基于PLC控制的机械手设计(毕业论文).pdf

1、毕业设计课 题 名 称 ： PLC 控 制 的 机 械 手 设 计学 生 姓 名 ：指 导 教 师 ：专 业 ：I摘 要可 编 程 控 制 器 是 一 种 以 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 控 制 装 置 。 它 采 用 了 可 编 程 序的 存 储 器 ， 可 以 在 其 内 部 存 储 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 控 制 、 定 时 器 、 计 数 器 和 算 术运 算 等 操 作 的 指 令 ， 并 通 过 数 字 式 、 模 拟 式 的 输 入 输 出 ， 控 制 各 种 类 型 的 设 备 或生 产 过 程 。 可 编 程 控 制 器 结 构 简 单 、 操 作 方

2、 便 、 可 靠 性 高 、 通 用 灵 活 、 体 积 小 、使 用 寿 命 长 ， 在 汽 车 、 钢 铁 、 航 空 航 天 、 船 舶 、 化 工 、 纺 织 、 食 品 、 造 纸 、 军 工等 工 业 领 域 获 得 了 广 泛 的 应 用 。机 械 手 是 工 业 自 动 控 制 领 域 中 经 常 遇 到 的 一 种 控 制 对 象 ， 机 械 手 可 以 完 成 很多 工 作 ， 如 搬 运 物 品 、 装 配 工 件 、 切 割 、 喷 染 等 ， 应 用 PLC 控 制 机 械 手 实 现 各 种规 定 的 工 序 动 作 ， 可 以 简 化 控 制 线 路 ， 节 省

3、成 本 ， 提 高 生 产 效 率 。 为 了 使 动 作 操作 更 加 准 确 ， 加 入 一 些 检 测 元 件 ， 更 加 完 善 的 应 用 于 各 各 领 域 。关 键 词 ： PLC， 机 械 手 ， CP河 南 科 技 大 学IIABSTRACTProgrammable controller is a microprocessor as the core of the industrialcontrol device.It USES the programmable memory, can be in its internal storageto perform the logi

4、c operation, sequence control, timer, counter andarithmetic operation instruction, and through the digital and analog inputand output, the control various types of equipment or the production process.Programmable controller simple structure, convenient operation, highreliability, general flexible, s

5、mall volume, long service life, in car, steel,aerospace, ship, chemical, textile, food, paper making, war industry and soon field has been widely used.Manipulator is in the field of industrial automatic control often met ina control object, robots can do many work, such as carrying things, assemblyw

6、orkpiece, cut, and dyed jet, PLC control realization of different provisionsof the manipulator process can be simplified control circuit, action, to savecosts, improve the production efficiency. In order to make more accurate, joinoperation action some test components, more perfect used in each fiel

7、d.Keywords: PLC manipulator CPUKEY WORDS河 南 科 技 大 学1目 录摘 要 .IABSTRACT.II前 言 错 误 ！ 未 定 义 书 签 。第 一 章 PLC概 述 .21.1 PLC简 介 21.1.1 PLC的 由 来 与 发 展 .21.1.2PLC 的 特 点 及 用 途 31.1.3PLC 的 主 要 技 术 指 5第 二 章 机 械 手 制 作 与 分 析 72.1机 械 结 构 72.2工 艺 过 程 82.3控 制 要 求 10第 三 章 PLC部 分 设 计 133.1分 配 输 入 输 出 设 备 133.1.1PLC 选 型

8、及 I/O接 线 图 .133.1.2 继 电 器 分 配 133.2确 定 PLC的 输 入 输 出 设 备 143.3 设 计 PLC程 序 画 出 梯 形 图 .143.3.1整 体 设 计 .143.3.2 手 动 控 制 程 序 与 自 动 控 制 程 序 15结 论 19参 考 文 献 20致 谢 21河 南 科 技 大 学1摘 要 可 编 程 控 制 器 简 称 PLC， 它 具 备 了 模 拟 量 控 制 、 过 程 控 制 以 及 远 程 通 信 等 强 大 功能 ， 有 近 30年 的 历 史 ， 发 展 极 为 迅 速 。PLC是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境

