械手分类机械手按驱动方式分类可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围分类，可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式分类，可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常是机床或其他机器的附加装置，比如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。而有些操作需要由人直接操纵，比如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手，这种操作手也常称为机械手。机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术广泛应用，机器人的研制和生产已成为高新技术领域的一门新兴技术，而且发展迅速，使得机械手的发展得到了促进，能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。112机械手的特点机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它还是具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多行业的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如1机床加工工件的装卸；2在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件；洛阳理工学院毕业设计（论文）33可以代替人在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作；4可代替人在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等；5还有宇宙及海洋的开发；6军事工程及生物医学方面的研究和试验。113机械手的构成机械手简述机械手的形式是多种多样的，有的简单，有的复杂，但基本的组成形式是相同的，一般都是由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1执行机构机械手的执行机构是由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手一般没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2传动系统常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。3控制系统机械手控制系统是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路等便可实现对传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。12机械手的控制方式的选择121传统继电器方式传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷洛阳理工学院毕业设计（论文）41仅适合于简单的逻辑控制；2仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；3没有改动和优化的可能性。122PLC控制方式伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点1硬件上至少有一个微处理器；2通过软件实现控制思想。目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有1可编程序逻辑控制器（PLC）；2工业控制计算机（IPC）；3集散控制系统（DCS）。这次设计，就选用PLC控制方式。13课题的研究内容本课题主要研究的是基于PLC的机械手控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现机械手控制系统的自动控制。通过本次课题的设计，了解PLC的基本结构、工作原理和PLC机型的选择，进而了解西门子S200系列PLC的系统控制流程图、I/O地址、程序的编写及调试。洛阳理工学院毕业设计（论文）5第2章可编程控制器简介21PLC简介PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。22PLC的特点PLC是实现工业自动化控制的重要支柱之一，其主要特点为1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器电路系统相比，电气接线接点已减少到数百甚至数千分之一，所以故障也就大大降低。此外，PLC还带有硬件故障自我检测功能，故障出现时可及时发出警报信息。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经有了大、中、小各种规模的系列化产品，满足不同用处。PLC除了逻辑处理功能以外，还具有完善的数据运算能力，可应用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、压力控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。所以它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图的图形符号与表达方式和普通继电器电路图十分接近，只用少量开关量逻辑控制指令就可以快速的实现继电器电洛阳理工学院毕业设计（论文）6路的功能。4系统的设计、建造工作量小PLC可以减少了控制设备外部的接线接点，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是经过改变PLC的程序就能改变生产过程。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100MM，重量小于150G，功耗仅数瓦。23PLC的基本结构PLC是一种工业控制用的专用计算机，是计算机技术与继电接触器控制电路相结合的产物，因而它与工业控制对象有非常强的接口能力。PLC本质是一台适合于工业控制的微型计算机，其基本结构和组成也具备一般微型计算机的特点；以中央处理单元为核心，在系统程序（相当于操作系统）的管理下运行。PLC与控制对象的接口由专门的I/O接口来完成，还需要配备电源及其他专用功能模块。PLC的基本组成部件如图21所示。中央处理器（CPU）编程器输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区电源图21PLC硬件的基本结构图1中央处理单元洛阳理工学院毕业设计（论文）7中央处理单元是PLC的控制中枢。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区,再从用户程序存储器中逐条读取用户程序，然后按照规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。当用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，循环运行，直到停止运行为止。2存储器单元与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。PLC的软件分为两部分系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。虽然大、中、小型PLC的CPU的最大可寻址存储空间都相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域系统程序存储区，系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。