基于PLC机械手控制系统设计

基于PLC机械手控制系统设计
工业机械手是一种高科技自动化生产设备，也是工业机器人的一个重要分支。

它通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。

机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

通用机械手是一种能够独立按程序控制实现重复操作的机械手，适用范围比较广。

由于通用机械手能够很快地改变工作程序，适应性较强，因此在不断变换生产品种的中小批量生产中得到了广泛的应用。

机械手的发展得益于其积极作用：一方面，它能够部分代替人工操作；另一方面，它能够按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；还能够操作必要的机具进行焊接和装配，从而改善了工人的劳动条件，显著提高了劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的
步伐。

因此，机械手受到了很多国家的重视，投入了大量的人力物力来研究和应用。

尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，机械手的应用更为广泛。

近年来，在我国也有较快的发展，并取得了一定的效果，受到了机械工业的关注。

机械手是一种能够自动控制并可重新编程以变动的多功能机器，具有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。

随着工业技术的发展，机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。

但现在，制成了能够独立按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的通用机械手。

本文介绍了机械手的分类和应用，其中第一类是通用机械手，可以根据任务需要编制程序完成各项规定工作。

本项目要求设计的机械手模型也属于这一类，通过设计可以增强对工业机械手的认识，并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动
技术等工业控制常用的技术。

机械手控制系统的设计步骤包括确定被控系统必须完成的动作和它们之间的关系、分配输入输出设备、设计PLC用户
程序、对程序进行调试和修改，最后保存已完成的程序。

设计
PLC用户程序时，可以采用梯形图、助记符或流程图语言形式，体现按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。

调试和修改程序直至PLC完全实现系统所要求的控制功能。

机械手的工作过程需要根据任务要求编制程序，通常需要进行位置控制和气动控制等技术操作。

在现代生产企业中，机械手的应用越来越广泛，是自动化程度较高的重要设备之一。

机械手在生产线上的任务是将工件从A处传送到B处。

机械手在空间上主要进行以下动作：下降、抓紧工件、与工件上升、与工件右移、与工件下降、放松工件、上升、左移。

控制器通过检测上、下、左、右限位开关的通断，决定当前的动作，并通过驱动系统输出，控制机械手的动作。

同时，用两位数码管显示搬运工件的数量。

启动控制有两种方式，一种是由现场安装的启动开关控制，另一种是通过组态王软件控制。

控制面板上安装有一个档位开关，分手动和自动两大档位。

手动挡包括调试和回原位两档，自动挡分单步、半自动和全自动三档。

自动挡的操作必须在回原位的基础上才能进行。

可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，
专为在工业环境应用而设计。

PLC采用一类可编程的存储器，
用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输
出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC实施控制的本质是
按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与物理实现结合。

输入输出变换和物理实现是PLC实施控制的两个基本点。

物
理实现需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。

因此，PLC采用了典型的计算机结构，主要由微处
理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。

机械手传送系统需要十二个数字输入点、一个数字输出点和七个模拟量输出点。

PLC的基本结构如下图所示：[插入图片]
机械手传送系统输入和输出点分配表如下：
名称代号
启动 SB1
下限行程 SQ1
上限行程 SQ2
右限行程 SQ3
左限行程 SQ4
停止 SQ5
手动操作 SQ6
半自动操作 SQ7
S7-200中的CPU226的最大负载电流为1000mA，四个
EM232模块的负载电流为80mA，符合要求。

