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1、-基于PLC的机械手设计-第 16 页 浙江万里学院本科毕业设计（论文）（2013届） 论文题目 基于的机械手控制系统设计 （英文)The design of machine hand control system based on PLC 所在学院 电子信息学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 xxx 学号 2009017141 指导老师 xxx 完成日期 xxxx 年x 月 x 日 基于PLC的机械手控制系统设计 xxx （浙江万里学院电子信息学院电气工程及其自动化094班） xxx年x月 摘要 随着自动化技术的不断发展，实现了绝大部分的机械设备的自动控制，工业中的机械手就是其中之
2、一。由于机械手的出现,它代替了一些在恶劣环境下、工作强度大，甚至有生命危险的工人工作；又因其能按照一定的程序、时间和位置来完成货物产品的传送和装卸大大节约了劳动力，在现代工业中的使用率越来越频繁。而机械手的自动化实现有很多方式，PLC控制就是其中的一种。PLC是一种以微处理器为核心的工控装置它采用可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑、顺序、计时、计数和算数运算等操作的指令，并能通过数字、模拟的输入输出控制各类设备的运行。本设计的机械手所涉及到的运动过程，将通过对PLC软件编程驱动机械手上的步进电机运动，经过不断地编程调试使其能完成上升、下降，左右移动，加紧和放松物件的运动。关键词：机械手
3、；PLC；步进电机 Abstract With the continuous development of automation technology, realizes the automatic control of most of machinery and equipment, machinery industry is the one hand appeared,it replaces some work in harsh environment, high intensity, and even life-threatening workers; and because the c
4、an in accordance with certain procedures, time and location to complete the transfer and loading and unloading of goods product greatly saves labor in the modern industry in the use of more and more frequently.Automatic mechanical hand has many ways, a PLC control is one of the.PLC is a kind of indu
5、strial control device with microprocessor as the core of the memory can be programmed, used to implement logic, sequence, timing, counting and arithmetic operation in its internal storage instructions, and through digital, analog input and output of the control of various types of equipment operatio
6、n.The design of the robot motion process involved, will be through the PLC software programming to drive the manipulator on the stepper motor, through continuous programming and debugging, so that it can complete the rise, decline, and move around, stepping up and relax the object motion.Key Words:M
7、achine hand;PLC;Stepper motor目 录1 引言1 1.1 课题研究的目的与意义1 1.1.1 机械手的概况1 1.1.2 机械手在国内外的发展状况22 控制方案 2.2 可编程逻辑控制器（PLC）的概述3 2.2.1 PLC的结构3 2.2.2 PLC的特点3 2.2.3 PLC的发展趋势43 机械手控制系统的硬件介绍6 3.1 机械手本体6 3.2 机械手电气控制部分6 3.2.1 步进电机6 3.2.2 步进电机驱动器7 3.2.3 传感器9 3.2.4 直流电机与直流电机驱动模块9 3.3 PLC控制单元10 3.3.1 PLC的I/O分配11 3.4以上硬件接
