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1、任务十三 气动机械手控制系统编程与实现 任务十三任务十三 气动机械手控制系统编程与实现气动机械手控制系统编程与实现PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现PLCPLC控制系统编程与实现控制系统编程与实现 程序控制类指令对合理安排程序的结构，提高程序功能以实现某些技程序控制类指令对合理安排程序的结构，提高程序功能以实现某些技巧性运算具有重要的意义。巧性运算具有重要的意义。程序控制类指令程序控制类指令包括跳转指令、循环指令、顺包括跳转指令、循环指令、顺序控制继电器指令、子程序指令、结束及暂停指令、看门狗指令，主要用序控制继电器指令、子程序指令
2、、结束及暂停指令、看门狗指令，主要用于程序执行流程的控制。对一个扫描周期而言，于程序执行流程的控制。对一个扫描周期而言，跳转指令跳转指令可以使程序出现可以使程序出现跨越以实现程序的选择；跨越以实现程序的选择；子程序指令子程序指令可调用某段子程序，使主程序结构简可调用某段子程序，使主程序结构简单清晰，减少扫描时间；单清晰，减少扫描时间；循环指令循环指令可多次重复执行指定的程序段；顺序控可多次重复执行指定的程序段；顺序控制继电器指令把程序分成若干个段以实现步进控制；暂停指令可使制继电器指令把程序分成若干个段以实现步进控制；暂停指令可使CPUCPU的的工作方式发生变化。工作方式发生变化。 三三.相关
3、知识相关知识 跳转指令的功能跳转指令的功能是根据不同的逻辑条件，有选择地执行不同的程序。是根据不同的逻辑条件，有选择地执行不同的程序。利用跳转指令，可以使程序结构更加灵活，减少扫描时间，从而加快系统利用跳转指令，可以使程序结构更加灵活，减少扫描时间，从而加快系统的响应速度。的响应速度。 执行跳转指令需要用两条指令配合使用，执行跳转指令需要用两条指令配合使用，跳转开始指令跳转开始指令JMPnJMPn和和跳转标号跳转标号指令指令LBLnLBLn，其中，其中n n是标号地址，是标号地址，n n的取值范围为的取值范围为0 0255255的字型类型。的字型类型。 三三.相关知识相关知识 由于跳转指令具有
4、选择程序段的功能，由于跳转指令具有选择程序段的功能，在同一程序且位于因跳转而在同一程序且位于因跳转而不会被同时执行的两段程序中的同一线圈不被视为双线圈不会被同时执行的两段程序中的同一线圈不被视为双线圈，双线圈双线圈指在同指在同一程序中，出现对同一线圈的不同逻辑处理现象，这在编程中是不允许一程序中，出现对同一线圈的不同逻辑处理现象，这在编程中是不允许的。的。 跳转指令跳转指令JMPJMP和和LBLLBL必须配合应用在同一程序块中必须配合应用在同一程序块中，即令，即令JMPJMP和和LBLLBL可可同时出现在主程序中，或者同时出现在子程序中，或者同时出现在中断程同时出现在主程序中，或者同时出现在子
5、程序中，或者同时出现在中断程序中。不允许从主程序中跳转到子程序或中断程序，也不允许从某个子程序中。不允许从主程序中跳转到子程序或中断程序，也不允许从某个子程序或中断程序跳转到主程序或其他的子程序或中断程序中。序或中断程序跳转到主程序或其他的子程序或中断程序中。 在跳转条件中引入在跳转条件中引入上升沿或下降沿脉冲指令上升沿或下降沿脉冲指令时，跳转只执行时，跳转只执行一个扫一个扫描周期描周期，但若用特殊辅助继电器，但若用特殊辅助继电器SM0.0SM0.0作为跳转指令的工作条件，跳转就成作为跳转指令的工作条件，跳转就成为为无条件跳转无条件跳转。 在梯形图中，在梯形图中，JMP n以以线圈线圈形式编程