1系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。2系统RAM存储区系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备（例如逻辑线圈、数据寄存器、计时器、变址寄存器、累加器等）存储区。3用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同，一般来说，随着PLC机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的PLC，其存储容量可根据用户的需要而改变。3PLC电源电源在整个系统中起着十分重要的作用，无论什么设备都需要电源。所有PLC，其电源的性能都是一样的，就是对PLC内部的所有器件提供一个稳定的直流电源。一般交流电压波动在正负10（15）之间，因此可以直接将PLC接入到交流电网上去。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。洛阳理工学院毕业设计（论文）824PLC的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行（RUN）状态下，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。内部处理通信服务输入处理程序执行输出处理RUNSTOP图22PLC原理图除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，如图22所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，洛阳理工学院毕业设计（论文）9将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段。PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制起处于（RUN）状态时，还要完成另外3个阶段的操作。在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入和输出信号的状态，它们分别称为输入和输出映像寄存器。PLC梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，PLC把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入寄存器。外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。PLC的用户程序是由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。指令执行时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读出来，然后根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容是随着程序的执行而变化的。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器的状态为“1”。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器的状态为“0”，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。PLC在RUN工作状态时，执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为1100MS。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU洛阳理工学院毕业设计（论文）10执行指令的速度大有关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图23所示第N1个扫描周期第N个扫描周期第N1个扫描周期输出刷新输入采样用户程序执行输出刷新输入采样图23PLC的扫描运行方式1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描的方式依次读入所有的数据和状态，然后将它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。如果输入是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC的CPU总是按照由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态来刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外部设备。这时才是PLC真正的输出。4输入/输出滞后时间输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC的外部输入信号发生变化洛阳理工学院毕业设计（论文）11的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由因扫描工作方式、输入电路滤波时间和输出电路的滞后时间三部分组成。输入模块的CPU滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰，从而消除因外接输入触点动作产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10MS左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10MS左右；负载由导通到断开时的最大滞后时间为10MS；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1MS；晶体管型输出电路的滞后时间约为1MS。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个扫描周期。PLC总的响应延迟时间一般只有几十MS，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的PLC或采取其他措施。25PLC机型的选择1PLC的分类PLC按结构可分为整体式和模块式，按应用环境可分为现场安装和控制室安装；按CPU字长可分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角的度出发，通常可按控制功能和输入输出点数选择PLC的类型。整体式PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，可用于小型控制系统；模块式PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可根据情况合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。2输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑是否与实际应用的要求统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等要求。对输出模块，应考虑输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、寿命短、响应时间较长、使用电压范围广等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，低功率因数负荷场合，其缺点是价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等。