機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC實(shí)現(xiàn)方法研究

PAGE16PAGEIII機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC實(shí)現(xiàn)方法研究摘要機(jī)械手是一種多功能機(jī)械，能自動(dòng)定位、控制和編程改變。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中占有重要地位。傳動(dòng)方式可采用液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電氣控制等方式。隨著傳感器技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展。氣動(dòng)技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)、廉價(jià)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)之一。本文的控制對(duì)象是由三個(gè)操縱器組成的一組操縱器。每個(gè)機(jī)械手完成八個(gè)基本動(dòng)作，三個(gè)機(jī)械手相互配合。機(jī)械手由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由電磁閥控制。限位開關(guān)檢測(cè)操縱器是否達(dá)到固定位置。本文以西門子S7-200系列CPU224為核心，對(duì)EM221數(shù)字輸入模塊和EM222繼電器輸出模塊進(jìn)行了擴(kuò)展。機(jī)械手的開關(guān)信號(hào)直接輸入PLC，PLC通過(guò)中間繼電器控制電磁閥。在軟件方面，設(shè)計(jì)了主程序和子程序。主程序控制操縱器組動(dòng)作，子程序控制每個(gè)操縱器動(dòng)作。關(guān)鍵詞：氣動(dòng)機(jī)械手；梯形圖；PLC

ABSTRACTRobotisakindofautomaticpositioningcontrolandreprogrammabletochangethemulti-functionmachines,industrialautomationproductionoccupiesanimportantposition.Drivecanbehydraulictransmission,pneumatictransmissioncanalsobeelectricalcontrolandothermethods.Withthedevelopmentofsensortechnology,pneumatictechnologyandcomputertechnology,thecontroltechnologybasedoncomputertechnologyhasdevelopedrapidly,amongwhichpneumatictechnologyhasbecomeoneofthehotspotsofresearch,whichiseconomical,cheapandsensitive.Thecontrolobjectofthispaperisarobotgroupconsistingofthreehandlingmanipulators.Eachmanipulatorcompleteseightbasicactions,andthreemanipulatorscooperatewitheachother.Therobotisdrivenbyacylinder,whichiscontrolledbyasolenoidvalve.Thelimitswitchdetectsiftherobotreachesafixedposition.Inthispaper,programmablelogiccontroller(PLC)selectsSiemensCPU(SIEMENS)S7-200seriesCPU224,andexpandstheEM221digitalinputmoduleandEM222relayoutputmodule.ThemanipulatoroftheswitchsignaldirectlyintothePLC,PLCrelaythroughthemiddleofthesolenoidvalvetobecontrolled.Insoftware,themainprogramandsubprogramaredesigned.Themainprogramcontrolrobotgroupaction,subroutinecontroleachrobotaction.Keywords:pneumaticmanipulator;ladderdiagram;

目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3.1機(jī)械手的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 11.3.2氣動(dòng)機(jī)械手概述 32設(shè)計(jì)方案 42.1機(jī)械手的設(shè)計(jì) 42.1.1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu) 42.1.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理 42.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群 52.2.1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu) 52.2.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理 62.3主要內(nèi)容及達(dá)到的目標(biāo) 63系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 83.1PLC的簡(jiǎn)介 83.1.1可編程控制器的概念 83.1.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 83.2輸入/輸出信號(hào) 93.3PLC的選型 113.4I/O地址分配 133.5PLC外部接線 153.6電氣控制原理 184軟件設(shè)計(jì) 204.1機(jī)械手1控制程序 204.2機(jī)械手2控制程序 224.3機(jī)械手3控制程序 254.4機(jī)械手群主程序 27結(jié)語(yǔ) 31參考文獻(xiàn) 32致謝 34附錄1PLC程序圖 35附錄2裝配圖 41PAGE171緒論1.1研究背景隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。機(jī)械手的誕生是基于生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進(jìn)。它是現(xiàn)代生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合形成的一項(xiàng)重要技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品加工精度，減少了危險(xiǎn)的手工生產(chǎn)，特別是在一些危險(xiǎn)行業(yè)，如化工生產(chǎn)中的有毒物質(zhì)，核電站的放射性物質(zhì)，易燃易爆的生產(chǎn)環(huán)境等。煙火等物品非常適合使用。使用操縱器進(jìn)行生產(chǎn)。在機(jī)械工業(yè)（鑄造、鍛造、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等）中也被廣泛使用，如在柔性生產(chǎn)線上使用氣動(dòng)機(jī)械手運(yùn)輸物料；在機(jī)械零件裝配線上，使用機(jī)械手抓取零件并與另一零件裝配。這些應(yīng)用大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)了安全生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)了現(xiàn)代生產(chǎn)趨勢(shì)，具有很強(qiáng)的生命力。1.2研究意義機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式有氣動(dòng)傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)。壓縮空氣作為氣動(dòng)技術(shù)的介質(zhì)，具有動(dòng)作快、穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。