6、，形式编程，LBL n以以功能框功能框形式编程。形式编程。 三三.相关知识相关知识 在控制系统中经常遇到对某项任务需要重复执行若干次的情况，这时可在控制系统中经常遇到对某项任务需要重复执行若干次的情况，这时可 使用循环指令。使用循环指令。循环指令循环指令由循环开始指令由循环开始指令FORFOR和循环结束指令和循环结束指令NEXTNEXT组成。组成。驱动驱动 FOR FOR指令的逻辑条件满足时，反复执行指令的逻辑条件满足时，反复执行FORFOR与与NEXTNEXT之间的程序段。之间的程序段。 循环开始指令循环开始指令FORFOR的功能是标记循环体的开始，在梯形图中是以功能框的的功能是标记循环体的
7、开始，在梯形图中是以功能框的 形式编程，名称为形式编程，名称为FORFOR，如图，如图4-194-19所示，它有所示，它有3 3个输入端，分别是个输入端，分别是INDXINDX（当前（当前 循环计数）、循环计数）、INITINIT（循环初值）、（循环初值）、FINALFINAL（循环终值），它们的数据类型均为（循环终值），它们的数据类型均为 整数。循环结束指令整数。循环结束指令NEXTNEXT的功能是标记循环体的结束，在梯形图中是以线圈的功能是标记循环体的结束，在梯形图中是以线圈 的形式编程。的形式编程。 FORFOR和和NEXTNEXT必须成对使用必须成对使用，在，在FORFOR和和NEXT
8、NEXT之间之间 构成循环体。当允许输入构成循环体。当允许输入ENEN有效有效时，执行循环体，时，执行循环体， INDXINDX从从1 1开始计数开始计数。每执行。每执行1 1次循环体，次循环体，INDXINDX自动加自动加 1 1，并且与终值相比较，并且与终值相比较，如果如果INDXINDX大于大于FINALFINAL，循环，循环 结束结束。 图图4-19 FOR4-19 FOR梯形图符号梯形图符号 在语句表中，在语句表中，循环指令的指令格式循环指令的指令格式为：为：FOR INDXFOR INDX，INITINIT，FINAL NEXTFINAL NEXT。 假设假设INITINIT是是1
9、 1，FINALFINAL是是5 5，每次执行，每次执行FORFOR与与NEXTNEXT之间的指令后，之间的指令后，INDXINDX和和 NEXT NEXT之间的指令被执行之间的指令被执行5 5次。次。 三三.相关知识相关知识 三三.相关知识相关知识 图图4-20 4-20 例例1 1题图题图 三三.相关知识相关知识 三三.相关知识相关知识图图4-21 4-21 并行分支功能流程图与对应梯形图并行分支功能流程图与对应梯形图 三三.相关知识相关知识图图4-21 4-21 并行分支功能流程图与对应梯形图并行分支功能流程图与对应梯形图 利用利用子程序调用指令子程序调用指令，设计编写气动机械手的，设计
10、编写气动机械手的PLCPLC顺序控制程序顺序控制程序 ，控制要求，控制要求如下：如下： 图图4-224-22（a a）是某气动机械手的工作示意图，该机械手的任务是将工件从工是某气动机械手的工作示意图，该机械手的任务是将工件从工作台作台A A搬往工作台搬往工作台B B。 四、任务分析四、任务分析 （a a）气动机械手的工作示意图）气动机械手的工作示意图 （b b）系统结构示意图）系统结构示意图图图4-22 4-22 气动机械手的工作示意图和系统结构示意图气动机械手的工作示意图和系统结构示意图 1、机械结构、机械结构 在图在图4-224-22（a a）中，机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动。
11、它的）中，机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动。它的上上升升/ /下降和左移下降和左移/ /右移右移均采用均采用双线圈双线圈三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀三位电磁阀推动液压缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持当前的机械动作，直到相反动作的线圈通电为止。例如线圈通电，就一直保持当前的机械动作，直到相反动作的线圈通电为止。例如当下降电磁阀线圈通电后，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持当前的下降当下降电磁阀线圈通电后，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持当前的下降动作状态，直到上升电磁阀线圈通电为止。机械手的动作状态，直到上升电磁阀线圈通电为止。机械手的夹紧夹紧/ /放松放松采用采用单
