机电一体化毕业论文

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1、毕业设计论文名称：PLC 机械手控制设计系部：机车车辆学院专业：机电一体化班级:3131姓名：全伟指导教师:刘伟二 O 一六年 一月目录第一章 PLC 机械手控制设计。.。31。1 摘。3要 。.。.。.。.。1。2 引o o o o o o o o o o o o o4第二章 PLC 的概述42。1 PLC 的基本知识.4。.72.2 PLC 的应用与前景 .5 第三章 PLC 的编程语言 。.73.1 梯形图编程语言3.2 功能块图编程语言第四章 PLC 控制机械手的设计.94。1机械手在工业生产中的应用 94.2各电器设备的制方式及控制要求。 .104。 3 电器元件设备的选择 124。

2、 4 控制系统的软、硬件设计 。 134。 5 功能表图设计 。26第五章 设计小结33参考文献 .。.。34。.35PLC 机械手控制设计1.1 摘要： 当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变革的时代.从半导体 到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行业等多种不同的工业 领域都面临着日益激烈的全球竞争压力当今的自动化技术发展迅速，正处于一个快速变 革的时代。从半导体到消费类电子产品、再到汽车和航空制造业、以及轻工业和物流行 业等多种不同的工业领域都面临着日益激烈的全球竞争压力，他们需要进一步降低成 本、缩短产品生产周期，并能够迅速完成产品的更新换代。采用最新的自动化技术

3、才是 解决这一系列问题的有效手段。本次论文明确了机械手的功能需求和动作流程通过查找了大量资料，了解完成了布 进电机和驱动器的选型.通过对机械手制作流程的分析，确定采用 PLC 为核心的控制系 统。在对机械手的分析设计部分梯形图及控制程序，完成PLC的I/O点分配和硬件接线 图。关键词:机械手,步进电机，可编程序控制器引言机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组 成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的 冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展.传统冲压生产过程中的手 工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要

4、。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到 生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送.因此，它能大大地 改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此,受到各先进单 位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的 场合,应用得更为广泛.在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到 各工业部门的重视。第二章 可编程控制器的概述2.1可编程控制器的基本知识PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、 功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类根据1 PLC

5、 的结构形式可将 PLC 分为整体式和模块式两类（1）整体式 PLC整体式 PLC 是将电源、 CPU、 I/O 接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC 一般采用这种整体式机构。整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口， 与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元 内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展（2）模块式 PLC模块式PLC是将PLC各组成部分

6、分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O 模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和各 种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可 根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC 一般 采用这种模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式 PLC其CPU，电源,1/0接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并 且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置,还可以做的体积小巧。2 按功能分根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中,

7、高档次(1) 低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能还可以少 量模拟量输入/输出,算术运算,数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制,顺序控制或少 量模拟量控制的单机控制系统。(2) 中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算，数据传 送和比较；数据转换，远程I/O,子程序，通信联网等功能，有些还可增设中断控制,PID 控制等功能，适应于复杂控制系统.(3) 高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运 算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等高档PLC具有更 强的通信联网功能，可用于大规模过

8、程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动 化.3 按 I/O 点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类(1)。型PLC-I/0点数256点，单CPU，8位或16微处理器，用户存储器容量4K字以 下CE-I 型TI100F、 F1、 F2C20 C40SF200EX20 EX40SR-20/21美国通用电气(GE)公司美国德洲仪器公司日本三菱电气公司日本欧姆龙公司德国西门子公司日本东芝公司中外合资无锡华光电子工业有限公司(2).中型-点数2562048点，双CPU，用户存储器容量2-8KS7300SR-400SU-5 SU-6C-500德国西门子中外合资无锡华

9、光电子工业有限公司德国西门子公司日本立石公司CE-mGE公司(3).大型PLCI/O点数2048点，多CPU, 16位、32位处理器，用户存储 器容量 816KS7-400德国西门子公司GEIVGE 公司C-2000立石公司K3三菱公司2.2 可编程控制器 PLC 的应用与前景目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，汽车， 轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格的不断提高，器应用领域不断 扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面：2。2。1 强量逻辑运算利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统的继电器 控制用于单片机控制，