8、线图12 3.5 触摸屏124 机械手控制系统的软件制作过程13 4.1 西门子触摸屏SMART700的编程流程13 4.2 西门子PLC的编程流程16 4.2.1 手动动作流程16 4.2.2 手动程序仿真17 4.2.3PLC 对机械手的自动控制梯形图26 4.2.4 自动程序仿真27 4.2.5PLC的高数计数器PTO程序运用35 4.3 机械手的运行流程365 结论38致谢41参考文献42附录1 机械手控制程序431 引言1.1课题研究的目的与意义机械手的出现目的是为了减轻工人的劳动力，提高劳动生产率，以及代替劳动者在高温、高压、噪声、等对人体有危害的场合工作，随着工业生产机械化和自动
9、化，越来越多的行业已经开始大规模的使用机械手了，如：焊接、搬运、装配等等。再加上微电子技术在机械手中的应用，特别是计算机技术的融入，机械手的发展和应用水平也进一步的提高，在军事、海洋探测、航天、医疗、农业领域中得到了广泛的使用。总而言之，机械手是提高劳动率，改善劳动条件，减轻劳动强度和实现工业自动化的一个重要手段，在国内外对其的应用和发展十分的重视。可编程序控制器（PLC）是其中一个控制机械手能在工业环境下能够运行的工业控制装置。由于其其编程简单，可在现场修改编程；通用性好，能扩展；实用性强，硬件配套齐全在工业领域中广泛应用1。本次课题设计的机械手就是通过PLC来自动化控制机械手的运行，通过这
10、次的设计来提高对PLC的相关知识了解，将所知道的PLC内容能应用到本次的课题当中，将理论能更好的应道实践当中。1.1.1机械手的概况机械手自20世纪60年代问世以来，经过多年的发展已成为制造业生产自动化中重要的机电设备。在现代工业中，正式在使用的机械手很多属于第一代的机械手，这些机械手基本上采用点位控制系统，主要用于焊接、喷漆和搬运。第二代机械手是安装有接触类传感器的程序控制机械手，能够根据外部环境的信息对控制程序进行校正2。随着科学技术的不断发展，第三代机械手在第一、二代的基础上发展起来，它是能感知外部环境与对象，并具有对复杂信息能够处理，能对自己行为作出自主决策的智能化机械手，具有专家知识
11、，语音功能和自学能力等人工智能3。1.1.2机械手在国内外发展状况在新世纪的曙光下的人们追求更舒适的工作条件，恶劣危险的劳动环境下的工作都由机器人代替人工，因此世界工业机械手的数目每年在递增。随着机器人应用的深化和渗透，工业机械手在不同行业不断的开辟新用途。机械手的发展也已经由最初的液压，气压控制开始向人工智能化转变，并随电子技术的发展和科技的进步，该项技术将日益完善。我国的工业机械手是从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的大力支持下，通过“75”“85”科技攻关，目前国内生产了部分机器人关键元件，开发出点焊，装配，搬运等机械手。但相较于国外的工业机械手技术我国还有一定的距离，如：可靠性
12、低于国外产品，机械手应用工程起步晚，应用领域窄，生产线系统技术低。国外的工业机械手发展趋势：机械手性能不断提高而且价格不断下降；机械结构模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机控制方向发展；传感器在机械手上的应用【4】。国内的发展状况：在一些方面基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等，掌握了自动化喷漆、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术【5】。2控制方案 本次设计的控制系统采用的是PLC控制机械手，相比于单片机虽然成本有所提高，但其输出带负载能力和抗干扰能力强、可靠性好、环境适应能力强。在工业中所用到的机械手大多都在环境恶
13、劣的地方代替工人做业，将PLC的优势完全的体现出来了，因此本次的控制方案采用PLC。也许有人也会问为什么不用工控计算机来控制呢，它也有PLC的那些优点，而且功能更完备，但由于考虑到其成本太高，编程复杂，而PLC的那些功能足以控制机械手了，因此在对于机械手的控制上大多数都采用PLC控制，这也是本次采用PLC的原因。下面是对PLC的介绍。2.1可编程逻辑控制器（PLC）的概述可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展起来的，它加入了微计算机技术后功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务。2.1.1PLC的结构PLC由硬