12、线圈单线圈二位二位电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行夹紧工作，线圈断电时执行放松动电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行夹紧工作，线圈断电时执行放松动作。作。 为了使动作准确，机械手上安装了限位开关为了使动作准确，机械手上安装了限位开关SQ1SQ1、SQ2SQ2、SQ3SQ3、SQ4SQ4，分别对，分别对机械手进行机械手进行下降、上升、右行、左行下降、上升、右行、左行等动作的限位，并给出了动作到位的信等动作的限位，并给出了动作到位的信号。另外，还安装了号。另外，还安装了光电开关光电开关SPSP, ,负责监测工作台负责监测工作台B B上的工件是否已移走，从而上的工件是否已移走，从而产生无工件信号
13、，为下一个工件的下放做好准备。产生无工件信号，为下一个工件的下放做好准备。四、任务分析四、任务分析2、工艺过程、工艺过程 机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图4-224-22（b b）所）所示。机械手的初始位置在示。机械手的初始位置在原位原位，按下，按下起动按钮起动按钮后，机械手将依次完后，机械手将依次完成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移八个动作，实现机械手一个成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移八个动作，实现机械手一个周期的动作。机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位开周期的动作。机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位
14、开关来控制，而夹紧、放松动作的转换由时间继电器来控制。关来控制，而夹紧、放松动作的转换由时间继电器来控制。四四.任务分析任务分析图图4-22(b) 4-22(b) 系统结构示意图系统结构示意图 为了保证安全，机械手右为了保证安全，机械手右移到位后，必须在工作台移到位后，必须在工作台B B上无上无工件时才能下降。若上一次搬工件时才能下降。若上一次搬到工作台到工作台B B上的工件尚未移走，上的工件尚未移走，机械手应自动暂停等待。为此机械手应自动暂停等待。为此设置了一只设置了一只光电开关光电开关，以检测，以检测“无工件无工件”信号。信号。 3、控制要求、控制要求 工作台工作台A A、B B上工件的传
15、送采用上工件的传送采用PLCPLC控制，机械手要求按一定的控制，机械手要求按一定的顺序动作，其流程图如图顺序动作，其流程图如图4-234-23所示。所示。图图4-23 4-23 机械手控制系统的流程图机械手控制系统的流程图四四.任务分析任务分析 起动起动时，机械手从时，机械手从原点原点开始按开始按顺序动作；顺序动作；停止停止时，机械手停止在时，机械手停止在现行现行工步上；工步上；重新起动重新起动时，机械手时，机械手按停止前的动作按停止前的动作继续继续进行。进行。手动工作方式：手动工作方式：利用利用按钮按钮对机械手的对机械手的每一步每一步动作动作单独单独进行控制，例如：按上进行控制，例如：按上
