1、毕 业 设 计题目： 机械手 PLC 控制系统设计河南工业职业技术学院 2摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。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，动作灵活多样，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。PLC 机械手设计主要是依靠限位开关和电磁阀的控制及推动来实现的。机械手的所有动作均采用电控制、气压驱动。它的上升/下降、左移/ 右移和左旋转/ 右旋转均采用双线圈双位电磁阀推动气压缸完成。机械手的动作转换依靠限位开关来控制并且按照一定的顺序
2、动作。在机械手运动的过程中会安装检测灯来检测其运动的启停。本设计所用机械部件有模拟机械手爪，电气方面有可编程控制器（PLC）、开关电源、电磁阀、等部件。按钮发出两路脉冲到机械手驱动，控制它的前后移动由气动阀 Y4 控制，左右移动由气动阀 Y5 控制，左右旋转由气动阀 Y6 控制，夹紧和放松由气动阀 Y7 控制，另外还有启动和停止两个按钮。机械手自动完成全部动作。【关键词】: 电磁阀 限位开关继电器机械手河南工业职业技术学院 3Abstractin the industrial production and other fields, because the job needs,people a
3、re often under the threat of high temperature, corrosive and toxic gases and other factors, the increase in labor intensity, and even life-threatening.Since the advent of mechanical hand, be smoothly done or easily solved the corresponding problems. In space manipulator can be caught, put and carry
4、objects, flexible, applicable to small batch production, production varieties can be switched, widely used in flexible automatic line. PLC design manipulator mainly rely on the limit switch and the solenoid valve control and promote them. The robot moves are all used electrical control, pneumatic dr
5、ive. Its up / down, left / right shift and rotate left / right rotation using a double double coil solenoid valveto promote the completion of the cylinder pressure. The mechanical hand movements depend on the conversion limit switches to control the order and in accordance with a certain action. In
6、the robots movement in the process ofdetection lights will be installed to detect movement of its start and stop. The design of the mechanical components are used in simulation of mechanical hand, there are electric programmable logic controller (PLC), switching power supply, electromagnetic valve,
7、etc A two button drive impulse to the robot, its control before and after moving from Y4 pneumatic valve control, move aroundby the Y5 pneumatic valve control, left and right rotation by the Y6 pneumatic valve control, clamping and relax by the Y7 pneumatic valve control, in addition to start and st
8、op the two button. Automatic completion of all the action of manipulator.keyword: solenoid valve, limit switch relay manipulator河南工业职业技术学院 4第 1 章 绪论1.1 PLC 的发展及其应用PLC 是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数核和算术运算等操作的指令，并能通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应按照易于与工
9、业控制形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。它在很大程度上使得工业自动化设计从专业设计院走进了工厂和矿山，变成了普通工程技术人员力所能及的工作。再加上它体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，PLC 已在工业控制中获得了广泛的应用。比较以前的继电接触器或普通计算机，PLC 具有它的很多优点，如：可靠性高，抗干扰能力强，体积小，重量轻，能耗低，功能完善，易学易用，系统设计、施工、调试周期短等。目前 PLC 已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械
10、制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC 诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的 PLC。PLC 技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的 1 位机迅速发展为 8 位机。随着微处理器 CPU 和微型计算机技术在 PLC 中的应用，形成了现代意义上的 PLC。现在的 PLC 产品已使用了 16 位、32 位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术 PLC 的应用得到进一步发展。权威人士预计，21 世纪，可编程控制器会有更大的发展，从技术上来看，计算机技术的新成果会更多的应用于可编程控制器的设计及制造上，会