特別是在控制簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、無(wú)環(huán)境污染的情況下，氣動(dòng)技術(shù)往往是機(jī)械手的首選驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。與其它控制方法相比，氣動(dòng)機(jī)械手具有無(wú)污染、抗干擾、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率體積比高等特點(diǎn)。氣動(dòng)可編程控制器控制的機(jī)械手是現(xiàn)代機(jī)電自動(dòng)化生產(chǎn)線的重要輔助設(shè)備。它可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)方向的三維運(yùn)動(dòng)：上下、左右、展開。更適合批量生產(chǎn)和柔性制造的現(xiàn)代加工方法。它能按預(yù)定的程序和控制要求完成貨物、材料、機(jī)械部件的運(yùn)輸、裝卸、搬運(yùn)等操作，并能在需要時(shí)修改程序，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的改變。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1機(jī)械手的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀古代的機(jī)械手在古機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，最早研究機(jī)械手及其關(guān)節(jié)活動(dòng)等問(wèn)題的是我國(guó)古代機(jī)關(guān)人的制造者們。現(xiàn)代的機(jī)械手研究始于1950年，在這時(shí)計(jì)算機(jī)在人類的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中發(fā)揮著日益重要的作用，因此社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的需求量也不斷增加，這種大規(guī)模的需求又反過(guò)來(lái)推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，后來(lái)具備微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)和聽覺(jué)以及思考能力的機(jī)械手得到很大的發(fā)展。目前國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了觸覺(jué)和視覺(jué)機(jī)械手，它通過(guò)傳感器和中央處理器聯(lián)接，生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種狀況，它都能準(zhǔn)確地進(jìn)行傳導(dǎo)，從而可以使操作者能迅速全面地掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種情況，為自動(dòng)化生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支撐。美國(guó)是世界上第一個(gè)開展機(jī)械手研究和開發(fā)的國(guó)家。1958年，美國(guó)一家合資公司開發(fā)出世界上第一臺(tái)采用吸附手結(jié)構(gòu)的機(jī)械手，是一種生殖記憶操縱器。1962年，美國(guó)一家鑄造公司在上述機(jī)械手的基礎(chǔ)上，試圖生產(chǎn)一種模擬坦克炮塔運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的CNC模型機(jī)械手，驅(qū)動(dòng)裝置液壓驅(qū)動(dòng)，以磁鼓為操縱裝置的驅(qū)動(dòng)裝置。機(jī)械手在日本的生產(chǎn)和生活以及服務(wù)領(lǐng)域發(fā)展極快，應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，從事機(jī)械手研究的科研院所、高校和機(jī)械手的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量十分龐大，在日本機(jī)械手的產(chǎn)值可達(dá)上千億日元。在國(guó)外,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用和發(fā)展較快的主要是自動(dòng)化和數(shù)控機(jī)床、壓力機(jī)的上下料和焊接、噴漆以及裝配工序，通常具有一定的傳感功能，能夠隨著外部物理參數(shù)的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)和調(diào)整。隨著科技發(fā)展水平的日新月異，機(jī)械手的領(lǐng)域發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）總體性能，比如速度、精度和可靠性以及可維修性不斷提高，而單機(jī)價(jià)格卻不斷下降。（2）連桿模塊以重組的方式來(lái)建構(gòu)。（3）控制系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)化，聯(lián)網(wǎng)，高集成，開放的方向發(fā)展，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，可靠性大大提高，便于設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行設(shè)備維護(hù)和檢修。（4）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中已經(jīng)廣泛用于機(jī)械手的過(guò)程控制我國(guó)對(duì)機(jī)器人的研究開始1970年后，通過(guò)不斷地發(fā)展進(jìn)步，目前已基本掌握了機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造、靜力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真理論、機(jī)器人在實(shí)際過(guò)程中的軌跡規(guī)劃與實(shí)踐等，已經(jīng)能夠?qū)C(jī)器人的大部分元器件進(jìn)行生產(chǎn)和制造，生產(chǎn)的機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線以及其他生產(chǎn)制造業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中。不只是機(jī)器人公司，我國(guó)各級(jí)科研機(jī)關(guān)、高等院校也開展了各種用途機(jī)器人的研制工作，這其中有些產(chǎn)品比如采用液壓驅(qū)動(dòng)的多自由度多關(guān)節(jié)噴漆機(jī)器人以及弧焊機(jī)器人和伺服機(jī)械手是我國(guó)機(jī)器人研發(fā)的代表產(chǎn)品。雖然我國(guó)在機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了極大地進(jìn)步，但與世界先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和工程應(yīng)用的水平存在著比較大的差距，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：機(jī)器人的可靠性較低；機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域較窄，自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)比如遙控與局部自主控制、多傳感信息融合技術(shù)、裝配過(guò)程的自動(dòng)化和智能化等方面與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比有比較大的差距。就其原因，主要是我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)模式都是采取應(yīng)用戶需求、一種客戶一種設(shè)計(jì)的模式造成了機(jī)械手的規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低成本高、質(zhì)量也不穩(wěn)定，所以造成的結(jié)果是機(jī)器人無(wú)論在性能、品種等各個(gè)方面距離工業(yè)自動(dòng)化和智能化的要求還比較遠(yuǎn)，需要不斷的進(jìn)行發(fā)展和改進(jìn)。