14、件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成【6】。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图如图1所示：外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图2 -1 PLC结构图2.1.2PLC的特点PLC发展如此迅速是因为他具有一些其他控制系统（如DOS和通用计算机等）所不及的一些特点。1、灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的
15、继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。2、可靠性高、抗干扰能力强对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条
16、件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证PLC能在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。3、操作方便、维修容易PLC采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经
17、短期的学习就可以使用。4、功能强现代PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且PLC是为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备【7】
18、。2.1.3PLC的发展趋势现代PLC的发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；二是想大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。网络化和通信能力强势PLC发展的一个重要方面，向下课将多个PLC、I/O框架相连，向上与工业计算机、以太网、MAP网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。随着自调整、步进电机、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。3机械手控制系统硬件介绍本系统的硬件主要有三大部分组成：机械手本体、PLC控制单元、触摸屏组成。3.1机械手本体机械手本体按功能分课分为二轴平移机构、旋转手臂机构、夹手、支架、限位开关等部件
19、；按活动关节分为S轴、L轴、U轴、T轴、B轴等机构，其结构示意图如图2-1所示：图3-1 机械手示意图3.2机械手的电气控制部分机械手的控制系统是安装在机械手上的步进电机、传感器、直流电机和驱动步进电机运行的步进电机驱动器等。3.2.1步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通
20、过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的【8】。 本次设计采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手的动作，相比直流电机有更好的制动效果，又加上滚珠丝杆和滑杆配合，使机械手的运动更加稳定。主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气接线图如图2-2所示：图3-2 步进电机电气接线图 3.2.2 步进电机驱动器步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。本次用到的型号为SH-2H057。驱动器部分参数如下表2-1。PLC控制器与步进电机驱动器连接及工作原理，如图2-3所示。步进电机驱动器有电源输入部分、信号输入部分
21、、信号输出部分等，利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速、方向进行控制。驱动器电源由面板上电源模块提供，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5K限流电阻。驱动器输入端为低电平有效。PLC通过控制其输出点来控制驱动器光耦的开合，当PLC输出线圈得电时，晶体管导通，相应的触电输出低电平，使驱动器光耦导通，当PLC输出线圈失电时，晶体管关断，使驱动器光耦截止。另外若不采用驱动器，而采用PLC输出触点直接驱动步进电机，会占用很多的输出触点，同时给编程带来不便。表3-1 接线信号描述信 号功 能PUL脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步DIR方向信号：用于改变电机转向，TTL平驱动OPT
