基于PLC的機械手控制系統設計畢業設計(論文)word格式

摘 要

隨著工業自動化的普及和發展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械

手的應用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫藥等

領域的生產流水線或貨物裝卸調運, 可以更好地節約能源和提高運

輸設備或產品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現代

經濟發展的要求。

本機械手的機械結構主要包括兩臺電機M1、M2，分別控制傳送帶A

和傳送帶B的運轉，傳送物體；電機M3、M4分別控制機械手的上升

下降和左移右移（M3正轉機械手上升，反轉機械手下降；M4正轉機

械手右移，反轉機械手左移）；壓力繼電器控制機械手的抓緊和放松；

光電開關檢測物體的到來。行程開關(SQ1---SQ4)產生的通斷信號傳

輸到PLC控制器，通過PLC內部程序輸出不同的信號，從而驅動外部

接觸器線圈來控制電動機產生不同的動作，可實現機械手的搬運；其

動作過程包括：原位、下降、上升、右移、下降、上升、左移。

關鍵詞： 西門子S7-200 機械手 行程開關

目錄

摘要 ……………………………………………………………1

目錄 ……………………………………………………………2

第1章：概述 ……………………………………………………3

1.1 搬運機械手的應用 ………………………………………3

1.2 機械手的發展趨勢 ………………………………………3

第2章：搬運機械手的硬件設計 …………………………………5

2.1搬運機械手的電機正反轉主電路 …………………………5

2.2搬運機械手的控制工藝要求 ……………………………5

第3章：搬運機械手的軟件設計 ………………………………6

3.1搬運機械手的控制過程 ……………………………………6

3.2 搬運機械手工作邏輯圖 ……………………………………6

3.3 PLC I/O地址分配表和I/O接線圖 ………………………6

3.4 PLC 的選型…………………………………………………6

3.5 PLC 梯形圖 …………………………………………………6

第4章：軟硬件調試 ……………………………………………7

心得體會 …………………………………………………………9

參考文獻 …………………………………………………………10

第1章 概述

1.1 搬運機械手的應用

在現代工業中，生產過程的機械化、自動化已成為突出的主題。

在機械工業中，加工、裝配等生產是不連續的。專用機床是大批量生

產自動化的有效辦法，程控機床、數控機床、加工中心等自動化機械

是有效解決多品種小批量生產自動化的重要辦法。但除切削加工本身

外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業，有待于進一步實現機械化。

據資料介紹，美國生產的全部工業零件中，有75％是小批量生產；金

屬加工生產批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機床上加工

的時間僅占零件生產時間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運等工序

機械化的迫切性，工業機械手就是為實現這些工序的自動化而產生

的。機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品

種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。

1.2 機械手的發展趨勢

目前國內工業機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面，

數量、品種、性能方面都不能滿足工業生產發展的需要。因此，國內

主要是逐步擴大機械手應用范圍，重點發展鑄鍛、熱處理方面的機械

手，以減輕勞動強度，改善作業條件。在應用專用機械手的同時，相

應地發展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制

機械手和組合式機械手等。

將機械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構，

以及適于不同類型的夾緊機構，設計成典型的通用機構，以便根據不

同的作業要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機械

手。既便于設計制造，又便于改換工作，擴大了應用的范圍。同時要

提高精度，減少沖擊，定位精確，以更好地發揮機械手的作用。此外

還應大力研究伺服型、記憶再現型，以及具有觸覺、視覺等性能地機

械手，并考慮于計算機聯用，逐步成為整個機械制造系統中的一個基

本單元。

在國外機械制造業中，工業機械手應用較多，發展較快。目前主

要用于機床、模鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業中，它可

按照事先制定的作業程序完成規定的操作，但是還不具備任何傳感反

饋能力，不能應付外界的變化。如發生某些偏離時，就將引起零部件

甚至機械手本身的損壞。為此，國外機械手的發展趨勢是大力研制具

有某些智能的機械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的

變化，做出相應的變更。如位置發生稍些偏差時，即能更正，并自行

檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。

限于當時的元器件條件及計算機發展水平，早期的PLC主要由分

立元件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、

計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可

編程控制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真

正具有計算機特征的工業控制裝置。

依據得到的樣本分析，初步得出正在使用的眾多PLC的品牌中 ，

西門子、三菱及omron占據絕對的優勢，60%左右的用戶使用了這些

品牌的PLC產品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相

當的市場份額。

第2章 搬運機械手的硬件設計

2.1搬運機械手的電機正反轉主電路

自動控制是生產機械電氣化自動中應用最多和作用原理最簡單的一