為了改變我國(guó)機(jī)器人在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中面臨的種種問(wèn)題，迫切需要對(duì)機(jī)器人行業(yè)進(jìn)行全面系統(tǒng)的規(guī)劃，使產(chǎn)品的品種更多，功能也日益完善，就會(huì)使機(jī)械手產(chǎn)生并且形成規(guī)?；?、通用化、模塊化設(shè)計(jì)的格局，在這一思路的指引下，我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在近期更上一層，其中智能機(jī)器人、特種機(jī)器人取得了相當(dāng)大的成果，在這其中我國(guó)研制的水下機(jī)器人尤其是水下無(wú)纜機(jī)器人已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。在機(jī)器人的基礎(chǔ)技術(shù)研究工作方面，我國(guó)也取得了不小的成績(jī)，這其中包括機(jī)器人視覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)的開發(fā)應(yīng)用以及基礎(chǔ)材料和零部件等，已經(jīng)初步形成能夠供系統(tǒng)配套的比較實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品。1.3.2氣動(dòng)機(jī)械手概述機(jī)械手最初用于汽車制造業(yè)，通常用于焊接、噴漆、裝卸和搬運(yùn)。機(jī)械手?jǐn)U大了人的手、腳和大腦的功能。在危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫、高熱的環(huán)境中工作，可以替代人類。它可以代替人完成繁重單調(diào)的重復(fù)性工作，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)是工業(yè)機(jī)械手最常用的驅(qū)動(dòng)方式之一。驅(qū)動(dòng)電機(jī)常用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速高，通常采用減速機(jī)構(gòu)（如諧波傳動(dòng)、RV擺線針輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和多桿機(jī)構(gòu)）。這種機(jī)械手具有控制精度高、驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)快、信號(hào)檢測(cè)、傳輸和處理方便等特點(diǎn)，可采用多種靈活的控制方案。但由于這種機(jī)械手價(jià)格昂貴，在某些場(chǎng)合的廣泛應(yīng)用受到限制。因此，人們開始尋求其他經(jīng)濟(jì)適用的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方法。隨著氣動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在滿足社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐需要的同時(shí)，氣動(dòng)設(shè)備的使用越來(lái)越受到重視，其性價(jià)比低、優(yōu)點(diǎn)多。氣動(dòng)機(jī)械手技術(shù)已成為滿足許多行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐要求的重要實(shí)用技術(shù)。

2設(shè)計(jì)方案2.1機(jī)械手的設(shè)計(jì)2.1.1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)機(jī)械手有很多種，但根據(jù)臂坐標(biāo)的類型，主要有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球面坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)和SCARA。本文中的機(jī)械手屬于柱坐標(biāo)型。如圖2.1所示，機(jī)械手主要由底座和臂兩部分組成。底座的主要任務(wù)是支撐和完成臂的旋轉(zhuǎn)。臂架安裝在底座上，沿直線上下移動(dòng)。手可以?shī)A緊/放松。機(jī)械手手部機(jī)械手手部機(jī)械手橫臂機(jī)械手立柱機(jī)械手基座圖2.1機(jī)械手原理圖本機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)。氣缸由電磁閥控制。驅(qū)動(dòng)部分有升降氣缸、擺動(dòng)氣缸和手部驅(qū)動(dòng)氣缸。2.1.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的工作原理機(jī)械手由氣壓驅(qū)動(dòng)。壓力為0.6兆帕，最大為1兆帕。操縱器有兩個(gè)線性運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，用于將原始工作臺(tái)上的對(duì)象移動(dòng)到左側(cè)工作臺(tái)。機(jī)械手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由電磁閥控制。整個(gè)機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)升降、左右旋轉(zhuǎn)、夾緊/放松等功能。它是目前比較簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的機(jī)械手。操作器的工作流程如圖2.2所示。開始開始下降抓緊上升左旋下降放松上升右旋結(jié)束原位圖2.2工作流程升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)升降缸、垂直導(dǎo)柱、滑動(dòng)導(dǎo)柱、垂直導(dǎo)軌和升降位置微動(dòng)開關(guān)配合完成的。起升行程為0-1500mm。旋轉(zhuǎn)由擺缸、軸向推力軸承、擺臂和擺位微動(dòng)開關(guān)協(xié)調(diào)。旋轉(zhuǎn)行程為0-180度。手在氣缸和彈簧的作用下夾緊，夾緊力通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓來(lái)調(diào)節(jié)。2.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群2.2.1氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群結(jié)構(gòu)本論文的控制對(duì)象是由三個(gè)機(jī)械手組成的機(jī)械手群。其結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。機(jī)械手1機(jī)械手1機(jī)械手2機(jī)械手3工作臺(tái)A工作臺(tái)B工作臺(tái)C紅外檢測(cè)紅外檢測(cè)紅外檢測(cè)圖2.3機(jī)械手群結(jié)構(gòu)三個(gè)機(jī)械手、三個(gè)工作臺(tái)和三個(gè)紅外探測(cè)器固定在一個(gè)大底座上。每個(gè)操縱器的手下方都有一個(gè)工作臺(tái)，用于放置對(duì)象。在每個(gè)機(jī)械手的底座和工作臺(tái)之間有一個(gè)紅外探測(cè)器，用來(lái)檢測(cè)工作臺(tái)上是否有任何東西。操縱器將項(xiàng)目從右工作臺(tái)移動(dòng)到左工作臺(tái)。2.2.2氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手群工作原理當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)，當(dāng)工作臺(tái)A上有項(xiàng)目時(shí)，操縱器1首先工作，完成八個(gè)基本操作（即A循環(huán)）后，將項(xiàng)目放在工作臺(tái)B上，操縱器2開始工作。完成同一個(gè)循環(huán)后，將物體放置在工作臺(tái)C上，機(jī)械手3開始工作，使三個(gè)機(jī)械手在系統(tǒng)工作完成后繼續(xù)循環(huán)，機(jī)器機(jī)械手1先完成一個(gè)循環(huán)，然后停止工作，然后機(jī)械手2和機(jī)械手3依次停止工作。