16、升按钮，机械手上升；按下降按钮，机械手下降。此种工作升按钮，机械手上升；按下降按钮，机械手下降。此种工作 方式可使机械手置原位。方式可使机械手置原位。 单步工作方式：单步工作方式：从从原点原点开始，按自动工作循环的工序，每按一下开始，按自动工作循环的工序，每按一下起动按钮，起动按钮， 机械手完成机械手完成一步一步的动作后的动作后自动停止自动停止。单周期工作方式：单周期工作方式：按下按下起动按钮起动按钮，从，从原点原点开始，机械手按工序自动完成一个开始，机械手按工序自动完成一个 周期的动作后，周期的动作后，停在原位停在原位。连续工作方式：连续工作方式：机构在机构在原位原位时，按下时，按下起动按钮
17、起动按钮，机构自动连续执行周期动，机构自动连续执行周期动 作。当按下作。当按下停止按钮停止按钮时，机械手保持当前状态。时，机械手保持当前状态。重新起动后重新起动后 机械手按停止前的动作继续进行。机械手按停止前的动作继续进行。 为满足生产要求，机械手设置为满足生产要求，机械手设置手动工作方式手动工作方式和和自动工作方式自动工作方式，而自动工作，而自动工作方式又分为方式又分为单步单步、单周期单周期和和连续工作连续工作方式。方式。四四.任务分析任务分析1 1分配输入分配输入/ /输出地址，画出输出地址，画出PLCPLC外部接线图外部接线图 根据电路要求，输入根据电路要求，输入/ /输出地址分配如表输
18、出地址分配如表4-114-11所示。所示。五、任务实施五、任务实施 表表4-11 4-11 输入输入/ /输出地址分配输出地址分配 PLC PLC 地地 址址 说说 明明输输 入入I0.0起动起动SB1I0.1下限下限SQ1I0.2上限上限SQ2I0.3右限右限SQ3I0.4左限左限SQ4I0.5无工件检测无工件检测SPI0.6停止停止SB2I0.7手动手动SAI1.0单步单步SAI1.1单周单周SAI1.2连续连续SAI1.3下降下降SB3I1.4上升上升SB4I1.5左移左移SB5I2.0右移右移SB6I2.1夹紧夹紧SB7I2.2放松放松SB8I2.3复位复位SB91 1分配输入分配输入
19、/ /输出地址，画出输出地址，画出PLCPLC外部接线图外部接线图 根据电路要求，输入根据电路要求，输入/ /输出地址分配如表输出地址分配如表4-114-11所示。所示。五、任务实施五、任务实施 表表4-11 4-11 输入输入/ /输出地址分配输出地址分配PLC PLC 地地 址址说说 明明输输 出出Q0.0下降下降KA1Q0.1夹紧夹紧KA2Q0.2上升上升KA3Q0.3右移右移KA4Q0.4左移左移KA5Q0.5原位显示原位显示HL根据电路要求，根据电路要求，PLCPLC外部接线如图外部接线如图4-244-24所示。所示。五、任务实施五、任务实施图图4-24 4-24 气动机械手控制电路
20、的气动机械手控制电路的PLCPLC外部接线图外部接线图 2.2.设计程序设计程序 根据控制要求，在计算机中编写梯形图程序，根据控制要求，在计算机中编写梯形图程序，主程序梯形图主程序梯形图如图如图4-254-25所所示，手动程序梯形图（子程序示，手动程序梯形图（子程序0 0）如图）如图4-264-26所示，自动操作程序（子程序所示，自动操作程序（子程序1 1）如图如图4-274-27所示。所示。五、任务实施五、任务实施图图4-25 4-25 主程序梯形图主程序梯形图 2.2.设计程序设计程序 根据控制要求，在计算机中编写梯形图程序，主程序梯形图如图根据控制要求，在计算机中编写梯形图程序，主程序梯
21、形图如图4-254-25所所示，示，手动程序梯形图（子程序手动程序梯形图（子程序0 0）如图如图4-264-26所示，所示，自动操作程序（子程序自动操作程序（子程序1 1）如图如图4-274-27所示。所示。五、任务实施五、任务实施图图4-26 4-26 手动程序梯形图（子程序手动程序梯形图（子程序0 0） 2.2.设计程序设计程序 五、任务实施五、任务实施图图4-27 4-27 自动操作程序（子程序自动操作程序（子程序1 1） 五、任务实施五、任务实施图图4-27 4-27 自动操作程序（子程序自动操作程序（子程序1 1）（续）（续） 3.3. 安装配线安装配线 首先按照图首先按照图4-24