11、有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展。从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐备。完美的人机界面、完备通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而河南工业职业技术学院 5打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言。这是有利于可编程技术的发展及可编程产品普及的。1.2 机械手的发展史机械手首先是从美国开始研制的。1958 年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形
12、的。1962 年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为 Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。1962 年美国机械制造公司也实验成功一种叫 Vewrsatran 机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978 年美国 Unimate 公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合
13、研制一种Unimate-Vicarm 型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1 毫米。联邦德国机械制造业是从 1970 年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国 KnKa 公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至 1977 年底，其中一半是国产，一半是进口。目前，工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠工人进行控制；改进的方向主要是降低成本和提高精度。河南工业职业技术学院 6第二代机械手
14、正在加紧研制。它设有微型电子计算控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，是机械手具有感觉机能。第三代机械手则能独立完成工作中过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性制造系统 FMS 和柔性制造单元 FMC 中的重要一环。1.3 机械手前景展望 机械手目前多数应用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按事先制订的程序完成操作，但普通不具备传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，将引起零件甚至机械手本身的损坏。为此，机械手发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，设它拥有一定的传感能力，能反馈外界条
15、件的变化作相应的变更，如位置发生稍些偏差时即能更正，并自行检测。重点是研究视觉功能，将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前的机械制造系统的人工操作状态。1.4 机械手的分类及组成机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。执行机构： 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。 驱动系统： 机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。常用的有液压传动、气压传动、电力传动和机械
16、传动等四种形式。控制系统： 有电气控制和射流控制两种，一般常见的为电气控制。它是机械手的重要组成部分，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们河南工业职业技术学院 7给与机械手的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。位置检测装置：控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的进度达到设定位置。1.5 课题的选题背景和意义伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制
17、成分显得越来越重要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。因此机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。其中的工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，它的发展是由于其积极作用正日益为人们所认识：它能部分地代替人工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的
18、同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。现代工业控制中采用 PLC 控制生产线后，控制系统有以下突出特点，抗干扰性能大为提高，控制精度准确，提高了产品质量；根据工艺要求灵活改变生产流程
19、，扩充系统方便；用一套系统可实现多种控制操作，电路接线简单，调试方便。因此，是产品质量大为提高；减少了残次品，提高了生产效率；节省原材料；降低了工人的劳动强度；维护设备简单，方便了生产，提高了效率。 河南工业职业技术学院 8第 2 章 机械手 PLC 控制系统设计2.1 工艺流程分析 如图 1 所示是一台工件传送的机械手的工作示意图，其作用是将工件从点传递到点。如图 2 所示，是一台工件传送的机械手运动示意图，其作用是：机械手的升降和左右移行作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动液压缸来完成，其中上升与下降对应电磁阀的线圈分别为 YV3 与 YV1，左行、右行对应电磁阀的线圈分别为 YV5 与
20、 YV4。一旦电磁阀线圈通电，就一直保持现有的动作，直到相对的另一线圈通电为止。机械手的夹紧、松开的动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的液压缸完成，线圈(YV2)通电夹住工件，线圈(YV2)断电，松开工件。机械手的工作臂都设有下、上限位和右、左限位的位置开关SQ1、SQ2 和 SQ3、SQ4，夹持装置不带限位开关，它是通过一定的延时来表示其夹持动作的完成。机械手在最上面、最左边的状态为机械手的原位。图 1 简易机械手工作示意图河南工业职业技术学院 9图 2 机械手运动示意图2.2 控制流程图：如图 3 所示图 3 机械手控制流程图第 3 章 机械手的硬件设计3.1 PLC 的选择3.1.1 P