2.3主要內(nèi)容及達(dá)到的目標(biāo)本文的主要內(nèi)容是以氣動(dòng)裝卸機(jī)械手為控制對(duì)象，以PLC為控制器，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)裝卸機(jī)械手組的自動(dòng)操作控制。本文的目標(biāo)是，當(dāng)系統(tǒng)工作開始時(shí)，機(jī)械手1首先工作，完成八個(gè)基本操作（即一個(gè)循環(huán)）后，機(jī)械手2開始工作，在同一個(gè)循環(huán)后，機(jī)械手3開始工作，使三個(gè)機(jī)械手繼續(xù)循環(huán)；當(dāng)系統(tǒng)工作結(jié)束時(shí)，機(jī)械手1首先完成一個(gè)循環(huán)，停止，然后操作器2。操縱器3也按順序停止工作。每個(gè)操縱器完成八個(gè)基本操作。步驟1：當(dāng)工作臺(tái)上有項(xiàng)目時(shí)，操縱器下降。第二步是機(jī)械手在最低位置抓取物體。第三步是操縱器將對(duì)象夾住。第四步是機(jī)械手用右手夾住物體180度。步驟5是操縱器將對(duì)象夾緊。步驟6是在最低級(jí)別釋放項(xiàng)目。步驟7操縱器上升。第八步是將操縱器向左旋轉(zhuǎn)180度并返回到其原始位置。本系統(tǒng)的控制方案為了實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)裝卸機(jī)械手組的自動(dòng)控制，系統(tǒng)采用PLC作為控制器。本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接與PLC相連。PLC通過(guò)中間繼電器控制電磁閥。系統(tǒng)框圖如圖2.4所示。右旋限位開關(guān)右旋限位開關(guān)停止按鈕啟動(dòng)按鈕物品檢測(cè)開關(guān)下降限位開關(guān)夾放檢測(cè)開關(guān)上升限位開關(guān)左旋限位開關(guān)PLC上升電磁閥夾放電磁閥右旋電磁閥左旋電磁閥選擇按鈕下降電磁閥繼電器繼電器繼電器繼電器繼電器圖2.4系統(tǒng)框圖

3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1PLC的簡(jiǎn)介3.1.1可編程控制器的概念可編程邏輯控制器（PLC）是PLC的簡(jiǎn)稱。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3章中將PLC定義為：“可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，專門設(shè)計(jì)用于工業(yè)環(huán)境。它使用可編程內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)和執(zhí)行其中的邏輯操作。順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和操作說(shuō)明。通過(guò)數(shù)字和模擬輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷跋嚓P(guān)設(shè)備應(yīng)易于使工業(yè)控制系統(tǒng)成為一個(gè)整體，便于擴(kuò)展其功能的設(shè)計(jì)原則?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜多樣，對(duì)控制的要求也各不相同。（1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)。（2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高。（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)。（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。（6）維修工作量小，維修方便。（7）體積小，能耗低。3.1.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域一開始，PLC的價(jià)格高于繼電器控制裝置，限制了其應(yīng)用。但近十年來(lái)，PLC的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。主要原因是：一方面，由于處理器芯片和相關(guān)元件的價(jià)格，PLC的成本降低了。另一方面，PLC的功能大大提高，可以解決復(fù)雜的計(jì)算和通信問(wèn)題。目前，PLC已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、礦山、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、紡織、環(huán)保、娛樂(lè)等國(guó)內(nèi)外行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通常分為以下五類：（1）順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是PLC應(yīng)用最合適的領(lǐng)域，它被用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)控制、自動(dòng)生產(chǎn)線控制等。如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、裝訂機(jī)械、包裝機(jī)械、剪紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、流水線、電鍍流水線、電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制目前，PLC廠家提供了單軸或多軸位置控制模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。在大多數(shù)情況下，PLC向模塊發(fā)送描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)。模塊的輸出將一個(gè)或多個(gè)軸移動(dòng)到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以保持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。相對(duì)而言，位置控制模塊比CNC設(shè)備更小、更便宜、更快、更容易操作。（3）過(guò)程控制PLC還可以控制大量的工藝參數(shù)，如溫度、流量、壓力、液位、速度等。PID模塊為PLC提供了閉環(huán)控制功能，即可采用具有PID控制能力的PLC進(jìn)行過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制變量偏離時(shí)，PID控制算法計(jì)算出正確的輸出，并將變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)控制在機(jī)械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)控制。（5）通信控制PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O、多個(gè)PLC之間以及PLC與其它智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。PLC與其它智能控制設(shè)備共同構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式控制系統(tǒng)。