10、多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机印刷机械，装 配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的 应用领域.2. 运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能 广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械.机器人等进行运动控制.3. 过程控制大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。有的小型PLC也具有 模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环 控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和 速度控制等方面。4. 数据处理现

11、代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的 采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC 设备进行处理。5. 通信联网PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机,PLC与其它智能设备之间的通信,PLC 系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信 息的交换和构成集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化(FA)系 统发展的需要.2。2.2 国外 PLC 发展概况PLC在问世以来，经过40多年的发展。在美、德国等工业发达国家已成为重要的产 业之一,世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品

12、种不断翻新,产量产值大幅度上 升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通 用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：西门子公司；法国 TE施耐德公司。韩国：三星、LG公司等PLC 的发展前景(1) 产品规模向大小两个方向发展大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速 度快高速；小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本;(2) PLC 在闭环过程中应用日益广泛；(3 不断加强通讯功能；(4) 新器件和模块不断推出第三章 可编程控制器的编程语言3.1可编程控制器的几种编程语言可

13、编程控制器的编程语言按 IEC61131-3 国际标准来分主要包括图形化编程语 言和文本化编程语言。图形化编程语言包括:梯形图(LD-Ladder Diagram)、功能块图 (FBD-Function Block Diagram)、顺序功能图(SFCSequential Function Chart). 文本化编程语言包括：指令表(ILTnstruetion List)和结构化文本(ST-Struetured Text).这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言。而SFC编程语言则在两类编程语 言中均可使用.下面分别来介绍这几种编程度语言。3.1.1 梯形图编程语言(LDLadder

14、Diagram)梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述，是PLC编程中被最广泛使用的一种 图形化语言，由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图，便于理解,因此许多编程人 员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子,故名梯形 图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线，左侧的电力轨线名义上为功率流从左 向右沿着水平梯级通过各个触点、功能、功能块、线圈等提供能量，功率流的终点是右 侧的电力轨线每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个实际设 备的状态，一个简单的梯形图程序如图1所示：图3.1梯形图程序示例梯形图的每个梯级表示一个因果关系，事件发生的条件表示在梯形的

15、左面，事件 发生的结果表示在梯级的右面。梯形图编程语言具有如下特点：(1) 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；(2) 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；(3) 对于复杂控制系统描述,仍不够清晰；(4) 可读性仍不够好。几乎所有PLC厂商提供的PLC都支持梯形图编程语言,而且都比较容易理解，只 是在梯形图结构上可能稍有变化.比如西门子的S7系列梯形图就没有右边的电力轨线。 有时在有此参考书中右边的电力轨线也常常被省略。3.1.2 功能块图编程语言(FBDFunction Block Diagram)功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功

16、能。功能模块用矩形来表示，每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端，右侧有不 少于一个的输出端。功能模块的类型名称通常写在块内，其输入输出名称写在块内的输 入输出点对应的地方.功能模块基本上分为两类:基本功能模块和特殊功能模块。基本功能模块如AND, OR X0R等等。特殊功能模块如ON延时，脉冲输出，计数器等等。功能块编程语言具有以下特点：(1) 以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变的容易；(2) 功能模块用图形化的方式描述功能，较直观易掌握，方便组态，易操作。是有发 展前途的一种编程语言；(3) 对较复杂系统，由于控制功能关系能够比较清晰的描述，因此缩短了编程和调试

17、时间;（4）因为每一个功能模块要占用一定程序存储空间，对功能块的执行需要一定的执行 时间，因此,这种语言在大中型可编程控制器和分散控制系统中应用较广泛。第四章PLC控制机械手的系统设计4。1各电器设备的控制方式及控制要求1机械手的技能和特性 根据古典力学观点,物体在三维空间的静止位置是由三个坐标和绕三轴旋转的角度 来决定的。因此，抓握物体的位置和方向（即关节间的角度）能从理论上求得。据资料 介绍，如果采用的机械手，其机能要接近人的上肢,则需要具有 27 个自由度，而每一个 自由度至少要有一根“人造肌肉”.这样就需要安装 27 根重量轻、小型和高输出力的“人 造肌肉”。就目前的技术状况而言，上述