21、LC 机型选择(一) 机型的选择PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二) 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电
22、方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、河南工业职业技术学院 10交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。 (三) 电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一
23、致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四) 存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 （五）冗余功能的选择1控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应 1B
24、1 冗余。 (2)在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、二重化或三重化冗余容错系统等。 2.I/O 接口单元的冗余 (1)控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。(3)根据需要对重要的 I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。 (六)经济性的考虑 河南工业职业技术学院 11选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数
25、值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。3.1.2 PLC 容量的选择 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数
26、字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。3.2 输入输出点分配表及原理接线图PLC 的输入输出控制接线的设计师整个设计中重要环节之一，它和梯形图的设计密切相关，如果忽略，将可能造成使用大量不必要的输入输出数。(1) I/O 分配。将 18 个输入信号、5 个输出信号按各自的功能类型分好，并与 PLC 的 I/O 端一一对应，编排好地址。列出外部 I/O 信号与 PLC 的 I/O 端地址编号对照表，如表 1 所示。表 1 机械手控制系统输入和输出点分配表类别 元件PLC 元件作用 类别
27、元件PLC元件作用SB1 X026 启动 SB12 X00 单步上升河南工业职业技术学院 125SQ1 X001 下限行程 SB13 X010 单步下降SQ2 X002 上限行程 SB14 X006 单步左移SQ3 X003 右限行程 SB15 X011 单步右移SQ4 X004 左限行程 SB8 X007 放松SB2 X027 停止输入（I ）SB9 X012 夹紧SB3 X020 手动操作 YV1 Y000 电池阀下降SB4 X021 回原点 YV2 Y002 电池阀上升SB5 X022 单步运行 YV3 Y003 电池阀右移SB6 X023 单周期 YV4 Y004 电池阀左行SB7 X
28、024 自动 YV5 Y001 电池阀夹紧输入（I ）SB8 X025 原点输出（O ）（2）I/O 接线图与电气图。电源进线和控制变压器接线图如图 4 所示。河南工业职业技术学院 13图 4 电源进线、控制变压器接线图（3）机械手控制的 I/O 的接线图如图 5 所示。 图 5 机械手控制 I/O 接线图3.3 操作面板的设计根据控制要求，其工作方式共有五种，由于五种方式不是同时运行，为了操作明确，要设置切换装置。从人和设备的安全角度上考虑，设备发生紧急异常状态。启动和急停按钮与 PLC 运行程序无关。这两个按钮用来接通和断开 PLC 外部负载的电源。根据控制要求和安全需要，设计控制面板。机
29、械手的操作面板河南工业职业技术学院 14如图 6 所示，选择开关分五档与五种方式对应，上升、下降、左移、放松、夹紧几个步序一目了然。机械手具有手动、自动和回原位五种工作方式，用开关SA 进行选择。手动工作方式时，用各操作按钮（SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9、SB10、SB11）来点动执行相应的各动作；自动工作方式时，动作将自动执行；返回原位工作方式时，按下“回原位”按钮 SB11，机械手自动回到原位状态。图 6 机械手的操作面板图第 4 章 机械手的软件设计4.1 软件的组成及作用PLC 的软件由系统程序和用户程序组成。河南工业职业技术学院 15系统程序
30、由 PLC 制造厂商设计编写的，并存入 PLC 的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC 的用户程序是用户利用 PLC 的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC 的应用中，最重要的是用 PLC 的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于 PLC 是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC 的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC 编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的 PLC 产品采用的编程语言的表达方
31、式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。 以下简要介绍几种常见的 PLC 编程语言。1.梯形图语言梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的 PLC的编程语言，是 PLC 的第一编程语言。如图 7 所示是传统的电器控制线路图和 PLC梯行图a) PLC 梯形图b) 电器控制线路图(a) (b
32、)河南工业职业技术学院 16图 7 电器控制线路图与梯形图从图中可看出，两种图基本表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。PLC 的梯形图使用的是内部继电器，定时计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的2.语句表语言 这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。在 PLC 应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有 CRT 屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列 PLC 操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到 PLC 中。虽然各个 PLC 生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。以下是与图