9、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 ， 在 其 内 部 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 运 算 、 计 时 、 计 数 和 算 术 运 算等 操 作 的 指 令 ， 它 以 接 入 式 CPU为 核 心 ， 通 过 数 字 式 或 模 拟 式 的 输 入 和 输 出 ， 控 制 各种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。 PLC及 其 有 关 的 外 围 设 备 ， 是 很 容 易 与 工 业 控 制 系 统 形 成一 个 整 体 的 。机 械 手 是 工 业 自 动 控 制 领 域 中 经 常

10、 遇 到 的 一 种 控 制 对 象 ， 机 械 手 可 以 完 成 很 多 工作 ， 如 搬 运 物 品 、 装 配 工 件 、 切 割 、 喷 染 等 ， 应 用 PLC控 制 机 械 手 实 现 各 种 规 定 的 工序 动 作 ， 可 以 简 化 控 制 线 路 ， 节 省 成 本 ， 提 高 生 产 效 率 。 为 了 使 动 作 操 作 更 加 准 确 ，加 入 一 些 检 测 元 件 ， 更 加 完 善 的 应 用 于 各 各 领 域 。河 南 科 技 大 学2第 一 章 PLC 概 述1.1 PLC简 介可 编 程 控 制 器 简 称 PLC， 它 具 备 了 模 拟 量 控

11、制 、 过 程 控 制 以 及 远 程 通 信 等 强 大 功能 ， 有 近 30年 的 历 史 ， 发 展 极 为 迅 速 。PLC是 一 种 专 门 为 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 ， 在 其 内 部 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 运 算 、 计 时 、 计 数 和 算 术 运 算等 操 作 的 指 令 ， 它 以 接 入 式 CPU为 核 心 ， 通 过 数 字 式 或 模 拟 式 的 输 入 和 输 出 ， 控 制 各种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。

12、 PLC及 其 有 关 的 外 围 设 备 ， 是 很 容 易 与 工 业 控 制 系 统 形 成一 个 整 体 的 。可 编 程 控 制 器 是 一 种 工 业 现 场 用 计 算 机 。 它 是 为 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 ， 工 业环 境 一 般 办 公 环 境 有 较 大 的 区 别 。 由 于 PLC的 特 殊 构 造 ， 使 它 能 在 高 粉 尘 、 高 噪 音 、强 电 磁 干 扰 和 温 度 变 化 剧 烈 的 环 境 下 正 常 工 作 。可 编 程 控 制 器 是 一 种 通 用 的 工 业 控 制 计 算 机 。 它 的 程 序 是 可 以 控 制

13、不 同 的 对 象 。具 有 更 大 的 灵 活 性 ， 再 加 上 体 积 小 、 工 作 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 、 控 制 功 能 完 善 ，适 应 性 强 ， 安 装 接 线 简 单 等 众 多 优 点 ， 它 可 以 方 便 地 应 用 在 各 种 场 合 。可 编 程 控 制 器 在 短 短 的 30年 中 获 得 了 突 飞 猛 进 的 发 展 ， 在 工 业 控 制 领 域 获 得 了非 常 广 泛 的 应 用 。1.1.1 PLC的 由 来 与 发 展世 界 上 公 认 的 第 一 台 PLC是 1969 年 美 国 数 字 设 备 公 司 研 制 的 。

14、 限 于 当 时 的 元 件条 件 及 计 算 机 发 展 水 平 ， 早 期 的 PLC主 要 分 立 元 件 和 中 小 规 模 集 成 电 路 组 成 ， 可 以 完成 简 单 的 逻 辑 控 制 及 定 时 、 计 数 等 功 能 。 20世 纪 70年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很快 将 其 引 入 可 编 程 控 制 器 ， 使 PLC增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 ， 成 为 真 正 具有 计 算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 20世 纪 70年 代 中 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 进 入 了 实 用 化

