摘要 ................................................................ 1 设计目的和要求 ...................................................
目的 ........................................................... 要求 ........................................................... 2 机械手的工艺和控制要求 ...........................................
设备概况 .......................................................
工艺介绍 ................................................... 面板操作 ................................................... 控制要求 .......................................................
液压系统油泵启动及停止 ..................... 错误!未指定书签。 机械手工作方式 .............................................. 系统保护和报警功能。 ........................................
3 PLC控制系统发设计方法。 ..........................................
确定输入输出 ................................................... 选着PLC的型号。 ............................................... 机械手设计框图： ............................................... 为PLC的输入输出编址 ........................................... 4 电气原理图设计 ...................................................
主电路设计 ...................................................... 输入电路 ........................................................ 输出电路 ........................................................ 绘图注意事项 .................................................... 5 PLC程序设计 ..................................... 错误!未定义书签。
主程序流程图 .................................................... 手动子程序 ..................................................... 回原点子程序流程图 .............................................. 单步流程图 ..................................................... 单周期流程图 ................................................... 自动流程图 ...................................................... 程序调试 ....................................................... 6 总结 ............................................................. 附录1 机械手电气原理图 附录2 机械手梯形图
摘要
机械手主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，动力来源于液压系统。在机械手控制选用PLC，其原因安全可靠。机械手控制分为手动、回原点、单步、单周期、自动五大部分。各个功能运用转换开关进行切换，切后按照以前步骤继续执行。通过PLC输出驱动中间继电器，接通电磁阀。首先运用AUTOCAD绘制实际工程电气接线图，在实验室运用实验模拟设备，进行编程模拟。
关键字：机械手 PLC 电气接线图 电磁阀 中间继电器
1 设计目的和要求
目的
（1）用PLC实现对机械手手、自动控制。
（2）用PLC设计具有多种操作方式的电控系统的程序结构。
（3）掌握一般控制系统操作方式切换时保持系统状态连续的程序设计思路和方法。
（4）自行设计手动、回原点、单步、单周期和自动五种工作方式下的控制程序。 要求
（1）绘制电气原理图时要符合国家标准。 （2）PLC配置及硬件接线正确。 （3）PLC程序要满足设计要求。 （4）编写规范可读性强。 （5）程序设计报告撰写规范。
2 机械手的工艺和控制要求
设备概况