3.2輸入/輸出信號(hào)本控制系統(tǒng)有27個(gè)輸入開關(guān)量，分別為：系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)；系統(tǒng)停止按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的停止；選擇按鈕1個(gè)負(fù)責(zé)機(jī)械手自動(dòng)控制和檢測(cè)的切換；機(jī)械手的啟動(dòng)按鈕3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)每個(gè)機(jī)械手的啟動(dòng)；機(jī)械手的停止按鈕3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)時(shí)每個(gè)機(jī)械手的停止；物品檢測(cè)開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)工作臺(tái)上是否有物品；下降限位開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手到達(dá)最低位置；夾放檢測(cè)開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)機(jī)械手夾放物品的檢測(cè)；上升限位開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手到達(dá)最高位置；右旋限位開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手是否右旋轉(zhuǎn)180°；左旋限位開關(guān)3個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)機(jī)械手是否左旋轉(zhuǎn)180°；建立輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表3.1。表3.1輸入信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱電氣符號(hào)1總啟動(dòng)按鈕SB12總停止按鈕SB23自動(dòng)/手動(dòng)選擇按鈕SB34機(jī)械手1啟動(dòng)按鈕SB45機(jī)械手1停止按鈕SB56機(jī)械手2啟動(dòng)按鈕SB67機(jī)械手2停止按鈕SB78機(jī)械手3啟動(dòng)按鈕SB89機(jī)械手3停止按鈕SB910工作臺(tái)A物品檢測(cè)開關(guān)SQ111工作臺(tái)B物品檢測(cè)開關(guān)SQ212工作臺(tái)C物品檢測(cè)開關(guān)SQ3續(xù)表3.113機(jī)械手1下降限位開關(guān)SQ414機(jī)械手1夾緊檢測(cè)開關(guān)SQ515機(jī)械手1上升限位開關(guān)SQ616機(jī)械手1左旋限位開關(guān)SQ717機(jī)械手1右旋限位開關(guān)SQ818機(jī)械手2下降限位開關(guān)SQ919機(jī)械手2夾緊檢測(cè)開關(guān)SQ1020機(jī)械手2上升限位開關(guān)SQ1121機(jī)械手2左旋限位開關(guān)SQ1222機(jī)械手2右旋限位開關(guān)SQ1323機(jī)械手3下降限位開關(guān)SQ1424機(jī)械手3夾緊檢測(cè)開關(guān)SQ1525機(jī)械手3上升限位開關(guān)SQ1626機(jī)械手3左旋限位開關(guān)SQ1727機(jī)械手3右旋限位開關(guān)SQ18本控制系統(tǒng)由15個(gè)輸出電磁閥，分別為：機(jī)械手下降電磁閥3個(gè)負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的下降；機(jī)械手夾放電磁閥3個(gè)負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手夾放物品；機(jī)械手上升電磁閥3個(gè)負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的上升；機(jī)械手右旋電磁閥3個(gè)負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的右旋；機(jī)械手左旋電磁閥3個(gè)負(fù)責(zé)啟動(dòng)機(jī)械手的左旋。建立輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表3.2。表3.2輸出信號(hào)名稱與電氣符號(hào)表序號(hào)名稱電氣符號(hào)12機(jī)械手1下降電磁閥YV12機(jī)械手1夾放電磁閥YV23機(jī)械手1上升電磁閥YV3續(xù)表3.24機(jī)械手1左旋電磁閥YV45機(jī)械手1右旋電磁閥YV56機(jī)械手2下降電磁閥YV67機(jī)械手2夾放電磁閥YV788機(jī)械手2上升電磁閥YV89機(jī)械手2左旋電磁閥YV910機(jī)械手2右旋電磁閥YV1011機(jī)械手3下降電磁閥YV1112機(jī)械手3夾放電磁閥YV1213機(jī)械手3上升電磁閥YV1314機(jī)械手3左旋電磁閥YV1415機(jī)械手3右旋電磁閥YV153.3PLC的選型目前，世界上有200多家工廠生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品。最著名的PLC制造商是AB、GE、Mitsbishi、歐姆龍、西門子、法國(guó)的TE、韓國(guó)的Sumsung和LG。本文選用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-200PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC。S7-200系列PLC的許多功能達(dá)到了大中型PLC的水平，但其價(jià)格與小PLC相同。特別是S7-200CPU22*系列PLC，由于它有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，而且可以很容易地形成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、快速、通訊能力強(qiáng)，幾乎可以完成控制任務(wù)的任何功能。CPU22*系列PLC它有如下五種不同結(jié)構(gòu)的配置單元：（1）CPU221，它具有6輸入/4輸出，I/O共計(jì)10點(diǎn)，無(wú)擴(kuò)展能力；（2）CPU222，它具有8輸入/6輸出，I/O共計(jì)14點(diǎn)，并可以進(jìn)行一定的模擬量控制和2個(gè)模塊的擴(kuò)展；（3）CPU224，它具有14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，I/O點(diǎn)數(shù)共計(jì)24點(diǎn)，它有七個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘；（4）CPU226，它具有24輸入/16輸出，I/O共計(jì)40點(diǎn)，與CPU224相比，它增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)；（5）CPU226XM，這是西門子公司后推出的一種增強(qiáng)型主機(jī)，它在用戶程序存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和CPU226相同。當(dāng)CPU的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行I/O的擴(kuò)展。I/O擴(kuò)展包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。不同的CPU有不同的擴(kuò)展規(guī)范，它主要受CPU的功能限制。典型的數(shù)字量輸入/輸出擴(kuò)展模塊有：輸入擴(kuò)展模塊EM221有兩種：8點(diǎn)DC輸入、8點(diǎn)AC輸入。輸出擴(kuò)展模塊EM222有三種：8點(diǎn)DC晶體管輸出、8點(diǎn)AC輸出、8點(diǎn)繼電器輸出。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223有六種：分別為4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸出、4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）DC輸入/4點(diǎn)（8點(diǎn)、16點(diǎn)）繼電器輸出。本次設(shè)計(jì)中共27個(gè)輸入量，共15個(gè)輸出量，共計(jì)32點(diǎn)，因此選用了S7–200系列CPU224，CPU224具有14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，I/O點(diǎn)數(shù)共計(jì)24點(diǎn)，它可以有七個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用最多的S7–200產(chǎn)品。由于本系統(tǒng)的具有27點(diǎn)輸入/15點(diǎn)輸出，CPU224不能滿足本系統(tǒng)的要求，所以擴(kuò)展8點(diǎn)DC輸入EM221兩個(gè)，用于數(shù)字開關(guān)量的輸入，擴(kuò)展8點(diǎn)繼電器輸出EM222一個(gè)，用于繼電器的輸出。