33、5 中梯形图对应的（FX 系列 PLC）语句表程序。步序号 指令 数据0 LD X1 1 OR Y0 2 ANI X23 OUT Y0 4 LD X3 5 OUT Y1 可以看出，语句是语句表程序的基本单元，每个语句和微机一样也由地址（步序号）、操作码（指令）和操作数（数据）三部分组成。3.逻辑图语言逻辑图是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。4.功能表图语言 河南工业职业技术学院 17功能表图语言（SFC 语言）是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件
34、，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。是用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。5. 高级语言 随着 PLC 技术的发展，为了增强 PLC 的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。近年来推出的 PLC，尤其是大型 PLC，都可用高级语言，如 BASIC 语言、C 语言、PASCAL 语言等进行编程。采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作 PLC，使 PLC 的各种功能得到更好的发挥。4.2 系统初始化初始化对于每一套程序都是必须有的，每一次 PLC 上电或对 PLC 强制复位都要初始化，主要是在程序中使用到的
35、 PLC 各种计数器、定时器、寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。 FX 系列 PLC 的状态初始化指令 IST 的功能指令编号为 FNC60，它与 STL指令一起使用，专门用来设置有多种工作方式的控制系统的初始状态和设置有关的特殊辅助继电器的状态，可以大大简化复杂的顺序控制程序的设计。IST指令只能使用一次，它应放在程序开始的地方，被它控制的 STL 电路应放在它后面。本论文设计系统的初始化程序如图 8 所示，用来设置初始状态和原点位置条件。图 8 系统的初始化程序4.3 继电器功能河南工业职业技术学院 18IST 指令中的 S20 和 S2
36、6 用来指定在自动操作中用到的最小和最大状态继电器的原件号，IST 中的源操作数可取 X、Y 和 M,图 8 中 IST 指令的源操作数X020 用来指定与工作方式有关的输入继电器的首元件，它实际上指定从 X020开始的 8 个输入继电器的意义如表 2 所示。表 2 输入继电器功能对照表输入继电器 功能 输入继电器 功能X020 手动 X024 连续运行X021 回原点 X025 回原点启动X022 单步运行 X026 自动启动X023 单周期运行 X026 停止X020-X024 中同时只能有一个处于接通状态，必须使用选择开关，以保证这 5 个输入不可能同时为 ON。IST 指令的执行条件满
37、足时，初始状态继电器 S0-S2 和下列特殊辅助继电器被自动指定为以下功能，如表 3 所示，以后即使 IST 指令的执行条件变为OFF，这些元件的功能仍保持不变。表 3 特殊辅助继电器、状态继电器功能对照表特殊辅助继电器 功能 状态继电器 功能M8040 禁止转换 S0手动操作初始状态继电器M8041 转换启动 S1回原点初始状态继电器M8042 启动脉冲 S2自动操作初始状态继电器M8043 回原点完成河南工业职业技术学院 19M8044 原点条件M8046 STL 监控有效如果改变了当前选择的工作方式，在“回原点方式”标志 M8043 变为ON 之前，所有的输出继电器将变为 OFF。4.4
38、 手动方式程序的设计手动控制程序如图 9 所示。图 9 手动控制程序手动方式的夹紧、放松、上升、下降、左移、右移是有相应的按钮来完成的，程序相对简单，可用经验法完成。途中上升 /下降，左移/ 右移都有连锁和限位保护。4.5 原点方式程序的设计河南工业职业技术学院 20回原点方式的使用顺序控制设计法，功能图如图 10 所示，S1 是回原点的初始状态。用 S10-S12 作回零操作元件。应注意，当用 S10-S12 作回零操作时，在最后状态中在自我复位前应使特殊继电器 M8043 置 1。回原点方式程序如图 11 的所示。图 10 回原点方式顺序功能图回原点初始状态放松复位下降输出降输出 左移河南
39、工业职业技术学院 21图 11 回原点方式梯形图4.6 自动方式程序的设计自动方式程序的顺序功能图如图 11 所示。特殊辅助继电器 M8041(转换启动) 和 M8044(原点位置条件)是从自动程序的初始步 S2 转换到下一步 S20 的转换条件。M8041 和 M8044 都是在初始化程序设定的，在程序运行中不再改变。自动方式程序的梯形图如图 12 所示。上升结束左移限位河南工业职业技术学院 22图 11 自动方式顺序功能图下降夹紧下限位河南工业职业技术学院 23上升右移下降放松上升上限位右移限位下限位河南工业职业技术学院 24图 12 自动方式梯形图图 12 中 PLC 有关元件注解：S2
40、 自动方式初始状态M8041 状态转移开始M8044 原点位置条件4.7 机械手 PLC 控制系统梯形图根据以先设计的独立初始化程序、手动程序、回原点程序，最终形成一个整体程序。在此本设计使用 IST 指令将各个局部程序连接起来，形成总体程序。使用 IST 指令后，系统的手动、自动、单周期、单步、连续和回原点这几种工作方式的切换是系统程序自动完成的。但必须按照前述规定安排 IST 指令中指定的控制方式用的输入继电器 X20-X26 的元件号顺序。左移上升结束左移限位河南工业职业技术学院 25由于手动、回原点、自动是三种独立的工作方式，而单步、单周期是自动方式中的特殊执行方式，单步、单周、多周可
41、共用一个程序，在自动方式之间切换。因此，机械手控制系统程序结构如图 13 所示。图 13 机械手控制系统程序结构与关联关系根据上述分析，工作方式的切换与运行主要通过 M8040、M8041 的状态和初始态 S 来控制的。所以 IST 指令后机械手 PLC 控制程序如图 14 所示。 河南工业职业技术学院 26河南工业职业技术学院 27河南工业职业技术学院 28图 14 机械手控制系统梯形图参考文献河南工业职业技术学院 291 胡成龙，何琼主编 . PLC 应用技术，湖北科学技术出版社 ,2008.2 王兆义;PLC 在起重机控制中的应用 J;电工技术杂志;2000 年 11 期.3 张彦民,侯
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