18、功能还很难办到。而且把机械手的功能搞得那 么复杂,动作彼此严重重叠也是完全不必要的。退一步，如果机械手要求具有完全通用的 程度,那么它的整机、本体、手臂和手指都得有三个直线运动和三个旋转运动，总共就要 有 24 个自由度。这在实际上也是不必要的，这样会使机械手结构复杂，费用增多。因 此，不应盲目模仿人手的动作，增加过渡的自由度，而应根据实际需要的动作，设计出 最少的自由度就能完成作业所要求的动作。所以一般专用的机械手（不包括握紧动作） 通常具有二到三个自由度。而通用机械手一般取四到五个自由度.本设计中设计的机械手,它共有五个自由度.即：手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左 右摆动、手腕回转、手指抓握

19、.2 . 躯干和传动系统 机械手的传动分为液压、气压、电气和机械四种，本设计采用综合传动方式,即手臂 采用电气传动，而手爪则采用气压传动.(1)、夹紧机构 机械手手爪使用来抓取工件的部件.手爪抓取工件是要满足迅速、灵活、准确和可靠 的要求。设计制造夹紧机构-手爪时,首先要从机械手的坐标形式、运行速度和加速度 的情况来考虑。其加紧力的大小则根据夹持物体的重量、惯性和冲击力的大小来计算. 同时考虑有足够的开口尺寸，以适应被抓物体的尺寸变化,为扩大机械手的应用范围，还 需备有多种抓取机构，以根据需要来更换手爪。为防止损坏被夹的物体，夹紧力应限制 一定的范围内，并镶有软质垫片、弹性衬垫或自动定心结构。

20、为防止突然停电被抓物体 落下，还可以有自锁结构。夹紧机构本身则应结构简单、体积小、重量轻、动作灵活和 动作可靠。夹紧机构形式多样，有机械式、吸盘式和电磁式等。有的夹紧机构还带有传感装置 和携带工具进行操作的装置。本设计采用机械式的夹紧机构.机械式夹紧机构是最基本的一种，应用广泛,种类繁多.如按手指运动的方式和模仿 人手的动作,可分为回转型、直进型；按夹持方式可分为内撑式、外撑式和自锁式；按手 指数目可分为二指式、三指式、四指式；按动力来源可分为弹簧式、气动式、液压式等. 本设计采用二指式气动手爪.由可编程控制器控制电磁阀动作,从而控制手爪的张闭.手爪 的回转则用一个直流电动机完成,同时通过两个

21、限位磁头完成回转角度的限位,一般可设 置在 180 度.(2) 躯干 躯干由底盘和手臂两大部分组成。 底盘是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。底盘采用一个直流电动机驱 动，底盘旋转时带动一个旋转码盘旋转，机械手每旋转3 度发出一个脉冲，由传感器检 测并送入可编程控制器,从而计算底盘旋转的角度。同时，在底盘上装有限位磁头，最大 旋转角度可达 270 度。手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手 臂由横轴和竖轴组成,可完成伸缩、升降的运动。手臂采用步进电动机带动丝杠、螺母来 实现伸缩和升降运动。由可编程控制器发出脉冲信号，经步进电动机驱动器驱动步进电 动机旋

22、转，带动滚珠丝杠旋转，完成手臂的运动。改变发出脉冲的个数，可控制手臂的 两个轴运动的距离。同时在两轴的两端分别加限位开关限位。采用丝杠、螺母结构传动 的特点是易于自锁，位置精度较高，传动效率较高。4.2电器元件、设备的选择1 PLC 机型的选择根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定.进行 PLC 选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件 的通用性。对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的PLC都可以满足要求， 如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。当控制速度要求较高、输出有高速脉 冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体