用户可根据需要，合理选用输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。还需要考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。3电源的选择洛阳理工学院毕业设计（论文）12PLC的供电电源，引进PLC应根据产品说明书设计要求和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，还应核对提供的电流是否满足要求，否则就应该设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，还应该考虑对输入和输出信号的隔离。4存储器的选择由于计算机集成芯片技术的不断发展，存储器的价格在不断降低，所以为保证设备的正常运转，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。如果需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。26PLC的应用自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，到今天已经30多年了,它的发展虽然包含了对前期控制技术的继承和演变，但又比同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它充分利用微机处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求的同时，也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础地编程语言和模块化地软件结构，使用程序地编制清晰直观、方便易学。用户买到所需的PLC后，只需根据说明书上的提示，做少量地安装接线和用户程序地编制工作，就可以灵活地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专业的计算机编程语言知识就可以实现。PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术之一。PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性高、逻辑功能强、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、能对模拟量进行控制，具备高速计数与位控等性能模块等特点，慢慢取代了由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、电力、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC应用深度和广度已经成为一个国家工业先进的重要标志之一。洛阳理工学院毕业设计（论文）13洛阳理工学院毕业设计（论文）14第3章机械手控制系统设计31机械手控制要求机械手的主要任务是将传送带A上的物件搬运到传送带B上。1开始工作时机械手在原点（在传送带B上）；2按下启动按钮，传送带A、B开始运动；3当光电开关检测到有物件时，断开传送带A、B，机械手开始运动；4机械手上升，碰到上限位开关后，开始左转；5机械手左转，碰到左限位开关后，开始下降；6机械手下降，碰到下限位开关后，开始夹紧物件，然后开始上升；7机械手上升，碰到上限位开关后，开始右转，上升后，传送带A、B开始运动；8机械手右转，碰到右限位开关后，开始下降；9机械手下降，碰到下限位开关后，开始放松物件；10放松物件后开始等待下个物件的到来，重复19。机械手能够重复循环运动，也可以单周期运动，并且能够手动操纵。紧急情况下，按急停按钮，所有动作停止，需要手动复位后继续自动操纵。32PLC控制系统设计321PLC选型S7200是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业。S7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7200系列具有极高的性价比。S7200系列出色表现在以下几个方面1极高的可靠性；2极丰富的指令集；3易于掌握；洛阳理工学院毕业设计（论文）154便捷的操作；5丰富的内置集成功能；6实时特性；7强劲的通讯能力；8丰富的扩展模块。S7200CPU22X系列产品的I/O配置及地址分配如表31所示。表31S7200CPU22X系列产品的I/O配置及地址分配项目CPU221CPU222CPU224CPU226本机数字量输入地址分配6输入I00I058输入I00I0714输入I00I07I10I1524输入I00I07I10I17I20I27本机数字量输入地址分配4输出Q00Q036输出Q00Q0510输出Q00Q07Q10Q1116输出Q00Q07Q10Q17本机模拟量输入地址分配无无无无扩展模块数量无2个模块7个模块7个模块322I/O分配表根据机械手动作要求，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表32所示洛阳理工学院毕业设计（论文）16表32I/O分配表输入电器输入点输出电器输出点启动按钮I00原点指示灯Q00上限位开关I01上升线圈Q01下限位开关I02下降线圈Q02左限位开关I03左行线圈Q03右限位开关I04右行线圈Q04光电开关I05夹紧线圈Q05停止按钮I06放松线圈Q06手动开关I07传送带线圈Q07急停按钮I10自动开关I11上升按钮I12下降按钮I13左行按钮I14右行按钮I15夹紧按钮I16放松按钮I17323系统控制流程图根据对机械手的顺序动作要求，可以画出的机械手系统控制流程图，如图31所示。洛阳理工学院毕业设计（论文）17图31系统控制流程图洛阳理工学院毕业设计（论文）1833接线图根据机械手控制设计的控制流程图和IO分配表可作出外部接线图，如图32所示图32接线图34控制系统梯形图根据机械手控制流程图，实现机械手搬运物件，编写梯形图。洛阳理工学院毕业设计（论文）19图33梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）20图34梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）21图35梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）22图36梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）23图37梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）24图38梯形图洛阳理工学院毕业设计（论文）25第4章机械手控制系统仿真调试41控制系统使用说明1启动前，选择手动还是自动，然后打开手动或自动开关；2按下启动按钮，系统开始运行，传送带A、B自动运行，自动检测；3如果选择手动模式，就根据情况进行手动按钮的操纵；如果是自动模式，系统就自动运行，不需要动手，如果需要选择单周期运行，只需按一下停止按钮，这样，系统会在完成一个周期动作后停在原点；4在遇到紧急情况的时候，需要按下急停按钮，系统所有动作停止；5如果急停后需要自动操纵，需要手动把机械手复位，然后再进行自动操纵。42仿真软件421S7200仿真软件简介1S7200仿真软件是S7200系列PLC专用仿真软件，无需安装，下载后执行S7200EXE即可进入。可以在没有PLC的情况下，对PLC程序进行仿真调试，虽然它不能模拟S7200的全部指令和全部功能，但仍然不失为一个很好的学习S7200的工具测试软件。2执行S7200EXE后其窗口如图41所示。洛阳理工学院毕业设计（论文）26图41执行S7200EXE后窗口图执行图中菜单命令“配置”“CPU型号”，在CPU型号对话框中可选择自己对应的CPU型号。