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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 摘 要本文介绍的物料搬运机械手可在空间抓放物体,可代替人工在高温顺危急的作业区进行作业,主要作用是完成机械部件的搬运工作,能放置在各种不同的生产线或物流流水线中,使零件搬运、货物运输更快捷、便利；本文利用MCGS 全中文通用工控组态软件和基于 MCGS 全中文组态软件开发的运算机监控 PLC 模拟试验系统软件实现机械手的仿真,并用 STEP7-Micro/WIN 设计 PLC 的掌握程序来实现对机械手的自动控制,从而实现了机械手自动化系统的掌握过程；名师归纳总结 关键词： PLC 机械手自动化程序设计第 1 页,共 23 页- - - - -
2、- -精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录摘要 . 第 1 章课题介绍 . 1 1.1 课题设计内容 . 1 1.2 课题设计详细要求 . 21.3 课题来源及讨论的目的和意义. 2第 2 章机械手和 PLC 的概念及挑选 . 3 2.1 机械手的概念 . 3 2.2 PLC 的概念 . 4 第 3 章 PLC 掌握机械手的系统 . 5 3.1 I/O 地址安排 . 53.2 分析系统的掌握并设计PLC程序 . 5第 4 章调试机械手 PLC 掌握程序 . 7 第 5 章结论 . 8 参考文献 . 9 致谢 . 10 附录 A 指令语句表 . 11 附录 B 梯形图程序 .
3、 17名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 1 章 课题介绍1.1 课题设计内容机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式,工作时要第一挑选工 作方式,然后操作对应按钮；其工作示意图如图 1.1 所示；图 1.1 机械手工作循环示意图1.1.1 调整工作方式：可按相应按钮实现左移、右移、上移、下移、加紧、放松各个动作的单独调整；1.1.2 连续工作方式：按下起动按钮,机械手按下降加紧上升右移下降放松上升左移的次序周而复始的连续工作；按下停止按钮,机械手 将自动终止本周期的工作,回到原位后停止；按下急停按钮,系统立
4、刻停车；1.1.3 单周工作方式：按下起动按钮后,机械手按下降加紧上升右移下降放 松上升左移的次序自动工作一个周期停止；如要再工作一个周 期,可再次按下起动按钮；按下停止按钮,机械手将自动终止本周期的工作,回到原位后停止；按下急停按钮,系统立刻停车；1.1.4 步进工作方式：每按一次起动按钮,机械手完成一步动作后自动停 止；按下急停按钮,系统立刻停车；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.2 课题设计详细要求1PLC 输入/输出点的安排；2编制机械手 PLC 梯形图掌握程序；3调试机械手 PLC 梯形图掌握程序；1
5、.3 课题来源及讨论的目的和意义可编程规律掌握器（ Programmable Logic Controller ）即 PLC,自从 1969 年第一台可编程掌握器在美国面世以来,经过30 多年的进展,现在可编程掌握器已经成为最重要、最牢靠、应用场合最为广泛的工业掌握微型运算机；在 PLC 中,充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及通信技术,快速的从早期 的规律掌握进展到进入位置掌握、伺服掌握、过程掌握等领域；用可编程掌握 器已经可以构成包括规律掌握、过程掌握、数据采集与掌握、图形工作站等的 综合掌握系统；在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们常常受到高温、腐蚀及 有毒气体等因素的危害
6、,增加了工人的劳动强度,甚至于危机生命；由于以上 的问题,需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出,同时随着 社会的进步,工业自动化产品的性能日益加强,而价格也因电子技术的高速发 展而不断下降；对原有的设备的电器掌握可以高性价比进行改进,通过采纳先 进的掌握技术和驱动技术,使设备的运行更加节能、高效、安全牢靠；机械手 就在这样产生了,自从机械手问世以来,相应的各种难题迎刃而解；机械手可 在空间抓放搬运物体,动作敏捷多样,适用于可变换生产品种的中、小批量自 动化生产,广泛应用于柔性自动线；机械手一般由耐高温,抗腐蚀的材料制 成,以适应现场恶劣的环境,大大降低了工人的劳动强度,提高了工作
7、效率；机械手是工业机械手的重要组成部分,在很多情形下它就可以称为工业机械 手；工业机械手是集机械、电子、掌握、运算机、传感器、人工智能等多学科 先进技术于一体的现代制造业重要的自动扮装备；广泛采纳工业机械手,不仅 可以提高产品的质量与产量,而且对保证人身安全,改善劳动环境,减轻劳动 强度,提高劳动生产率,节省原材料消耗以及降低生产成本,有着特别重要的 意义；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第 2 章 机械手和 PLC的概念及挑选2.1 机械手的概念机械手也被称为自动手；能仿照人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序