由CPU224、兩個(gè)EM221和一個(gè)EM222組成了PLC控制系統(tǒng)框圖如圖3.3所示。CPUCPU224EM221（1）EM221（2）EM222圖3.3控制系統(tǒng)框圖3.4I/O地址分配根據(jù)機(jī)械手的輸入信號(hào)為27個(gè)，輸出信號(hào)為15個(gè)，建立I/O地址分配表。建立輸入信號(hào)地址分配表如表3.3所示：表3.3輸入信號(hào)地址分配表序號(hào)名稱地址1SB1I0.02SB2I0.13SB3I0.24SB4I0.35SB5I0.46SB6I0.57SB7I0.38SB8I1.09SB9I1.110SQ1I0.711SQ2I1.212SQ3I1.313SQ4I2.014SQ5I2.115SQ6I2.216SQ7I2.317SQ8I2.418SQ9I2.519SQ10I2.620SQ11I2.721SQ12I3.0序表3.322SQ13I3.123SQ14I3.224SQ15I3.325SQ16I3.426SQ17I3.527SQ18I3.6建立輸出信號(hào)地址分配表如表3.4所示：表3.4輸出信號(hào)地址分配表序號(hào)名稱地址1KA1Q0.02KA2Q0.13KA3Q0.24KA4Q0.35KA5Q0.46KA6Q0.57KA7Q0.68KA8Q0.79KA9Q1.010KA10Q1.111KA11Q2.012KA12Q2.113KA13Q2.214KA14Q2.315KA15Q2.4建立通用輔助繼電器地址分配表如表3.5所示：表3.5通用輔助繼電器地址分配表序號(hào)名稱地址1自動(dòng)方式M0.02手動(dòng)方式M0.13機(jī)械手1動(dòng)作中M0.24機(jī)械手2動(dòng)作中M0.35機(jī)械手3動(dòng)作中M0.46系統(tǒng)停止M0.53.5PLC外部接線本系統(tǒng)的各模塊在I/O鏈中的位置排列方式如圖3.2所示。主機(jī)主機(jī)CPU224模塊1EM221DI8DC24V模塊2EM221DI8DC24V模塊2EM222DO8DC24V圖3.2各模塊鏈圖表3.6所列為其對(duì)應(yīng)的各模塊編址情況。表3.6各模塊編址主機(jī)I/OCPU224模塊1I/OEM221模塊2I/OEM221模塊3I/OEM222I0.0Q0.0I2.0I3.0Q2.0I0.1Q0.1I2.1I3.1Q2.1I0.2Q0.2I2.2I3.2Q2.2I0.3Q0.3I2.3I3.3Q2.3I0.4Q0.4I2.4I3.4Q2.4I0.5Q0.5I2.5I3.5Q2.5序表3.6I0.6Q0.6I2.6I3.6Q2.6I0.7Q0.7I2.7I3.7Q2.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5EM221（1）外部接線如圖3.3所示。圖3.3EM221（1）外部接線機(jī)械手1的下限位開關(guān)SQ4、機(jī)械手1的夾緊檢測(cè)開關(guān)SQ5、機(jī)械手1的上升限位開關(guān)SQ6和機(jī)械手1的左限位開關(guān)SQ7分別與擴(kuò)展模塊EM221（1）的I2.0-I2.3相連。機(jī)械手1右手限位開關(guān)SQ8、機(jī)械手2下限位開關(guān)SQ9、機(jī)械手2夾持檢測(cè)開關(guān)SQ10、機(jī)械手2上限位開關(guān)SQ11分別與擴(kuò)展模塊EM221（1）的I2.4-I2.7相連。EM221（2）外部接線如圖3.4所示。圖3.4EM221（2）外部接線機(jī)械手2個(gè)左手限位開關(guān)SQ12，機(jī)械手2個(gè)右手限位開關(guān)SQ13，機(jī)械手3個(gè)下降限位開關(guān)SQ14，機(jī)械手3個(gè)夾緊檢測(cè)開關(guān)SQ15，分別連接擴(kuò)展模式EM221（2）I3.0-I3.3。機(jī)械手3的上限位開關(guān)SQ16、機(jī)械手3的左限位開關(guān)SQ17、機(jī)械手2的右限位開關(guān)SQ18分別與擴(kuò)展模塊EM221（2）的I3.4-I3.6相連。EM222外部接線如圖3.5所示。圖3.5EM221（2）外部接線機(jī)械手3下降電磁閥的中間繼電器KA11、機(jī)械手3排出電磁閥的中間繼電器KA12、機(jī)械手3上升電磁閥的中間繼電器KA13和機(jī)械手3左手電磁閥的中間繼電器KA14分別連接在o擴(kuò)展模塊3EM222的Q2.0-Q2.3。操縱器3右電磁閥KA15繼電器，3EM222擴(kuò)展模塊Q2.4連接。CPU224外部接線如圖3.6所示。圖3.6CPU224外部接線總啟動(dòng)按鈕SB1，總停止按鈕SB2，自動(dòng)/手動(dòng)選擇按鈕SB3，機(jī)器人1啟動(dòng)按鈕SB4，機(jī)器人1停止按鈕SB5，機(jī)器人2啟動(dòng)按鈕SB6，機(jī)器人2停止按鈕SB7，工作臺(tái)AI0.0-I0.7，分別連接到CPU224。機(jī)器人3啟動(dòng)按鈕SB8，機(jī)器人3停止按鈕SB9，工作臺(tái)B項(xiàng)目檢測(cè)開關(guān)SQ2，工作臺(tái)C項(xiàng)目檢測(cè)開關(guān)SQ3，分別連接到CPU224I1.0-I1.3。機(jī)械手1下降電磁閥中間繼電器KA1、機(jī)械手1排出電磁閥中間繼電器KA2、機(jī)械手1上升電磁閥中間繼電器KA3、機(jī)械手1左手電磁閥中間繼電器KA4與Q0.0-分別為CPU224的Q0.3。機(jī)械手1右手電磁閥中間繼電器KA5、機(jī)械手2下降電磁閥KA6、機(jī)械手2排出電磁閥KA7分別與CPU224的Q0.4-Q0.6相連。機(jī)械手2上升電磁閥中間繼電器KA8、機(jī)械手2左電磁閥KA9、機(jī)械手2右電磁閥KA910分別與CPU224的Q0.7-Q1.1相連。3.6電氣控制原理操縱器1下降電磁閥連接KA1；操縱器1夾鉗放電電磁閥連接KA2；操縱器1上升電磁閥連接KA3；操縱器1左電磁閥連接KA4；操縱器1右電磁閥連接KA5；操縱器2下降電磁閥連接KA6；操縱器2夾鉗放電S電磁閥接KA7；操縱器2上升電磁閥接KA8；操縱器2左電磁閥接KA9；操縱器2右電磁旋轉(zhuǎn)電磁閥接KA10；操縱器3下降電磁閥接KA11；操縱器3夾持放電電磁閥接KA12；操縱器3上升電磁閥VALVE連接KA13；操縱器3左電磁閥連接KA14；操縱器3右電磁閥連接KA15；電氣連接圖如圖3.7所示。圖3.7電氣連接圖

4軟件設(shè)計(jì)4.1機(jī)械手1控制程序當(dāng)I2.2=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且Q0.2=0（上升電磁閥斷開）：且Q0.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；并且M0.2=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.1所示。圖4.1梯形圖當(dāng)Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q0.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.1=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.2所示。圖4.2梯形圖當(dāng)Q0.1=1（夾放電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合）；Q0.2=0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器T53啟動(dòng)定時(shí)。當(dāng)53=1（定時(shí)時(shí)間到）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合）；Q0.0=0（下降電磁閥斷開），則Q0.2=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.3所示。圖4.3梯形圖當(dāng)Q0.2=1（上升電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合）；I2.2=1（上升限位開關(guān)閉合），則Q0.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q0.4=0（右旋電磁閥斷開），則Q0.3=1（左旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.4所示。