23、管形式输出。对带有部分模 拟量控制的w装置等。2 输入 / 输出的点数：I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总 点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20% 的备用点数。多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程 比较稳定，控制要求比较简单的系统模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功 能模式块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方 便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统.此外，还应考虑用户储存器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、 编程器与外

24、围设备的选择等。本设备控制的对象是一个开关量控制的系统，同时利用脉冲控制步进店动机的运转， 故应采用晶体管形式的输出。松下FPO系列小型PLC具有性价比高、功能完善、指令 丰富等优点，能满足本对象各项控制性能要求，因此，本系统采用松下FPO系列的FPO- C16T 作为基本模块，能输出两路脉冲信号进行步进电动机的控制。由于输入输出点 不够，扩展一个FPO-E16RS模块。3 电源模块的选择:采用Dm150系列开关电源其特点是输出功率大，体积小，重量轻，可靠性高，适 应宽范围的输入电压波动，具有完备的过电压、过电流保护功能。主要参数：输入交流电压：110220V/50Hz、60Hz输出直流电压：

25、24V/6.5A最大功率：156W工作环境：-1040度4 .步进电动机的选择：采用二相八拍混合式步进电动机，主要特点:体积小，具有较高的起动和运行频率，有 定位转矩等特点.型号：42BYGH101。快接线插头中的红色表示A相，蓝色表示B相。使用时如果发现步进电动机转向不对时可以将A相或B相两根线对调.采用中美Zl合资SH系列步进电DiR-rtq 电朮FKEE脱机申平OPM公共阳极A4-A-B-bEi-IjIROPTO餐连输出分等齐好。如下图所示.（ 24-40V）驱动模块电源输入部分由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。信号输入部分：信号源由FPO主机提供。由于FPO提供的电平为24V，

26、而输入部 分的电平为5V,中间加了保护电路.输出部分：与步进电动机连接，注意相序。（2。）传感器采用接近开关作为手爪旋转和底盘旋转限位检测用；采用微动开关作为横轴、纵轴 限位检测用。接近开关：接近开关有三根连接线（红、蓝、黑）红色接电源的正极、黑色接电源 的负极、蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）.（3） FPO 模块由松下FPO系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能，同 时可以输出两路脉冲控制两台电动机的优点。输出两路脉冲梯形图及 f/t。（4）直流电动机采用36ZY5-12型直流电动机。输入电压

27、为1224V,由FPO模块控制电动机正反转。（5）旋转码盘机械手每旋转 3 度发出一个脉冲。4。3 控制流程图机械手工作流程图如下图所示。把可编程序控制器主机上的 RUN-PROG 的开关 拨在 RUN 上,如果机械手不在初始位置上，步进电动机开始运转（横轴向手爪那边移 动，竖轴向上移动）。归位后首先横轴步进电动机工作,横轴前伸；前伸到位后，手抓 电动机得电带动手爪旋转；当传感器检测到限位磁头时，电动机停止，PLC控制电磁 阀动作,手张开；延时一段时间,竖轴步进电动机工作，竖轴下降；下降到位后，电磁 阀复位，手爪加紧;延时过后，竖轴上升,同时横轴缩回、底盘都到位后,横轴前伸;到位 后手爪旋转，

28、然后竖轴下降，电磁阀动作，手张开；延时后竖轴上升复位；然后开始 下一周期动作.图4。1机械手控制流程图4。4控制系统的软、硬件设计1控制系统硬件设计PLC硬件设计是指PLC外部设备的设计.在硬件设计重要进行输入设备的选择（如 控制按钮、开关及计量保护装置的输入信号等），还有执行元件的选择以及控制台、柜 的设计等。硬件设计还包括PLC输入/输出通道的分配，为便于程序设计和阅读,常作出 I/O通道分配表，表中包括有I/O编号、设备代号、名称及功能等。机械手控制系统电 器原理图。可编程序控制器采用松下FP系列的FPOC16T作为基本模块，由于输入输出点不够,扩展一个FPO-E16RS模块.由于接近开