用户还可以修改CPU的网络地址，一般使用默认地址。图中灰色部分为是CPU224类型的PLC面板可显示CPU运行状态和I/O点的状态，灯亮为1，灯灭为0。CPU224的右边空白方框是扩展模块的位置，双击空白方框即可进行模块配置选择，根据需要可选择各种数字量和模拟量的扩展模块。CPU模块的下方是用于输入数字量信号的小开关面板，具有和CPU224对应的14个输入点，单击面板中的开关按钮可使其0，1状态切换，在CPU面板上的模拟LED灯对应灭，亮。开关面板下方的SMB28,SMB29是两个直线电位器，分别是CPU224的两个8位模拟量输入电位器对应的特殊存储器字节，可左右拖动滑块来设置他的值，范围在0255之间。3仿真软件不能直接接收S7200程序代码，需要在STEP7MICRO/WIN中将程序编译并导出成ASCII文本文件（扩展名为AWL）。然后在S7200仿真软件，洛阳理工学院毕业设计（论文）27使用工具栏的下载按钮即可将导出的文件下载到仿真软件当中进行仿真测试。4在仿真软件中点击工具栏上的运行按钮使仿真PLC切换到RUN模式开始仿真测试，运行过程当中点击开关面板中的模拟开关进入信号输入，通过查看菜单当中的“程序块代码”查看对应程序代码，“程序块图形”查看梯形图运行状态，“数据块”查看V区存储器对应的值，“内存监视”来监控V、T、C、M等内部变量的值5另外，仿真软件还有读取CPU和扩展模块的信息、设置PLC实时时钟、控制循环扫描次数和对TD200文本显示器仿真等功能。422S7200仿真软件的正确使用1使用STEP7MICRO/WINV31或V32编程时（1）在STEP7MICRO/WINV31或V32中新建一个项目；（2）输入程序，编译正确后在文件菜单中导出为AWL文件；（3）打开仿真软件，点“配置”“CPU型号”或在已有的CPU图案上双击；（4）在弹出的对话框中选择CPU型号，要与你项目中的型号相同，如图42所示；图42CPU选择窗口（5）点击“程序”“载入程序”或工具条中的第2个按钮；（6）会有个对话框，只选择“逻辑块（L）”并选择STEP7MICRO/WIN的版洛阳理工学院毕业设计（论文）28本“V31”或“V32”，点击“确定”，如图43所示；图43装载程序窗口（7）将先前导出的AWL文件打开（若第6步选择全部，则此时会提示无法打开文件，这里出现错误的原因是无法打数据块和CPU配置文件，不要管它，直接确定）；（8）点击“查看（E）”“内存监视（M）”或工具条中的第12个按钮输入想要监视的地址；（9）点“PLC”“运行”或工具栏上的绿色三角按钮，程序已经开始模拟运行；2使用STEP7MICRO/WINV40编程时（1）在STEP7MICRO/WINV40中新建一个项目。编译正确后转换成STL编程语言界面（查看（V）STLS）；（2）程序复制。选择需要仿真的程序（用鼠标拖黑）然后点击“编辑”“复制”。注意在STEP7MICRO/WINV40的STL编程语言界面复制时，必须完整复制指令，例如前面必须包含网络序号“NETWORK1”而后面不能有多余的程序空行等；（3）打开仿真软件，点“配置”“CPU型号”或在已有的CPU图案上双击；洛阳理工学院毕业设计（论文）29（4）在弹出的对话框中选择CPU型号，要与你项目中的型号相同；（5）点击“程序（P）”“粘贴程序（OB1）”或工具条中的第3个按钮。STEP7MICRO/WINV40中的STL程序就被粘贴到模拟软件中；（6）点击“查看（E）”“内存监视（M）”或工具条中的第12个按钮输入想要监视的地址；（7）点击“PLC”“运行”或工具栏上的绿色三角按钮，程序已经开始模拟运行；43系统仿真将第3章中在STEP7MICRO/WIN中编写好的程序按照前面讲的S7200的使用方法进行操作，然后按照设计的要求进行仿真，看程序能够按照要求进行各种工作。按照第三章机械手的控制要求，一步一步的进行操作，因为没有实际的机械手，所以限位开关需要手动打开关闭。然后观察输出点的指示灯，对照I/O分配表，分析机械手的动作是否符合设计要求，如果符合，进行下一步的操作，如果不行，返回STEP7MICRO/WIN编程软降进行检查，修改程序，然后再进行仿真，直到程序完全符合控制要求。洛阳理工学院毕业设计（论文）30结论在本次课题设计中，机械手控制系统采用PLC进行控制，大大提高了该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。同时，使用PLC进行控制使生产流程变的方便。通过本次设计，可以根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，实现机械手控制系统的不同工作需求，机械手控制系统具有了很大的灵活性和可操作性。本文中介绍的机械手控制系统对于教学有很好的辅助作用。机械手控制技术是一项综合型的技术，机械手控制系统又是一个复杂的随机系统，本次设计的机械手控制系统与真正的机械手控制系统之间还有很大的差距。真正的机械手控制系统，应该是自动化程度更高，能使机械手的灵敏程度高，更灵活，更接近人的手，使机械手完成更多的生产任务。本文中的机械手控制系统比较简单，还需要不断改进和加强。这需要更多自动控制方面的知识，需要更多人的不断努力努力。洛阳理工学院毕业设计论文31谢辞紧张充实的毕业设计就要结束了，大学三年的生活也到了尾声。回想起以往的美好时光，此时感慨万千，首先感谢指导教师任老师在毕业设计中对我的帮助，鼓励和精心指导，任老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄廓，关键是指导有方严格我们要求，为我营造了一种良好的精神氛围。置身任老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。其严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感温馨。一股暖意细水长流，源自内心而又沐润全身，微言寸语岂能祥诉感激之情，只好铭记心中，唯有虔诚的祝福导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助我的师长。同时感谢我的同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励。毕业设计的完成也算是对我们学习生涯的一个句号，回想三年大学时光，与老师和同学们的点点滴滴，你们给与我的种种帮助，使我得以今天能顺利完成毕业设计，完成学业。谢谢你们，我所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康感谢我的朋友和同学们在我三年生活和学习中对我的帮助，就要分别了，衷心祝福各位一路走好再次感谢各位老师和同学，希望大家以后工作顺利。谢谢洛阳理工学院毕业设计论文32参考文献1吴宗泽机械设计师手册北京机械工业出版社,20022王太辰中国机械设计大典南昌江西科技出版社,20023彭商贤,赵臣,张启先试论国内外机器人机械学的发展趋向机器人19911348534吴建强可编程控制器原理及其应用哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,19985汪晓光,孙晓瑛可编程控制器原理及应用机械工业出版社,20016刘彬,杜金翔关于建立PLC立体教学实验新体系的探讨实验技术与管理2005,0825307俞国亮PLC原理与应用北京清华大学出版社,20052592688史宜巧PLC技术及应用北京机械工业出版社,20091771849廖常初PLC编程及应用北京机械工业出版社,200410周亚军,张卫电气控制与PLC原理及应用西安西安电子科技大学出版社,201011郁汉琪可编程控制器原理与应用北京中国电力出版社,200812宋伯生PLC编程理论算法及技巧北京机械工业出版社,200513周永志,袁少帅PLC实现机器人的自动控制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