8、抓取、搬运物件或操作 工具的自动操作装置；它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以爱护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电 子、轻工和原子能等部门；机械手主要由手部和运动机构组成；手部是用来抓持工件（或工具）的部 件,依据被抓持物件的外形、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形 式,如夹持型、托持型和吸附型等；运动机构,使手部完成各种转动（摆 动）、移动或复合运动来实现规定的动作,转变被抓持物件的位置和姿态；运 动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度；为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6 个自由度；自由度是机械手设计的关键参数；自由
9、度越多,机械手的敏捷性越大,通用性越广,其结构也越复杂；一 般专用机械手有 23 个自由度；机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机 械手；按适用范畴可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹掌握方 式可分为点位掌握和连续轨迹掌握机械手等；机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产 线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的掌握装 置；有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危急物品的主从式操作手也常称为机械手；本文利用 MCGS 全中文通用工控组态软件和基于MCGS 全中文组态软件开发的运算机监控 PLC 模拟试验系统软件
10、实现机械手的仿真；机械手模拟掌握窗口图 2.1 所示；图 2.1 中机械手可抓紧、放送工件,可上下、左右移动,模拟界面的右侧为按掌握要求设计的操作台；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2.1 机械手模拟掌握窗口2.2 PLC 的概念可编程序掌握器为（ Programmable Logic Controller,简称 PLC）,是在继电次序掌握基础上 发 展起来 的 以微处 理 器为核心 的通用 自动掌握装 置；国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义是：可编程掌握器是专为在工业环境下应用而设计一种数字运算操
11、作的电子装置,是带有储备器、可以编制程序的控制器；它能够储备和执行命令,进行规律运算、次序掌握、定时、计数和算术运算等操作,并通过数字式和模拟式的输入和输出,掌握各种类型的机械或生产过程；可编程序掌握器及其有关设备,都应按易于与工业掌握系统形成一个整体,易于扩展其功能的原就设计；PLC 具有牢靠性高、适应面广、掌握性强、操作便利、抗干扰才能强、编程便利、对环境要求低、与其他装置配置连 接便利等特点；在工业自动化掌握系统中占有极其重要的位置；本文选用的PLC 是西门子公司开发的S7-200 系列, PLC 编程软件选用的是 STEP7-Micro/WINv4.0 ；第 3 章 PLC 掌握机械手
12、的系统3.1 I/O 地址安排 I/O 地址安排见表 3.1；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 表 3.1机械手掌握 PLC 输入 /输出（ I/O）安排表下降极限输入M1.1/I1.1 输出Q0.0 M0.0 放松按钮下降电磁阀上升极限M0.1 调试挑选M1.2/I1.2 夹紧电磁阀Q0.1 右移极限M0.2 步进挑选M1.3/I1.3 上升电磁阀Q0.2 左移极限M0.3 连续挑选M1.4/I1.4 上升按钮M0.4/I0.4 单周挑选M1.5/I1.5 右移电磁阀Q0.3 下降按钮M0.5/I0.5 急停按钮
13、M1.7/I0.2 左移按钮M0.6/I0.6 启动按钮M2.0/I0.0 左移电磁阀Q0.4 右移按钮M0.7/I0.7 停止按钮M2.1/I0.1 夹紧按钮M1.0/I1.0 内部储备器的使用空手下降状态M5.1 右移状态M5.4 空手上升状态M5.7 夹紧状态M5.2 重手下降状态M5.5 左移状态M4.0 重手上升状态M5.3 放松状态M5.6 原位状态M4.1 3.2 分析系统的掌握并设计PLC程序由机械手的工作过程可知,这是一个典型的次序掌握系统；为此,可从机 械手的连续工作方式入手编写程序；第一应绘出连续工作时的功能表如图 3.2,然后直接列写规律表达式,用触点线圈指令编程,也可