圖4.4梯形圖當(dāng)Q0.3=1（左旋電磁閥閉合）；且I2.2=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關(guān)閉合），則Q0.3=0（左旋電磁閥斷開）并且Q0.2=0（上升電磁閥斷開）則Q0.0=1（下降電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.5所示。圖4.5梯形圖當(dāng)Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q0.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.1=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.6所示。圖4.6梯形圖當(dāng)Q0.1=0（夾放電磁閥斷開）；且I2.3=1（左旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合）；Q0.2=0（上升電磁閥斷開），則定時(shí)器T54啟動(dòng)定時(shí)。當(dāng)T54=1（定時(shí)時(shí)間到）；且I2.3=1（左旋限位開關(guān)閉合）；且I2.0=1（下降限位開關(guān)閉合）；Q0.0=0（下降電磁閥斷開），則Q0.2=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.7所示。圖4.7梯形圖當(dāng)Q0.2=1（上升電磁閥閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關(guān)閉合）；I2.2=1（上升限位開關(guān)閉合），則Q0.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q0.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.4=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.7所示。圖4.8梯形圖當(dāng)Q0.4=1（右旋電磁閥閉合）；且I2.2=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關(guān)閉合），則Q0.4=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.2=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.9所示。圖4.9梯形圖4.2機(jī)械手2控制程序當(dāng)I2.7=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且Q0.7=0（上升電磁閥斷開）：且Q1.0=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；并且M0.3=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.10所示。圖4.10梯形圖當(dāng)Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且I2.5=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q0.5=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.6=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.11所示。圖4.11梯形圖當(dāng)Q0.6=1（卡箍放電電磁閥關(guān)閉）；I3.1=1（右側(cè)限位開關(guān)關(guān)閉）；I2.5=1（下降限位開關(guān)關(guān)閉）；Q0.7=0（上升電磁閥打開），計(jì)時(shí)器t55開始計(jì)時(shí)。當(dāng)55=1（定時(shí)時(shí)間）；I3.1=1（右手限位開關(guān)閉合）；I2.5=1（下限位開關(guān)閉合）；Q0.5=0（下電磁閥開啟），則Q0.7=1（上電磁閥關(guān)閉）。梯形圖如圖4.12所示。圖4.12梯形圖當(dāng)Q0.7=1（上電磁閥關(guān)閉）；I3.1=1（右限位開關(guān)關(guān)閉）；I2.7=1（上限位開關(guān)關(guān)閉），則Q0.7=0（上電磁閥打開）；Q1.1=0（右電磁閥打開），則Q1.0=1（左電磁閥關(guān)閉）。梯形圖如圖4.13所示。圖4.13梯形圖當(dāng)q1.0=1（左電磁閥關(guān)閉），i2.7=1（上限位開關(guān)關(guān)閉），i3.0=1（左限位開關(guān)關(guān)閉），q1.0=0（左電磁閥打開），q0.7=0（上電磁閥打開），q0.5=1（下電磁閥關(guān)閉）。梯形圖如圖4.14所示。圖4.14梯形圖當(dāng)Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；且I3.0=1（左旋限位開關(guān)閉合）；且I2.5=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q0.5=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.6=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.15所示。圖4.15梯形圖當(dāng)Q0.6=0（卡箍放電電磁閥斷開）；I3.0=1（左轉(zhuǎn)限位開關(guān)閉合）；I2.5=1（下降限位開關(guān)閉合）；Q0.7=0（上升電磁閥斷開）時(shí)，計(jì)時(shí)器t56開始計(jì)時(shí)。T56=1（定時(shí)時(shí)間）；i3.0=1（左限位開關(guān)閉合）；i2.5=1（下降限位開關(guān)閉合）；q0.5=0（下降電磁閥斷開），q0.7=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.16所示。圖4.16梯形圖當(dāng)Q0.7=1（上升電磁閥閉合）；且I3.0=1（左旋限位開關(guān)閉合）；I2.7=1（上升限位開關(guān)閉合），則Q0.7=0（上升電磁閥斷開），并且Q1.0=0（左旋電磁閥斷開），則Q1.1=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.17所示。圖4.17梯形圖當(dāng)Q1.1=1（右旋電磁閥閉合）；且I2.7=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關(guān)閉合），則Q1.1=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.3=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.18所示。圖4.18梯形圖4.3機(jī)械手3控制程序當(dāng)I3.4=1（上限位開關(guān)閉合），I3.6=1（右限位開關(guān)閉合），q2.2=0（上電磁閥斷開）：和q2.3=0（左電磁閥斷開），則q2.0=1（下電磁閥閉合）；和m0.4=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.19所示。圖4.19梯形圖當(dāng)Q2.0=1（下降電磁閥閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關(guān)閉合）；且I3.2=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q2.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q2.1=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.12所示。圖4.20梯形圖當(dāng)Q2.1=1（卡箍放電電磁閥關(guān)閉）；I3.6=1（右限位開關(guān)關(guān)閉）；I3.2=1（下降限位開關(guān)關(guān)閉）；Q2.2=0（上升電磁閥打開），計(jì)時(shí)器t57開始計(jì)時(shí)。當(dāng)t57=1（定時(shí)時(shí)間到），i3.6=1（右手限位開關(guān)關(guān)閉），i2.2=1（下限位開關(guān)關(guān)閉）；q2.0=0（下電磁閥打開），則q2.2=1（上電磁閥關(guān)閉）。梯形圖如圖4.21所示。圖4.21梯形圖當(dāng)Q2.2=1（上升電磁閥閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關(guān)閉合）；I3.4=1（上升限位開關(guān)閉合），則Q2.