29、关有三根线，接线时注意把红色的线接电源的 正极，黑色线接电源的负极，蓝色的线接 PLC 的输入端子。循环、跳转及某些特殊功能指令便可完成梯形图2 控制系统的软件设计 软件设计主要是指编写工艺流程图,即将整个流程分解为若干步，确定每步的控制要求 及转换条件，配合定时、计数、分支 的设计。I/O 地址分配I/O 地址分配如表所示I/O 地址分配一览表输入：输出：X0横轴正限位Y0横轴脉冲X1竖轴正限位Y1竖轴脉冲X2横轴反限位Y2横轴方向X3竖轴反限位Y3竖轴方向X4旋转脉冲Y20手正转X20手正转限位Y21手反转X21手反转限位Y22底座正转X22底座正限位Y23底座反转X23底座反限位Y24电

30、磁阀动作1）。确定输入输出接点的总数输入接点：启动按钮SB、行程开关SQ1SQ4、光电开关SQ5,一共6个。输出接点：YV1YV2总共5个。（2）.估算PC内存总数选取PC类型，PC内存总数取决于程序指令总条数.PC内存总数又是选取PC类型 的重要依据，为此依据下面的经验公式对指令总条数进行估算。 指令总条数=（10-20）*（输入点数+输出点数） 本例中指令总条数为（1020） *（6+5） =110220 条.（3）.输入输出点分配如下图是机械手输入和输出信号与PC输入输出端子的分配图，其中根据需要增加 了机械手回到原位时的指示灯，为了防止误按启动按钮引起机械手的误动作，增加了复位按钮,启

31、动时需要先按复位按钮在按启动按钮,否则机械手不会动作。图4.2机械手PC输入/输出端子的分配(4) 。方案选择考虑到机械手在工作时间时可能发生误动作行程开关而引起的不安全动作，各个输 入开关信号只能在规定的状态发生作用，例如，SQ1的闭合信号只能当机械手位于原位 而且按下SB2后或从原位右移到右位后才能起作用，其他状态时SQ1不起作用。为了 达到这一目的，选择使用移位寄存器来完成顺序控制.3 梯形图设计机械手的控制属顺序控制，采用步进指令，根据说明机器工作状态转换的图形，很容 易进行程序设计.(1)根据机械手的工作方式情况，选择“梯形图的总体设计 单步操作方式时，应执行“单步操作”程序；在选择

32、“返回原位”方式时，应执行“返 回原位”程序；“自动”方式时，应执行“自动”程序，故梯形图的总体构成如下图 所示.其中，自动程序要在启动按钮按下时才执行。台枫 用贰CJFTOOEJP700CJl|701Mi 02自动枉库Ejr701iim图4.3机械手PLC控制梯形图总体构成（2）各部分梯形图的设计通用部分梯形图设计A状态器的初始化:初始状态器S600在手动方式下被置位、复位。当方式选择开关 处于“返回复位（X501接通）时，按下返回复位按钮（X505）时被置位;在“单步操作 （X500接通）时，S600复位。处于中间工步的状态器用手动作复位操作，即在方式选择 开关位于“单步操作”或“返回复位

33、”时，中间状态器同步复位，故初始状态梯形图 如下图示（如果状态器要在供电时从断电前条件开始继续工作，则不需要M71）状态器 初始化梯形图.B状态器转换启动：若机械手工作在自动工作方式下，当初始状态器S600被置位 后，按下启动按钮，辅助继电器M575工作，状态器的状态可以一步步向下传递，即可 以进行转换。在执行“连续操作”程序时，转换启动继电器M575 一直保持到停机按钮 按下为止。另一方面，采用M100检查机器是否处于原位。当M575和M100都接通时, 从初始状态开始进行转换，其梯形图如下图。图4。4状态器转换启动梯形图C状态器转换禁止梯形图：激活特殊辅助继电器M574，并用步进指令控制状