種形式，在位置控制的電氣自動裝置線路中，由行程開關或終端開關

的動作發出信號來控制電動機的工作狀態。若在預定的位置電動機需

要停止，則將行程開關的常閉觸點串接在相應的控制電路中，這樣在

機械裝置運動到預定位置時行程開關動作，常閉觸點斷開相應的控制

電路，電動機停轉，機械運動也停止。若需停止后立即反向運動，則

應將此行程開關的常開觸點并接在另一控制回路中的啟動按鈕處，這

樣在行程開關動作時，常閉觸點斷開了正向運動控制的電路，同時常

開觸點又接通了反向運動的控制電路。搬運機械手的主電路如圖2-1.

圖2-1搬運機械手的主電路

2.1搬運機械手的控制工藝要求

見 后續圖紙 第1頁

第3章 搬運機械手的軟件設計

3.1搬運機械手的控制過程

如 后續圖紙 第1頁和第2頁所示：A、B兩個傳送帶分別由兩臺

電機M1、M2來驅動；光電開關PS用以檢測物體的都來；當光電開關

檢測到物體時，傳送帶A停止（即電機M1斷電 接觸器KM1斷開），

同時機械手開始下降（KM4吸合）；當工件碰到下降極限SQ1時下降

到位停止下降，啟動壓力繼電器機械手開始抓物體；當機械手抓緊物

體時，壓力繼電器常開觸點閉合，機械手上升（KM3吸合）；當工件

碰到上升極限SQ2時上升到位停止上升，同時機械手右移(KM6);當工

件碰到右移極限SQ3時右移到位停止右移，機械手開始下降（KM4吸

合）；當工件碰到下降極限SQ1時下降到位停止下降，機械手開始放

松同時啟動時間繼電器T38；當延時2秒后機械手放松完畢，上升（KM

吸合）；當工件碰到上升極限SQ2時上升到位停止上升，啟動左移（KM5

吸合）；當工件碰到左移極限SQ4時左移到位停止左移（原位）

3.2 搬運機械手工作邏輯圖

見 后續圖紙 第3頁

3.3 PLC I/O地址分配表和I/O接線圖

見 后續圖紙 第2頁

3.4 PLC 的選型

根據I/O點的分配要求本設計PLC采用S7-200 CPU226型

3.5 PLC 梯形圖

后續圖（1）搬運機械手的PLC 梯形圖

所用元器件一覽表如表1-1

表1-1

元件名稱 數量

PLC(S7-200 CPU 226) 1臺

電機 4臺

接觸器 6個

壓力繼電器 1個

光電開關 1個

按鈕 2個

導線 若干

第4章：件調軟硬試

PLC的工作原理

一. 掃描技術

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、

用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描

周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述

三個階段。

(一) 輸入采樣階段

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數

據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，

轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態

和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。

因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描

周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

(二) 用戶程序執行階段

在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用

戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊

的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸

點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該

邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在

I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的

特殊功能指令。

即在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和

數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM

存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，

其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖

起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數

據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

(三) 輸出刷新階段

當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，

CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，

再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

心得體會

通過此次設計，一方面讓我認識到自己的不足，發現了學習中的錯

誤之處；另一方面又積累豐富的知識，吸取別人好的方法和經驗，增

強對復雜問題的解決能力，摸索出一套解決綜合問題的方法，為自己

以后的工作和學習打下堅實的基礎。再一方面也加強了我和老師的交

流，認識到知識的淵博度。

經過這次的努力，使我順利的完成了課程設計。這份課程設計既是對

過去三年所學知識的總結，又是自己知識的積累，也大大加深了對PLC

技術的了解。

課程設計中既動腦、，又動手，是一個理論與實際結合的過程。僅僅

有理論是不夠的，更重要的是實際的，是我們所設計的實物，具有設

計合理，經濟實用的優點。這就需要我們設計者考慮問題是要仔細、

周密，不能有絲毫的大意。對設計方案的優越化，也需要我們綜合各

方面的因素考慮，尤其是實際。再次像教育指導我的老師及同學表示

誠摯的感謝！

鑒于本人所學知識有限，經驗不足，又是初次研究這種復雜的設計，

在此過程中難免存在一些錯誤和不足之處，懇請各位老師給予批評和

指正。

參考文獻

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