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q2.4=0（右旋電磁閥斷開），則Q2.3=1（左旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.22所示。圖4.22梯形圖當(dāng)Q2.3=1（左旋電磁閥閉合）；且I3.4=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關(guān)閉合），則Q2.3=0（左旋電磁閥斷開）并且Q2.2=0（上升電磁閥斷開）則Q2.0=1（下降電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.23所示。圖4.23梯形圖當(dāng)Q2.0=1（下降電磁閥閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關(guān)閉合）；且I3.2=1（下降限位開關(guān)閉合），則Q2.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q2.1=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.24所示。圖4.24梯形圖當(dāng)q2.1=0（卡箍放電電磁閥斷開）；i3.5=1（左轉(zhuǎn)限位開關(guān)閉合）；i3.2=1（下降限位開關(guān)閉合）；q2.2=0（上升電磁閥斷開）時(shí)，定時(shí)器t58開始計(jì)時(shí)。當(dāng)t58=1（定時(shí)時(shí)間到），i3.5=1（左限位開關(guān)關(guān)閉），i3.2=1（下降限位開關(guān)關(guān)閉）；q2.0=0（下降電磁閥打開），則q2.2=1（上升電磁閥關(guān)閉）。梯形圖如圖4.25所示。圖4.24梯形圖當(dāng)Q2.2=1（上升電磁閥閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關(guān)閉合）；I3.4=1（上升限位開關(guān)閉合），則Q2.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q2.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q2.4=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.26所示。圖4.26梯形圖當(dāng)Q2.4=1（右旋電磁閥閉合）；且I3.7=1（上升限位開關(guān)閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關(guān)閉合），則Q2.4=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.4=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.27所示。圖4.27梯形圖4.4機(jī)械手群主程序當(dāng)I0.0=1（總啟動(dòng)按鈕閉合）；且I0.2=1（手動(dòng)/自動(dòng)按鈕閉合）；且M0.5=0（系統(tǒng)停止輔助繼電器），M0.0=1（機(jī)械手群自動(dòng)方式輔助繼電器）。梯形圖如圖4.28所示。圖4.28梯形圖當(dāng)，I0.1=1（總停止按鈕閉合）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.2=0（工作臺(tái)A物品檢測(cè)開關(guān)閉合）；且I1.3=0（工作臺(tái)B物品檢測(cè)開關(guān)閉合）。則M0.5=1（系統(tǒng)停止輔助繼電器）。梯形圖如圖4.29所示。圖4.29梯形圖當(dāng)M0.0=1（機(jī)械手群自動(dòng)方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I0.7=1（工作臺(tái)A物品檢測(cè)開關(guān)閉合）；且I1.2=0（工作臺(tái)B物品檢測(cè)開關(guān)斷開）；且I1.3=0（工作臺(tái)C物品檢測(cè)開關(guān)斷開）。啟動(dòng)定時(shí)器T60定時(shí)。當(dāng)T60=1（定時(shí)時(shí)間到）調(diào)用機(jī)械手1控制程序。梯形圖如圖4.30所示。圖4.30梯形圖當(dāng)M0.0=1（機(jī)械手群自動(dòng)方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.2=1（工作臺(tái)B物品檢測(cè)開關(guān)閉合）。啟動(dòng)定時(shí)器T61定時(shí)。當(dāng)T61=1（定時(shí)時(shí)間到），調(diào)用機(jī)械手2控制程序。梯形圖如圖4.31所示。圖4.31梯形圖當(dāng)M0.0=1（機(jī)械手群自動(dòng)方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.3=1（工作臺(tái)C物品檢測(cè)開關(guān)閉合）。啟動(dòng)定時(shí)器T62定時(shí)。當(dāng)T62=1（定時(shí)時(shí)間到），調(diào)用機(jī)械手3控制程序。梯形圖如圖4.32所示。圖4.32梯形圖當(dāng)I0.0=1（總啟動(dòng)按鈕閉合）；且I0.2=0（手動(dòng)/自動(dòng)按鈕斷開）；且M0.5=0（系統(tǒng)停止輔助繼電器），M0.1=1（機(jī)械手群手動(dòng)方式輔助繼電器）。梯形圖如圖4.33所示。圖4.33梯形圖當(dāng)M0.1=1（機(jī)械手群手動(dòng)方式輔助繼電器）；I0.3=1（機(jī)械手1啟動(dòng)按鈕閉合）；且I0.4=0（機(jī)械手1停止斷開），則調(diào)用機(jī)械手1控制程序。梯形圖如圖4.34所示。圖4.34梯形圖當(dāng)M0.1=1（機(jī)械手群手動(dòng)方式輔助繼電器）；I0.5=1（機(jī)械手2啟動(dòng)按鈕閉合）；且I0.6=0（機(jī)械手2停止斷開），則調(diào)用機(jī)械手2控制程序。梯形圖如圖4.35所示。圖4.35梯形圖當(dāng)M0.1=1（機(jī)械手群手動(dòng)方式輔助繼電器）；I1.0=1（機(jī)械手2啟動(dòng)按鈕閉合）；且I1.1=0（機(jī)械手2停止斷開），則調(diào)用機(jī)械手3控制程序。梯形圖如圖4.36所示。圖4.36梯形圖機(jī)械手總啟動(dòng)按鈕合總停止按鈕同時(shí)按下，PLC轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械手1啟動(dòng)按鈕合停止按鈕同時(shí)按下，PLC轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械手2啟動(dòng)按鈕合停止按鈕同時(shí)按下，PLC轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)。機(jī)械手3啟動(dòng)按鈕合停止按鈕同時(shí)按下，PLC轉(zhuǎn)為停止?fàn)顟B(tài)。梯形圖如圖4.37所示。圖4.37梯形圖

結(jié)語(yǔ)本文介紹了PLC的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)、基本組成和工作原理。在簡(jiǎn)要介紹工業(yè)機(jī)械手的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了基于PLC的機(jī)械手群控系統(tǒng)的組成。設(shè)計(jì)基本滿足設(shè)計(jì)要求。本文的結(jié)論如下：（1）本文中的氣動(dòng)機(jī)械手是由氣壓驅(qū)動(dòng)的。該氣動(dòng)機(jī)械手具有節(jié)能、無(wú)污染、高效、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。（2）以PLC為控制器，對(duì)機(jī)械手組的控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。（3）完成電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC的外部接線。（4）所有程序均采用模塊化設(shè)計(jì)思想，不僅結(jié)構(gòu)清晰，而且易于檢查和修改。程序采用梯形圖編寫，簡(jiǎn)單易懂。（5）通過(guò)PLC的控制