22、O光耦驱动电源ENA使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止GND直流电源地+V直流电源正极，典型值+24VA+电机A相A-电机A相B+电机B相B-电机B相图2-3 PLC控制器与步进电机驱动器连接及工作原理 图3-3 步进电机与其驱动器接线图3.2.3传感器机械手上所装的传感器为行程开关。机械手的伸缩、升降均采用行程开关来限位，并通过改变接近开关的位置来调节横轴和竖轴的运动范围。行程开关：又称限位开关，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路来达到一定的控制目的。通常这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动按一定位置或行程自动停止、反
23、向运动、变速运动或自动往返运动等。其基本结构如图3-4所示：图3-4 行程开关基本结构图3.2.4直流电机与直流电机驱动模块本装置中直流电机驱动模块是由一个继电器的吸合与断开来控制电机的转动方向的，从而实现夹手的动作。本模型所用输入、输出均为低电平有效。其中IN端接PLC的输出端口，OUT端接模型的信号输入端。COM端接PLC的传感器电源负端。电平转换板原理图如图2-5所示。 图3-5 直流电机电平转换原理图直流电机就是将直流电能转化为机械能的电机。本次设计的机械手的夹手有一台直流电机控制。输入电压为12V24V，两端的导线分别接直流驱动模块。联系上面的驱动模块简单说明一下机械手如何实现抓取，
24、释放的：当PLC的输出端给IN端输入信号，若此时COM端接地，而OUT端接直流电机的输入端，若此时电磁阀通电，则此时认为直流电机为正传，带动机械手执行抓取动作，同理，当IN端有PLC信号输入时，COM端与OUT端分别接地和点击输入端，电磁阀断电，直流电机反转，带动机械手执行释放动作。3.3PLC控制单元本次系统的PLC控制器采用的是西门子S7-200，S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC）。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，下图展示一台S7-200 Micro PLC的 CPU224系列PLC的CPU外型图如图2-6，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以
25、及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。图3-6 S7-200 CPU外型图S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 图2-7展示了一个基本的S7-200 Micro PLC.它包括一个S7-200 CPU 模块,一台个人计算机(PC),STEP 7-Micro/win32(3.1版)编程软件,以及一条通讯电缆（一条PC/PPI 电缆；一个通讯处理器(PC)和多点接口(MPI)电缆；一块MPI卡,随MPI卡
26、提供一根通讯电缆）。图3-7 S7-200 Micro PLC 系统的组成3.3.1PLC的I/O分配根据本次设计的机械手动作的要求和机械手实物教学实验装置说明指导，输入、输出点分配如表2-2所示。表3-2 输入、输出点分配名称输入名称输出手动下降按钮M0.0驱动器一 PULQ0.0手动上升按钮M0.1驱动器二 PULQ0.1手动左移按钮M0.2驱动器一 DIRQ0.2手动右移按钮M0.3驱动器二 DIRQ0.3手动抓紧按钮M0.4手夹电机正转 ML Q1.0手动释放按钮M0.5自动运行按钮M0.6手夹反转电机 MRQ1.1切换到单周期按钮M0.7 电磁阀Q1.43.4以上所述硬件接线图图3-
27、8 硬件接线图3.5触摸屏本系统的触摸屏使用的是西门子SMART700，利用电脑上已装好的WINCC Flexible 2008 软件对触摸屏进行编程。用到的触摸屏主要是是用于对机械手的启动、停止、手动、自动操作的切换控制。将电脑上编好的程序下载到触摸屏上，而触摸屏与PLC的数据传送由它们之间的通信电缆传输，通过触摸屏上的数据传输到PLC，再由PLC控制机械手的动作。4机械手控制系统的软件制作过程对于机械手的控制需要用到的控制器都要进行软件编程，它主要包括两方面：对西门子PLC的编程和对其触摸屏的编程。4.1西门子触摸屏SMART700的编程流程对西门子触摸屏编程所用到的软件为WINCC Fl
28、exible 2008 ，该软是德国西门子公司工业全集成自动化的子产品，是一款面向机器自动化的HMI软件。由于软件的操作步骤用流程图来表达不能清晰的让人了解，因此用文字来体现。以下是对触摸屏的编程流程：（1） 打开WINCC Flexible 2008软件，选择创建一个空项目，在设备选择对话框中选择设备类型为SMART700，就进入了项目视图，这样软件就打开了。如图3-1所示： 图3-1 设备类型选择（2） 对软件进行通讯设置，以便于能成功的将程序能下载到触摸屏中。名称为CPU224，通讯驱动程序选择为SMART700，波特率选择与PLC的与触摸屏连接的波动率要相同，以便能与PLC连接不会出故