机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或者装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设备为一般机械手，其动力来源于液压系统。
2.1.1 工艺介绍
机械手搬运工件动作示意图如下： 图 机械手搬运工件动作示意图
左上角为原点位置，工件按下降—>夹紧—>上升—>右行—>下降—>放松—>上升—>左行—>回原点为一个工作周期。上升/下降、左行/右行、夹紧/放松的动作均采用电磁阀控制液压系统实现，都工作顺序由行程开关和定时器进行控制。
2.1.2 面板操作
该系统的控制方式由操作面板的行程开关进行选择，设计时要求能够进行手动、自动操作方式控制功能。
控制要求
2.2.1液压系统油泵启动及停止
单按钮操作，按下油泵启/停按钮，油泵启动，在按下一次油泵停止。系统工作时卸荷阀得电升压，反之卸荷阀失电卸荷。 2.2.2机械手工作方式
机械手的操作方式分为手动、回原点、单步、单周期、自动五种工作方式，五种工作不仅能各自独立工作，还能按顺序实现他们之间的互相转换，转换过程中原状态保持，转换后按照新的工作方式进行。 （1）手动：
选择手动方式，按下手动按钮，结合限位开关，对各个动作进行单独控制。 如：按下机械手下降按钮，机械手下降，松开机械手按钮，机械手停止下降，或者到位后，机械手停止下降，机械手只能在左限位和有限位才能下降中间不可以下降。
（2）回原点： 选择回原点方式，按下原点按钮，机械手以最快及最安全的路径回到原点位置停止。如：若机械手未夹物体时，以最快路径回到原点位置；若机械手夹了物体必须搬运到B点，在回到原点位置。
（3）单步：
选择单步方式，按一次启动按钮，机械手动作一个工步后自动停止。 （4）单周期：
选择单周期方式，按启动按钮，机械手动作一个周期后自动停止；在动作过程中，按停止按钮，机械手立即停止，在按启动按钮，机械手继续动作，机械手继续动作，一个周期后自动停止。
（5）自动：
选择自动方式，按启动方式，机械手周而复始的动作；在动作过程中，按停止按钮，机械手不立即停止等到当前一个周期结束才停止。
2.2.3系统保护和报警功能。
该系统的动力装置为液压控制系统。液压系统要求具有滤油器堵、油温高声光报警，失压和油位低要求声光报警、立即卸荷和停油泵的保护功能故障报警后，按报警解除按钮，可解除报警信号。
3 PLC控制系统发设计方法。
确定输入输出
根据机械手的控制要求，确定输入的个数。在本控制中，共需要22个输入点，14个输出点。 选着PLC的型号。
在常用的PLC中，能那个满足这样的输入数点数的PLC有许多类型。为此在这里我们选择PLC224XP作为最佳型号；这样的PLC 我们熟悉他的编程和输入输出接线，以及他的扩展模块的使用。 机械手设计框图： 各种 传感 器输 入 按钮 开关 输入 为PLC的输入输出编址 PLC
图 机械手设计
驱动 中间 继电 器 接通电磁阀 为每个需要使用的输入输出功能I/O分配功能。以便在接线和绘图提供有力的地址一依据。其编址表如下图
PLC输入输出编址表 输入编址表 手动（转换开关） 回原点（转换开关） 单步（转换开关） 单周期（转换开关） 自动（转换开关） 转换开关启动停止按钮 油泵启/停按钮 输出编址 机械手上升（中间继电器） 机械手下降（中间继电器） 机械手夹紧（中间继电器） 机械手放松（中间继电器） 机械手左移（中间继电器） 机械手右移（中间继电器） 油泵电机（中间继电器） 上升按钮(手动) 下降按钮(手动) 左移按钮(手动) 右移按钮(手动) 夹紧按钮(手动) 放松按钮(手动) 报警解除按钮(手动) 上限位行程开关 下限位行程开关 左限位行程开关 右限位行程开关 液位低（液位传感器） 油泵卸荷阀（中间继电器） 液位低报警（指示灯） 滤油器堵报警（指示灯） 油温高报警（指示灯） 系统失压报警（指示灯） 油泵电机过载（指示灯） 报警蜂鸣器 系统失压（压力传感器） 图 PLC输入输出编址表 注释：由于编址表内没有原点指示灯的输出，在做实验时把作为原 点指示灯，为电机输出，其他与编址表相同。
4 电气原理图设计
在实际工程运用中必须有系统接线图，绘制电气原理图采用CAD绘图方法。
主要绘制主电路和控制电路。在每张图纸中最多只能有八个点。在绘制时主电路和控制电路分开。在控制电路中输入与输出分开。由于接线图和真实的接线图必须一一对应，所以在接线图的绘制中必须考虑实际的情况：如空开的使用，电机的接地保护等。 主电路设计
在附录XX为主电路电机的接线图。三相电源经过接线端子进入主电路部分。其中经过空开1，最后经过空开接触器热继电器为三相电机供电。其中另外一相到达附录XX为电源供电，其中一个为直流24V供电，最后为PLC供电。 输入电路
在附录十中有输入电路，由PLC内部42V电源供电。其输入的各个端子上最多只能接两根线，所以绘制接线端子应该注意到这一点。在每张图中最多只能有
八个点。从输入图中可以看出头转换开关输入按钮输入，和传感器输入信号输入。每个输入必须和端子表对应。且需注意PLC的输入输出端子必须和实际的PLC端子一一对应。 输出电路
在附录十中有输出电路，从输出图可以看出输出可以直接驱动灯和扬声器。在输出中可以看出输出驱动中间继电器。。有中间继器去接通电磁阀，，这样做有力于保护PLC。输出需外接24V电源。由电源部分共给 绘图注意事项
绘制电气原理图时应注意，从上到下，从左到右。绘制图时主电路为粗实线，且为绿色，控制电路为细实线，为白色。
5 PLC程序设计
由于机械手动作复杂，且要求还能互相之间进行切换。所以在设计程序时采取模块化思想。有主程序调用相应的模块。实现功能间的转化，在设计程序的过程中要求能够在模式切换后能够在继续进行上次的位置进行，所以在设计时我采用了存储器VW0来记忆机械手的其位置。VW0为全局变量所以在模式切换后不会被清零。