2、选型
S7-200系列PLC有多种型号可供选择。

其中，CPU226
是最适合该应用的主机，因为它可以扩展七个模块。

模块1-
模块4为EM232，是模拟量输出模块，每个模块有两个输出
通道。

此外，该PLC的电源为220V交流电。

在选择PLC时，应该考虑性能价格比，以确保经济性和可扩展性。

3、PLC的输入输出端子分配接线图
为了更好地控制机械手，需要了解PLC的输入输出端子
分配接线图。

4、机械手的PLC控制
机械手电气控制系统具有多工步、连续控制和手动控制等操作方式。

可以通过操作面板轻松选择工作方式。

当旋钮打向回原点时，系统自动回到左上角位置待命。

当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，并循环执行。

当旋钮打向手动时，需要按下每个工步按钮才能实现。

以下是设计机械手控制程序的步骤和方法。

文章无明显格式错误和有问题的段落，只需进行小幅度的改写。

2、机械手传送系统示意图如图1所示，其中包括操作面板。

3、回原点程序、手动单步操作程序和自动连续操作程序
构成操作系统，其原理接线图如图3所示。

4、回原位程序采用S10~S12作回零操作元件，需要注意
在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器M8043置1.
5、手动单步操作程序如图5所示，其中上升/下降、左移
/右移都有联锁和限位保护。

6、自动操作程序的状态转移如图6所示，其中各状态元
件只能使用一次，但它驱动的线圈可以使用多次，但两者不能出现在连续位置上。

7、机械手传送系统梯形图如图7所示，其中包括回原位
状态程序、手动单步操作程序和自动操作程序。

这三部分程序是操作系统的核心运行部分。

回原位程序和自动操作程序都使用步进顺序控制方式编程。

在每个步进顺序控制程序块的末尾，都以RET指令结束。

然而，两者之间也存在差异。

回原位程序无法自动返回初始状态
S1，而自动操作程序可以自动返回初始状态S2.
在状态软件界面中，有原位和运行中两种状态。

上行和下行灯为绿色时表示有效。

PLC与组态软件的连接使用设备目录下的DDE，然后从DDE中选择PLC。

PLC是XXX系列中的S7-200系列中的PPI方式。

运行程序的代码如下：
if(运行标志==1){
if(次数>=0&&次数<50){
下移信号=1;
机械手y=机械手y+2;
次数=次数+1;
if(次数>=50&&次数<70){
下移信号=0;
加紧信号=1;
左爪=左爪+1/21*5;
右爪=右爪-1/21*5;
次数=次数+1;
if(次数>=70&&次数<120){ 加紧信号=0;
上移信号=1;
机械手y=机械手y-2;
工件y=工件y-2;
次数=次数+1;
if(次数>=120&&次数<220){ 上移信号=0;
右移信号=1;
机械手x=机械手x+1;
工件x=工件x+1;
左爪=左爪+20/21;
右爪=右爪+20/21;
次数=次数+1;
if(次数>=220&&次数<270){ 右移信号=0;
下移信号=1;
机械手y=机械手y+2;
工件y=工件y+2;
次数=次数+1;
if(次数>=270&&次数<290){ 下移信号=0;
放松信号=1;
左爪=左爪-1/21*5;
右爪=右爪+1/21*5;
次数=次数+1;
if(次数>=290&&次数<340){ 放松信号=0;
上移信号=1;
机械手y=机械手y-2;
次数=次数+1;
if(次数>=340&&次数<440){ 上移信号=0;
左移信号=1;
机械手x=机械手x-1;
左爪=左爪-20/21;
右爪=右爪-20/21;
次数=次数+1;
if(次数==440){
左移信号=0;
次数=0;
工件x=0;
工件y=100;
本站点\左爪=0;
本站点\右爪=10/210*100;
if(停止标志==1){
停止标志=0;
运行标志=0;
操作面板包括手动、自动、单步、回复和半自动等模式。

上行和下行表示机器人的运动方向。

近年来，机械手在自动化领域应用越来越广泛。

机械手具有结构简单、造价低廉、维护方便、速度快等优点。

本系统通过应用西门子S7-200系列PLC控制气动机械手的运行。

这次实训让我更好地了解了PLC梯形图、指令表、外部接线图，也让我对PLC设计原理有了更深入的了解。

实际设计中有很多理念，需要找出最适合的设计方法。

通过这次实，我认识到实践的重要性。

在以后的研究过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力。

这次实让我更深入地理解了之前研究的理论知识，对自己的专业及其应用有了更进一步的认识。

同时，这次实也为我以后的工作提供了全面的认识。