22、4-24所示进行配线。所示进行配线。五、任务实施五、任务实施图图4-24 4-24 气动机械手控制电路的气动机械手控制电路的PLCPLC外部接线图外部接线图 4 4运行调试运行调试 连接好连接好PLCPLC输入输入/ /输出接线，启动输出接线，启动STEP7 Micro/WIN32STEP7 Micro/WIN32编程软件。编程软件。 打开符号表编辑器，根据表打开符号表编辑器，根据表4-64-6所示要求，将相应的符号与地址分别所示要求，将相应的符号与地址分别录入到符号表的录入到符号表的符号栏符号栏和和地址栏地址栏中。如符号栏写中。如符号栏写“启动按钮启动按钮”，相应的地址，相应的地址栏则写栏则
23、写“I0.0”I0.0”。 打开梯形图编辑器，录入程序并下载到打开梯形图编辑器，录入程序并下载到PLCPLC中，使中，使PLCPLC进入进入运行运行状状态。态。 使使PLCPLC进入梯形图进入梯形图监控监控状态。状态。 操作过程中同时观察输入操作过程中同时观察输入/ /输出状态指示灯的亮灭情况。输出状态指示灯的亮灭情况。五、任务实施五、任务实施六、评分标准六、评分标准任务名称：气动机械手控制系统编程与实现 组别：项目配分考核要求扣分标准扣分记录得分电路设计电路设计4040分分列出列出PLCPLC输入输入/ /输出元件输出元件的地址分配表，设计梯的地址分配表，设计梯形图及形图及PLCPLC输入输
24、入/ /输出接输出接线图，根据梯形图，列线图，根据梯形图，列出指令表出指令表 （1 1）输入）输入/ /输出地址遗漏或写错，每处扣输出地址遗漏或写错，每处扣2 2分分（2 2）梯形图表达不正确或画法不规范，每）梯形图表达不正确或画法不规范，每处扣处扣3 3分分（3 3）接线图表达不正确或画法不规范，每）接线图表达不正确或画法不规范，每处扣处扣3 3分分（4 4）指令有错误，每条扣）指令有错误，每条扣2 2分分安装与接线安装与接线 3030分分按照按照PLCPLC输入输入/ /输出接线输出接线图在模拟配线板上正确图在模拟配线板上正确安装元件，元件在配线安装元件，元件在配线板上布置要合理，安装板上
25、布置要合理，安装要准确紧固。配线美观要准确紧固。配线美观，下入线槽中且有端子，下入线槽中且有端子标号，引出端要有别径标号，引出端要有别径压端子压端子 （1 1）元件布置不整齐、不均匀、不合理，）元件布置不整齐、不均匀、不合理，每处扣每处扣1 1分分（2 2）元件安装不牢固、安装元件时漏装螺）元件安装不牢固、安装元件时漏装螺钉，每处扣钉，每处扣1 1分分（3 3）损坏元件，扣）损坏元件，扣5 5分分（4 4）电动机运行正常，如不按电路图接线）电动机运行正常，如不按电路图接线，扣，扣1 1分分（5 5）布线不入线槽、不美观，主电路、控）布线不入线槽、不美观，主电路、控制电路每根扣制电路每根扣0.5
26、0.5分（分（6 6）接点松动、露铜）接点松动、露铜过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚过长、反圈、压绝缘层，标记线号不清楚、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，、遗漏或误标，引出端子无别径压端子，每处扣每处扣0.50.5分分（7 7）损伤导线绝缘或线芯，每根扣）损伤导线绝缘或线芯，每根扣0.50.5分分（8 8）不按）不按PLCPLC控制控制I/OI/O接线图接线，每处扣接线图接线，每处扣2 2分分程序输入与程序输入与调试调试2020分分熟练操作键盘，能正熟练操作键盘，能正确地将所编写的程序确地将所编写的程序下载到下载到PLCPLC中；按照被中；按照被控设备的动作要求进控设备的动作要求进行模拟
27、调试，达到设行模拟调试，达到设计要求计要求 （1 1）不熟练录入指令，扣）不熟练录入指令，扣2 2分分（2 2）不会用删除、插入、修改等）不会用删除、插入、修改等命令，每项扣命令，每项扣2 2分分（3 3）1 1次试车不成功扣次试车不成功扣4 4分，分，2 2次次试车不成功扣试车不成功扣8 8分，分，3 3次试车不成次试车不成功扣功扣1010分分安全、安全、文明工作文明工作1010分分(1)(1)安全用电，无人为安全用电，无人为损坏仪器、元件和设损坏仪器、元件和设备备(2)(2)保持环境整洁，秩保持环境整洁，秩序井然，操作习惯良序井然，操作习惯良好好(3)(3)小组成员协作和谐小组成员协作和谐