在主程序流程图中（如图），可以看出各种模式的切换是根据开关所处的位置来决定的。很据处位置所处的位置的不同调用不同的子程序。可以看出这种方法的思路简单。而且易于实现，避免了逻辑的复杂性。在在相应的模式里面加入限制条件这样就能够实现所需求的动作
在手动子程序里面（如图）在每一步的后面都给VW0赋不同的数值，在这里.给VW0 值并不影响自动的逻辑顺序。这是因为在各个模式切换时我必须知道机械手所处的位置，为以后模式的切换提供有力的条件。
在回原点流程图（图）从所有子程序可以看出，在VW0=1,或者VW0=0..时,机械手正处于原点位或者最下限位置。故机械手没有夹紧物体，最短回原点路径为，直接上升，碰到最上限开关后回原点。若VW0>1，可以看出是夹着物体像B点移动，或者正在向原点移动，所以跟单周期一样，直接调用单周期子程序即可实现。可以看出运用各个位置的记忆，对模式的切换有很大的帮助。且回原点显得最为简单。
从单步流程图（如图）中可以看出，每步的位置决定了下一步的走向。没按一次转换开关的启动按钮VW0自己增加一次，它的具体数决定下一步的走向。当回到原点否VW0自动清零。可以看出这样为各个模式的切换的通用性打下基础。
从单周期和自动流程图中（图）中，可以看出他们在程序的控制中是一样的，不一样的是在主程序对其条件进行了限制，故能实现不同功能。
主程序流程图
初始化 电机单按钮启动 转换开关单按钮启动 Y 手动按钮 N 回原点 N 单步 N 单周期 N Y Y 单周期子程 Y 单步子程序 Y 回原点子程 手动子程 自动 自动子程序
图 主程序流程图
手动子程序
开始 Y 下降按钮 N 夹紧按钮 N 上升按钮 N 右移按钮 N 下降按钮 N 放松按钮 N 上升按钮 N 左移按钮 N 结束回原点 下降阀通，碰下限位开关灭。VW0=1 Y 夹紧阀通 ，VW0=2 Y 上升阀通，碰上限位开关灭。VW0=3 Y 右阀通，碰碰限位开关灭。VW0=4 Y 下降阀通，碰下限位开关灭。VW0=5 Y 夹紧灭，放松通，VW0=6 Y 上升阀通，碰上限位开关灭。VW0=7 Y 左阀通，碰左限位开关灭VW0=0，回原点
图 手动子程序流程图
回原点子程序流程图
开始 Y VW<=1 N Y VW>1 N 结束 调用单周期 上电磁阀通，碰上限位开关后灭， 原点指示灯亮
图 回原点子程序流程图
单步流程图
开始 Y VW0==1 N VW0==2 N VW0==3 N VW0==4 N VW0==5 N NVW0==6 N VW0==7 N VW0==8 N 结束回原点 下降阀通，碰下限位开关灭 Y 夹紧阀通 Y 上升阀通，碰上限位开关灭 Y 右阀通，碰碰限位开关灭 Y 下降阀通，碰下限位开关灭 Y 夹紧灭，放松通 Y 按上升阀通，碰上限位开关灭 Y 左阀通，碰左限位开关灭。 VW0=0回原点
图 单步流程图
单周期流程图
开始 Y VW0==0 N VW0==2 N VW0==3 N VW0==4 N VW0==5 N VW0==6 N VW0==7 N VW0==8 N 结束回原点 下降阀通，碰下限位开关灭。VW0=2 Y 夹紧阀通 ，VW0=3 Y 上升阀通，碰上限位开关灭。VW0=4 Y 右阀通，碰碰限位开关灭。VW0=5 Y 下降阀通，碰下限位开关灭, VW0=6 Y 夹紧灭，放松通，按上升阀通， 碰上限位开关灭VW0=7 Y 左阀通，碰左限位开关灭。 VW0=0回原点 Y 左阀通，碰左限位开关灭。 VW0=0回原点
图 单周期流程图
自动流程图
自动流程图与单周期（图）几乎一样。其功能不同主要在于主程序对他们条件限制。
由他们的流程图可看出，运用记忆单元来记录各个位置可以看出，程序的繁琐性。但根据调试的结果可以看出运用记忆单元调试结果是最好的。是能够实现各个模块的转换，而且还能实现各个模块的功能。
程序调试
机械手控制逻辑比较复杂所以在程序调试时要将就技巧。应该先调节各个子程序，把每个子程序调试成功后在进行总体调节。
在手动调节时是非常轻松的，很快就调试成功。单步、单周期、和自动的调试也是非常的轻松。
调试的难点在回原点和各个模式间的相互转换。在程序设计时应该首先考虑如何回原点和模式转换的问题，因为这将影响到你设计成需的思路。我选择了记忆各个位置的算法，虽然程序显得比较繁琐，但却能实现各个功能，而且程序格式清晰。
具体程序请见程序附录XXX
6 总结
该机械手已经在生产实际中运用。用机械手搬运物体，显得效率的提高。在本次程序的设计中还有许多地方显得不足，如卸荷阀在程序中的具体应用没有体现出来。在电机和安全方面设计的还不够。自己主要设计机械手动作的逻辑顺序。 程序不够完善。
在本次设计中，我学会了运用CAD绘制电气接线图。对电气的操作规范有了深刻的认识。在程序设计中要总体设计程序思路。然后分块设计。在程序设计中我加强理解PLC基本指令的使用方法。对基本指令的具体运用有了深刻的概念。 在程序的调试阶段，体会到调试程序的重要性。在自己设计的程序一般来说都有许多逻辑错误如果不经过调试一般很难发现，如：输出的覆盖，上一句话线圈接通，而下一条指令却又把它关断，在如该复位的再下一个模式里没有复位。总之，会有许多问题。
经过这两周的实习，我对PLC的认识进一步加强。在设计接线图时，理解了硬件部分。在硬件中输入运用PLC的内部24V电源。在输出中运用外接24V电源驱动。这些问题如果不实际操作很难深刻认识。程序设计中，复习了各种指令的运用。加强；了自己的动手能力。我们应该多参加这样的训练。
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