29、障。如图3-2所示：图3-2 波动率的选择（3） 在主画面中加入控制系统的按钮，由于分为手动和自动两种，因此设计了三个画面：第一个是手动操作画面，第二个是自动操作画面。在手动操作画面中加入左移，右移，上升，下降，抓紧，释放按钮，自动操作画面中加入切换单周期和开始连续运行两个按钮，最后设置两个画面的互相切换，将其中的其中一个画面拖入到另一个中就会形成一个切换按钮，这样在操作时能够方便。如图3-3所示： 图3-3 手、自动画面（4） 变量的设置，对对应的按钮进行变量设置：名称为该按钮的名字，连接选择为CPU224，变量类型为Bool，变量为M0.1M0.7。如图3-4所示：图3-4 变量设置（5）
30、 对每个按钮的事件属性中的事件进行设置，在手动画面的按钮设置：选中按下窗口，点击“SETBIT”函数式对每个按钮置位，同理对于释放窗口，选中“RESEBIT”函数对每个按钮复位设置。在自动画面的按钮设置：选中按下窗口，选中“SETBIT”函数对按钮置位。如图3-5就是对其中一个按钮的设置：图3-5 按钮变量设置 （6） 最后保存编译，编译成功后下载到触摸屏中。4.2西门子PLC的编程流程本次设计的机械手要求有手动和自动两种工作方式，对与手动的动作流程，在下面的流程图3-1中体现，对于自动的动作流程选用梯形图的形式来表达比较清楚，如图3-2所示。4.2.1手动动作流程下面是通过PLC的编程对机械
31、手执行手动工作的流程图：图3-6 手动动作流程图根据任务的要求现对流程大概的介绍一下，首先程序下载到PLC中，由PLC发出指令对机械手进行控制。当PLC接收到左移按钮的信号时，其内部发出一个脉冲给步进电机驱动器一，使它驱动左移步进电机运行，直到机械手触碰到左限位开关，这是PLC给驱动器一的脉冲中断，步进电机停止转动，机械手也就随之停下来。同理PLC对机械手的右移，上升、下降都是一样的原理。对与机械手的抓取释放，用到的是电磁阀控制，当接收到抓取信号后，PLC给一个高电平给电磁阀，使其能让机械手执行抓取动作，反正不给它一个电平，则机械手释放物件。4.2.2手动程序仿真 1.载入程序2. 进行手动调
32、试 下降按钮I0.0按钮下Q0.0输出，即机械手下降。 碰到行程开关I1.0，Q0.0停止输出，即机械手停止下降。 下降按钮I0.1按钮下Q0.2输出，即机械手上升。 碰到行程开关I1.1，Q0.2停止输出，即机械手停止上升。下降按钮I0.2按钮下Q0.1输出，即机械手右移。 碰到行程开关I1.2，Q0.1停止输出，即机械手停止右移。下降按钮I0.3按钮下Q0.3输出，即机械手左移。碰到行程开关I1.3，Q0.3停止输出，即机械手停止左移。下降按钮I0.4按钮下Q0.5、Q1.0输出，即机械手抓紧。计时器T40时间到，停止输出，即机械手抓紧到位。下降按钮I0.5按钮下Q0.5、Q1.1输出，即
33、机械手释放。计时器T41时间到，停止输出，即机械释放结束手抓紧到位。4.2.3PLC对机械手的自动控制梯形图为了能够让人能一目了然的了解机械手的自动控制过程，对于PLC控制机械手的系统分析采用梯形图来表示。下面对梯形图进行一下基本的介绍：PLC从STOP到RUN时，初始状态S0动作，达到启动条件执行下行动作，当达到下行限位，停止下行并且状态转移执行抓取程序；当抓取到物件后状态转移，由于条件有限，有延时程序表示物件是否抓住，当到达时执行下一个动作；进行上升动作，将物件抓取上来；到达上升限位时，停止上升；状态转移，进行右移运动，到达右移限位后，停止右移；机械手进行下一个状态，将物件下降直到下行限位
34、停止；到达下行限位，机械手将物件释放，同理用延时程序表示物件是否释放完毕；当释放完后进行上移，左移动作。这样就完成了一个周期了，当按下连续运行时，系统则会从状态S0.8转到S0.1继续运行下一个周期，反之转到S0停止动作。图3-7 自动控制梯形图4.2.4自动程序仿真 1.载入程序2. 进行自动调试 按下启动单周起运行按钮，Q0.0输出，即机械手开始下降当碰到行程开关I1.0时停止下降，Q0.5、Q1.0输出，即机械手抓取物件10秒后，抓取结束，Q0.1输出，机械手自动上升 当碰到行程开关I1.1时，机械手停止上升，Q0.2输出，即机械手开始左移 当碰到行程开关I1.3时，机械手停止左移，Q0
35、.0输出，即机械手下降 当碰到行程开关I1.0时，机械手停止下降，Q0.5、Q1.1输出，即机械手释放物件10秒后，释放结束，Q0.1输出，机械手自动上升 当碰到行程开关I1.1时，机械手停止上升，Q0.3输出，即机械手开始右移 当碰到行程开关I1.4时，机械手停止右移，即机械手完成一个周期运行 当开关I0.7按下时，机械手又开始上升，进行周期运行4.2.5PLC的高数计数器PTO程序运用S7-200有两台PTO/PWM发生器，建立高速脉冲串或脉宽调节信号信号波形。一台发生器指定给数字输出点Q0.0，另一台发生器指定给数字输出点Q0.1。一个指定的特殊内存（SM）位置为每台发生器存储以下数据：