34、态器转 换时，状态器的自动转换就被禁止。在“单周期”工作期间，按下停止按钮时，M574应被激励并保持，操作停止在现 行工步。当按下启动按钮时，从现行工序重新开始工作，M574应复位，即重新允许转换。在“步进”工作方式时，M574应始终工作，此时，禁止任何状态转换。但每按下 一次启动按钮时，M574断开一次，允许状态器转换一步。在“手动”工作方式（单一操作，返回原位）情况下，禁止进行状态转换。在手 动方式解除之后，按下启动按钮，则状态转换禁止解除,M574复位.PLC在启动时，用初始化脉冲M71使M574自保持，以次禁止状态转换，直到按下 启动按钮。状态器转换禁止梯形图如下.K5 0GPLSMl

35、 01K507X5031 1 1M101IKM574K5021 111丿K500II1K501|1MT1|1M574II屮图4。5状态器转换禁止梯形图通过对上图的分析可得出：在执行“单步操作”和“返回原位”程序时,M575 直 不能被接通，而M574长期被接通（按下启动按钮时除外）;执行“步进”程序时，每按 一次启动按钮，M574断开一次，M575接通一次，状态器转换一次；在执行“单周期操 作”程序时，按下启动按钮，M574断开，M575接通，状态器的状态可一步一步向下转 换，直至按下停止按钮时，M574自锁,状态器的状态转换被禁止，操作停止现行工序（再 次按下启动按钮时从现行工序开始工作）；

36、在执行“连续操作”程序时，M575 一直接通 到按下停止按钮，此时M574 一直不能接通。D单步操作梯形图 手动操作方式由于不需要任何复杂的顺序控制，可以用常规 继电器顺序方法来设计梯形图。“单步操作”时，按下夹持按钮时，夹持输出Y431自保 持，只有按下松开按钮时，Y431才会复位;按下上升按钮，上升输出Y432保持接通；按 下下降按钮，Y430保持接通；在上限位按下左行按钮，左行输出Y434保持接通；在上 限位按下右行按钮，右行输出Y433保持接通。单步操作是梯形图如下图。升下降占行右行图4。6机械手单步操作梯形图E返回原位梯形图 在“返回原位”状态下，“夹持与“下降动作应被停止，上 限位

37、未动作时应进行“上升”；上限位动作时，“右行”动作应停止，并左行至左限位位 置。返回原位梯形图如下图。返回松开升左行图4。7机械手返回原位梯形图F “自动”状态梯形图如下图表示了机械手自动工作时执行各工步的情况表明了各工步的实现以及各工步的转换条件。在第一次下降工步中，下降电磁阀Y430接通。 自下限位置时，X401接通，转化为“夹持”过程。在夹持工步中，夹持电磁阀Y431 置位，同时驱动T450。T450接通后，转化为第一次上升.此后执行类似的操作，完成由初 始条件到下一个初始条件的一系列操作。在夹持输出Y431置位后，保持夹持，直到夹持 输出复位松开。如上述一步步按顺序驱动各个负载动作，称

38、为顺序控制或过程步进型控 制。这种控制过程用继电器符号程序很难实现程序设计。图4.8机械手自动工作流程图用状态器替代自动工作流程图中的各工步，可得到如下图所示的功能表图。初始状 态在图中用双线框表示.图4.9机械手自动工作功能表图根据上图所示的功能表图，可设计出自动操作时的梯形图,如下图所示。图4.10机械手自动工作梯形图绘制机械手PLC将控制梯形图将从初始化开始的一系列梯形图，按照总体构成图的形式作何在一起，得到机械手PLC控制的梯形图，如下图所示。主找下隆下降K5 01返回K505IISS&00RS6LILIFG71 (1J6T2 /FG7 0 丁K500 | 退回K501 II初姐化丽1

39、 |昧冲K601K1 03K504K575 K5O?X5LI6停止X4D2 | | 霍4 (H11_ 上限妆左限K5 06 |启对呼IIK502蚩进K5C4连皱HI3J431放抡4-, 快进/1 2 、ISQ3ISQ2工进5. 25. 3-K6-K3_一 X55.4子步结构这些子步序列通常表示整个系统中的一个完整子总能，类似于计算机编程中的子程 序.因此，设计时只要先画出简单的描述整个系统的总功能表图，然后再进一步画出更详 细的子功能表图子步中可以包含更详细的子步这种采用子步的结构形式，逻辑性强，思 路清晰，可以减少设计错误，缩短设计时间。功能表图除以上四种基本结构外，在实际使用中还经常碰到一