14、使用置位复位指令或顺 序掌握继电器指令来完成；为了将每一步的工作状态显示出来,动画模拟软件 使用了内部储备器位 M5.1 、 M5.2 、 M5.3 、 M5.4 、 M5.5 、M5.6 、 M5.7 、M4.0 、 M4.1 来分别表示的运行状态；编程过程中,需要留意特殊处理 的问题是、和、步的动作问题,虽然、步都是下降操作,但却具 有不同的意义,步下降是空钩下降,而步下降就是夹着工件下降；、 步的上升操作也是这样；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.2 机械手动作功能表单周期操作的程序实现可在连续工作程
15、序的基础上通过体会修改实现；其 要点是是设法阻挡机械手在一个周期工作终止后自动进入下一周期,一般在下 降的启动回路想方法；单步操作的实现与单周期工作的实现是相像的；即设法在每一步工作终止 后,不是直接启动下一步的工作,而是等待启动按钮的命令后再工作；以上是在同一个次序掌握程序中完成的连续工作、单周期工作和单步工作 的程序编制思路；实际上本文采纳分段跳转的方法来完成这三种操作,这使得 3.3 所示；这种方法编制的程序结构清楚,但程序数量长于前一 程序结构如图 种方法；图 3.3 机械手掌握系统程序结构图第 4 章调试机械手 PLC掌握程序此程序是基于 MCGS 全中文组态软件开发的运算机监控 P
16、LC 模拟试验系统 中的机械手掌握程序设计来编写的,由于该设计对程序的要求没有明确各部位行程开关的地址,所以此程序用定时器T39T42 及其相关触点分别代替了各部位在实际应用中的行程开关,这样使程序可更便利的在 PLC 上单独运行并观看运行情形；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在 Simulation 上经过调试后,程序运行稳固,基本达到设计的要求,对于机电一体化专业同学来说是一个特别不错的学习平台；使同学对 PLC 编程和机械手掌握有较深的明白；第 5 章 结论本文设计的机械手掌握程序,基本上反映了机械手的结构
17、和使用功能,效果直观,可操作性好；在该仿真上采纳了PLC 掌握,基本上可应用于真实机械手中,因而在实践中,可基本脱离现场环境,事先编制出符合要求的掌握软 件,以达到提高实际调试的胜利率,运行在不同的方式下,实现诸多操纵方式 的模拟,克服了仿真软件功能单一,仅以演示为目的的局限性,为教案和科研 供应了较抱负的试验平台,具有有用和推广价值；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 参 考 文 献名师归纳总结 1 钟肇新 . 可编程序掌握器原理及应用. 广州：华南理工高校出版社,2002. 第 10 页,共 23 页2 章文浩
18、. 可编程掌握器原理及试验. 北京：国防工业出版社,2003. 3 张建民 . 机电一体化系统设计. 北京：高等训练出版社,2001. 4 徐国林 . PLC应用技术 . 北京：机械工业出版社,2007.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 致 谢本论文是在张连华导师细心指导下和热忱帮忙完成的；导师在学业上给了 我很大的帮忙,在此我对导师表示诚心的感谢！本论文能够完成,要感谢电工电子系的全部老师,是他们在这三年的时间 里,教会我的专业学问；在我撰写论文期间,得到了我的指导老师的帮忙,在 劳碌的工作之余,赐予我专业学问上的指导,而且教给我学习的方法和思路,使
19、我在论文设计过程中不断有新的熟悉和提高；导师为论文课题的讨论提出了 很多指导性的看法,为论文的撰写、修改供应了很多详细的指导和帮忙；多得 他们的指导和帮忙才使我能完成本论文；我会在以后的工作中为社会作出奉献 去回报他们对我的教诲；期望每个人都和我一样,通过做毕业设计,能够学到 很多的学问与道理,大家都能用一颗热诚的心去投身将来的工作,报效祖国、父母、老师；在本文终止之际,特向我敬重的导师和电工电子系的全部老师致以最崇高 的敬礼和深深的感谢！名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 A 指令语句表LD I1.2 LD
20、 M0.4 名师归纳总结 = M1.2 LPS 第 12 页,共 23 页LD I1.3 AN M0.1 = M1.3 AN Q0.0 LD I1.4 AN Q0.3 = M1.4 AN Q0.4 LD I1.5 = Q0.2 = M1.5 LPP LDN M1.2 TON T37, 100 JMP 0 LD T37 LD I0.4 = M0.1 = M0.4 LD I0.5 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - = M0.5 = M0.6 名师归纳总结 LD M0.5 LD M0.6 第 13 页,共 23 页LPS LPS AN M0.0 AN M0.