36、一个控制字节（8位值）、一个脉冲计数值（一个不带符号的32位值）和一个周期和脉宽值（一个不带符号的16位值）。PTO/PWM发生器和过程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。PTO或PWM功能在Q0.0或Q0.1位置现用时，PTO/PWM发生器控制输出，并禁止输出点的正常使用。输出信号波形不受过程映像寄存器状态、点强迫数值、执行立即输出指令的影响。PTO/PWM发生器非现用时，输出控制转交给过程映像寄存器。过程映像寄存器决定输出信号波形的初始和最终状态，使信号波形在高位或低位开始和结束。以下PTO初始化和操作顺序说明,使用首次扫描位（SM0.1）初始化脉冲输出。使用首次扫描位调用初始化子程序可降低
37、扫描时间，因为随后的扫描无须调用该子程序。（仅需在转换为RUN（运行）模式后的首次扫描时设置首次扫描位。）从主程序调用初始化子程序。使用首次扫描内存位（SM0.1）将脉冲输出初始化为0，并调用子程序，执行初始化操作。当使用子程序调用时，随后的扫描不再调用该子程序，这样会降低扫描时间执行，并提供结构更严谨的程序。对于单段PTO操作，使用中断例行程序或子程序改变周期。使用单段PTO操作更改中断例行程序或子程序中的PTO周期，进行如下列步骤： 1. 设置控制字节（启用PTO/PWM功能、选择PTO操作、选择、设置更新周 值）方法是在SMB67: 16#81（用于微秒）或16#89（用于毫秒）中载入下
38、 列一个值。 2. 在SMW68中，载入新周期的一个字尺寸值。 3.执行PLS指令，使S7-200为PTO/PWM发生器编程。更新脉冲计数信号波形输出开始之前，CPU必须完成所有进行中的PTO。 4. 退出中断例行程序或子程序。图3-8 PTO脉冲设置4.3机械手的运行流程机械手的运动过程由步进电机和直流电机进行驱动控制。步进电机的运动需要步进电机驱动器进行驱动，当有脉冲输入时步进电机才会动作，且每当脉冲由低变高时步进电机走一步；改变电机转向时，需要加方向信号。因此机械手的上升与下降、左移与右移作就是通过控制这两个步进电机的正反转来实现的。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀控制。当该线
39、圈通电时，机械手放松；该线圈断电时，机械手夹紧。机械手的动作示意图如图3-8所示，机械手若不在原点则PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴左移。当左移到位时碰到后限位开关，断开对驱动器一的信号输入而同时主机向驱动器二输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升到底时碰到上限位开关，上升停止，回到原点此时机械手算是复位了。下面开始工作，主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。降到底时碰到下限位开关，下降停止，气夹电磁阀断电，机械手夹紧。夹紧后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。
40、PLC向驱动器一输入脉冲信号，步进电机一正转，机械手右移，右移到位时碰到前限位开关，右移停止。主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。降到底时碰到下限位开关，下降停止，同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，主机向驱动器二只输入脉冲信号，步进电机二正转，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。PLC向驱动器一同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机一反转，横轴后缩。机械手后缩，当后缩到底时碰到后限位开关，然后主机向驱动器二同时输入脉冲信号和电平信号，步进电机二反转，机械手下降。下降到底时碰到下限位开关，下降停止，回到原点
41、。至此，机械手经完成一个循环的动作。3-9 机械手运行示意图4结论以上都是本系统设计的分布设计思路，下面对系统的总体运行思路来说明一下。在对机械手进行操作之前，先将编程好的软件下载到各个控制器当中，下载后将各个硬件部分按照接线端子的提示连起来，其部分的硬件接线原理图见附录1所示。连接完成后，进行任务要求操作。由于任务要求用到触摸屏，本次设计就将其代替按钮输入，使直接在触摸屏上进行对机械手的控制操作。在触摸屏上设计了两个画面分别对应了手动和自动操作界面，在手动操作界面上，有6个按钮对应可执行机械手的上升、下降、左移、右移、抓取释放动作；在自动操作界面上单周期和连续动作两个按钮，对应可是机械手进行单周期动作和连续动作。当按下触摸的一个按钮时，其就对PLC传送出信号，PLC接收到动作信号，内部存储器中进行程序运算，运算结束后发出信号和脉冲给步进电机驱动器，步进电机按收到的信号和脉冲，给步进电机发送指令，使其能按PLC所给的方向信号和速度脉冲