40、些特殊序列，如跳步、 重复和循环序列等.(5) 跳步、重复和循环序列除以上单序列、选择序列、并行序列和子步四种基本结构外，在实际系统中经常 使用跳步、重复和循环序列等特殊序列.这些序列实际上都是选择序列的特殊形式。 如下图(a)所示为跳步序列，当步3为活动步时，如果转换条件c成立，则跳过步4和步 5直接进入步6。如下图(b)所示为重复序列，当步6为活动步时，如果转换条件d步成立而条件e成 立,则重复返回步5，重复执行步5和步6.直到转换条件d成立，重复结束，转入步7。如下图（c）所示为循环序列，在序列结束后，即步3为活动步时，如果转换条件e成立, 则直接返回初始步0,形成系统的循环。(b)跳步

41、、重复和循环序列在实际控制系统中，功能表图中往往不是单一地含有上述某一种系列，而经常是上 述各种序列结构的组合.第五章设计小结毕业设计是我们毕业前夕最后也是最重要的一份作业，是对我们三年求学的一个总 结，包含了我们三年中所学知识的积累，更是提升我们能力的一种方式。同时也是对我 们学业的考核使我们的学业得以圆满结束。经过一段时间的设计，可编程控制器和机械手的设计完毕，机械手的模型已设计完 毕，其功能基本达到要求整个系统稳定性好，而且只要修改控制程序，就可以让机械手 作出不同的动作，控制的柔性很好系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进 一步学习与探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控

42、制器进行控制系统的设计与 开发有了深刻的认识，对机械手的工作原理有了进一步的掌握，对控制系统的分析与设计 有了切身的认识和深刻的体会，并在学习和实践过程中增长了知识、丰富了经验。控制系 统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、 系统运行于调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项既复杂又辛苦的工作，同时也 是一个充满乐趣的过程，在设计过程中,要边学习，边实践,遇到新的问题就不断探索和 努力直到问题得到解决.在设计中，体会到理论必须和实际相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用 中却有很多差异，出现了许多意想不到的问题。许多问题都是书本上是这样,而在实际运 用

43、中却很不一样，在经过多次分析修改后，才设计出达到要求的系统.参考文献可编程序控制器的原理及应用 机械工业出版社 主编 王卫兵 可编程序控制器的原理应用试验 机械工业出版社 主编 常斗南 机电传动与控制 华中理工大学出版社 主编 程宪平 数控机床电气控制 西安电子科技大学出版社 主编 姚永刚 机电一体化系统设计 高等教育出版 主编 张建民谢辞紧张充实的毕业设计就要结束了，大学三年的生活也到了尾声 .回想起以往的美好 时光，此时感慨万千,首先感谢指导教师党老师在毕业设计中对我的帮助，鼓励和精心 指导，党老师治学严谨，学识渊博，思想深邃,视野雄廓，关键是指导有方严格我们要 求，为我营造了一种良好的精

44、神氛围。置身党老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕 然一新，也改善了我的思考方式，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理 .其严 以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，令我如沐春风，倍感 温馨。一股暖意细水长流,源自内心而又沐润全身，微言寸语岂能祥诉感激之情，只好 铭记心中,唯有虔诚的祝福导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助 我的师长。同时感谢我的同学在我的毕业设计过程其中对我莫大的鼓励。毕业设计的完 成也算是对我们学习生涯的一个句号，回想三年大学时光,与老师和同学们的点点滴滴, 你们给与我的种种帮助，使我得以今天能顺利完成毕业设计，完成学业。谢谢你们，我 所有的老师与同学。最后衷心的祝愿你们工作顺利、家庭幸福、身体健康！感谢我的朋友和同学们在我三年生活和学习中对我的帮助 ,就要分别了，衷心祝福各位一路走好。再次感谢各位老师和同学，希望大家以后工作顺利。谢谢！