28、，态度正确，态度正确(4)(4)不迟到、早退、旷不迟到、早退、旷课课(1)(1)发生安全事故，扣发生安全事故，扣1010分分(2)(2)人为损坏设备、元器件，扣人为损坏设备、元器件，扣1010分分(3)(3)现场不整洁、工作不文明，团现场不整洁、工作不文明，团队不协作，扣队不协作，扣5 5分分(4)(4)不遵守考勤制度，每次扣不遵守考勤制度，每次扣2525分分 总总 分分六、评分标准六、评分标准 气动机械手的任务大多数是快速、准确地搬动物品或器件。例如将传送带气动机械手的任务大多数是快速、准确地搬动物品或器件。例如将传送带A A上上的物品搬至传送带的物品搬至传送带B B上，或把某元件（电阻、电
29、容等）取来送至印制电路板上，按上，或把某元件（电阻、电容等）取来送至印制电路板上，按规定的动作和规律在运行。气动机械手有规律的运动若采用规定的动作和规律在运行。气动机械手有规律的运动若采用PLCPLC进行控制是比较方进行控制是比较方便的。便的。气动机械手搬运物体工作示意图如图气动机械手搬运物体工作示意图如图4-284-28所示所示，气动机械手工作流程图如图气动机械手工作流程图如图4-294-29所示。所示。 气动机械手自动控制要求：气动机械手自动控制要求： 机械手在原始位置时（右旋到位）机械手在原始位置时（右旋到位）SQ1SQ1动作，按下启动按钮，机械手爪松动作，按下启动按钮，机械手爪松开，传
30、送带开，传送带B B开始运动，机械手手臂开始上升。开始运动，机械手手臂开始上升。 机械手上升到上限位置，到位开关机械手上升到上限位置，到位开关SQ3SQ3动作，上升动作结束，机械手开始左动作，上升动作结束，机械手开始左旋。旋。 七、任务训练七、任务训练图图4-28 4-28 气动机械手搬运物体工作示意图气动机械手搬运物体工作示意图 图图4-29 4-29 气动机械手工作流程图气动机械手工作流程图 气动机械手自动控制要求：气动机械手自动控制要求： 机械手左旋到左限位置，到位开关机械手左旋到左限位置，到位开关SQ2SQ2动作，左旋动作结束，机械手开始下动作，左旋动作结束，机械手开始下降。降。 机械
31、手下降到下限位置，到位开关机械手下降到下限位置，到位开关SQ4SQ4动作，下降动作结束，传送带动作，下降动作结束，传送带A A启启动。动。 传送带传送带A A向机械手方向前进一个物品的距离后停止，机械手开始抓物。向机械手方向前进一个物品的距离后停止，机械手开始抓物。 七、任务训练七、任务训练图图4-28 4-28 气动机械手搬运物体工作示意图气动机械手搬运物体工作示意图 图图4-29 4-29 气动机械手工作流程图气动机械手工作流程图 气动机械手自动控制要求：气动机械手自动控制要求： 机械手抓物，延时机械手抓物，延时1 1秒，机械手开始上升。秒，机械手开始上升。 机械手上升到上限位置，到位开关
32、机械手上升到上限位置，到位开关SQ3SQ3动作，上升动作结束，机械手开始右动作，上升动作结束，机械手开始右旋。旋。 机械手右旋到右限位置，到位开关机械手右旋到右限位置，到位开关SQ1SQ1动作，右旋动作结束，机械手开始下动作，右旋动作结束，机械手开始下降。降。 机械手下降到下限位置，到位开关机械手下降到下限位置，到位开关SQ4SQ4动作，机械手松开，放下物品。动作，机械手松开，放下物品。 机械手放下物品经过适当延时，一个工作循环过程完毕。机械手放下物品经过适当延时，一个工作循环过程完毕。 机械手的工作方式为机械手的工作方式为单步循环单步循环。七、任务训练七、任务训练图图4-28 4-28 气动机械手搬运物体工作示意图气动机械手搬运物体工作示意图 图图4-29 4-29 气动机械手工作流程图气动机械手工作流程图