21、3 AN Q0.2 AN Q0.3 AN Q0.3 AN Q0.0 AN Q0.4 AN Q0.2 = Q0.0 = Q0.4 LPP LPP TON T38, 100 TON T39, 100 LD T38 LD T39 = M0.0 = M0.3 LD I0.6 LD I0.7 = M0.7 = Q0.1 LD M0.7 LD I1.1 LPS = M1.1 AN M0.2 LBL 0 AN Q0.0 LDN M1.3 AN Q0.2 JMP 1 AN Q0.4 LD I0.2 = Q0.3 = M1.7 LPP LD I0.0 TON T40, 100 = M2.0 LD T40 LDN
22、 C4 = M0.2 A C8 LD I1.0 O C5 O M1.0 AN M0.1 AN M1.1 AN Q0.2 = M1.0 LPS LD M1.0 AN M0.0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - = Q0.0 LPS 名师归纳总结 LPP AN M0.2 第 14 页,共 23 页TON T39, 50 = Q0.3 LD T39 LPP = M0.0 TON T41, 50 LD C2 LD T41 O Q0.1 = M0.2 AN M1.7 LD M2.0 LPS LD M1.7 AN C1 LD Q0.4 = Q0.1 ED LPP
23、OLD TON T37, 50 CTU C1, 6 LD C3 LD C7 AN M0.2 A C1 O C6 LPS AN M1.7 AN M0.3 LPS = Q0.4 AN M0.1 LPP = Q0.2 TON T42, 50 LPP LD T42 TON T40, 50 = M0.3 LD T40 LD M2.0 = M0.1 LD M1.7 LD Q0.1 LD Q0.4 A C4 ED O Q0.3 OLD O M0.2 CTU C2, 2 AN M1.7 LD M2.0 AN Q0.4 LD M1.7 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - -
24、LD Q0.4 LD Q0.4 名师归纳总结 ED ED 第 15 页,共 23 页OLD OLD CTU C3, 3 CTU C8, 1 LD M2.0 LBL 1 LD M1.7 LDN M1.4 LD Q0.4 JMP 2 ED LD I0.2 OLD O M1.7 CTU C4, 4 AN I0.0 LD M2.0 = M1.7 LD M1.7 LD I0.1 LD Q0.4 O M2.1 ED AN I0.0 OLD = M2.1 CTU C5, 5 LD I0.0 LD M2.0 O M2.0 LD M1.7 AN M1.7 LD Q0.4 = M2.0 ED LD M2.0 OL
25、D AN M0.1 CTU C6, 7 AN Q0.2 LD M2.0 LPS LD M1.7 AN M0.0 LD Q0.4 = Q0.0 ED LPP OLD TON T39, 50 CTU C7, 8 LD T39 LD M2.0 = M0.0 LD M1.7 LD M0.0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - O Q0.1 = M0.2 名师归纳总结 AN M1.7 LD M0.0 第 16 页,共 23 页LPS LD T42 AN T38 AN M2.1 = Q0.1 O M1.7 LPP CTU C1, 2 TON T37, 50 LD C
26、1 LD T37 TON T38, 30 AN M0.2 LD M0.1 O T38 AN M1.7 AN M1.7 A T38 LPS LPS AN M0.1 AN M0.3 = Q0.2 = Q0.4 LPP LPP TON T40, 50 TON T42, 50 LD T40 LD T42 = M0.1 = M0.3 LD Q0.1 LBL 2 A M0.1 LDN M1.5 O Q0.3 JMP 3 O M0.2 LD I0.1 AN M1.7 = M2.1 AN Q0.4 LD I0.2 LPS = M1.7 AN M0.2 LD I0.0 = Q0.3 O M2.0 LPP AN
27、M1.7 TON T41, 50 = M2.0 LD T41 LD M2.0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - AN M0.1 O Q0.3 AN Q0.2 O M0.2 LPS AN M1.7 AN M0.0 AN Q0.4 = Q0.0 LPS LPP AN M0.2 TON T39, 50 = Q0.3 LD T39 LPP = M0.0 TON T41, 50 LD M0.0 LD T41 O Q0.1 = M0.2 AN M1.7 LD M0.0 LPS LD I0.0 AN T38 O M1.7 = Q0.1 AN M2.1 LPP CTU
28、 C1, 2 TON T37, 50 LD C1 LD T37 TON T38, 30 AN M0.2 LD M0.1 O T38 A T38 AN M1.7 LPS LPS AN M0.3 AN M0.1 = Q0.4 = Q0.2 LPP LPP TON T42, 50 TON T40, 50 LD T42 LD T40 = M0.3 = M0.1 LBL 3 LD Q0.1 ENDA M0.1 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 附录 B 梯形图程序名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 23 页