15、发 展 阶 段 ， 计 算 机 技 术 已 全 面 引 入 可 编 程 控 制 器 中 ， 使 其 功 能 发 生 了 飞 跃 。 更 高 的 运算 速 度 、 超 小 型 的 体 积 、 更 可 靠 的 工 业 抗 干 扰 设 计 、 模 拟 量 运 算 、 PID功 能 及 极 高 的河 南 科 技 大 学3性 价 比 奠 定 了 它 在 现 代 工 业 中 的 地 位 。 20世 纪 80年 代 初 ， 可 编 程 控 制 器 在 先 进 工 业国 家 中 已 获 得 了 广 泛 的 应 用 。 例 如 ， 在 世 界 第 一 台 可 编 程 控 制 器 的 诞 生 地 美 国 ， 19

16、82年 的 统 计 数 字 显 示 ， 大 量 应 用 可 编 程 控 制 器 的 工 业 厂 家 占 美 国 重 点 工 业 行 业 厂 家 总 数的 82%， 可 编 程 控 制 器 的 应 用 数 量 已 位 于 众 多 的 工 业 自 控 设 备 之 首 。 这 个 时 期 可 编 程控 制 器 发 展 的 特 点 是 大 规 模 、 高 速 度 、 高 性 能 、 产 品 系 列 化 。 这 标 志 着 可 编 程 控 制 器已 步 入 成 熟 阶 段 。 这 个 阶 段 的 另 一 个 特 点 是 世 界 上 生 产 可 编 程 控 制 器 的 国 家 日 益 增多 ， 产 量 日

17、 益 上 升 。20 世 纪 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 控 制 的 需 要 。 从控 制 规 模 上 来 说 ， 这 个 时 期 发 展 了 大 型 机 及 超 小 型 机 ； 从 控 制 能 力 上 来 说 ， 诞 生 了 各种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 ， 用 于 压 力 、 温 度 、 转 速 、 位 移 等 各 式 各 样 的 控 制 场 合 ； 从 产品 的 配 套 能 力 来 说 ， 生 产 了 各 种 人 机 界 面 单 元 ， 通 讯 单 元 ， 使 应 用 可 编 程 控 制 器 的 工业 控 制

18、 设 备 的 配 套 更 加 容 易 。 目 前 ， 可 编 程 控 制 器 在 机 械 制 造 、 石 油 化 工 、 冶 金 钢 铁 、汽 车 、 轻 工 业 等 领 域 的 应 用 都 的 到 了 长 足 的 发 展 。1.1.2PLC的 特 点 及 用 途（ 1） PLC的 主 要 特 点a、 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强高 可 靠 性 是 电 气 控 制 设 备 非 常 关 键 的 性 能 。 PLC由 于 采 用 大 规 模 集 成 电 路 技 术 、严 格 的 生 产 工 艺 ， 内 部 电 路 采 取 了 输 入 输 出 信 号 的 光 电 隔 离 、 滤 波 、

19、 电 源 的 屏 蔽 、 稳压 和 保 护 、 故 障 诊 断 等 先 进 的 抗 干 扰 技 术 ， 具 有 很 高 的 可 靠 性 ， 它 能 在 高 粉 尘 、 高 噪音 、 强 电 磁 干 扰 和 温 暖 变 化 剧 烈 的 环 境 下 正 常 工 作 。 PLC 的 平 均 无 故 障 时 间 可 高 达510万 小 时 以 上 。 从 PLC的 机 外 电 路 来 说 ， PLC构 成 控 制 系 统 ， 和 同 等 规 模 的 继 电 接触 器 系 统 相 比 ， 电 气 接 线 及 开 关 接 点 已 减 少 到 数 百 甚 至 数 千 分 之 一 ， 故 障 率 也 就 大

20、大降 低 。b、 功 能 完 善 、 应 用 领 域 广到 现 在 为 止 PLC已 经 形 成 各 种 规 模 、 系 列 化 的 产 品 。 可 以 用 于 各 种 规 模 的 工 业 控制 场 合 ， 并 能 完 成 决 大 多 数 的 工 业 控 制 任 务 。 PLC所 具 有 的 完 善 的 数 据 运 算 能 力 ， 可用 于 各 种 数 字 控 制 领 域 。 近 年 来 PLC的 功 能 单 元 大 量 涌 现 ， PLC通 讯 能 力 的 增 强 及 人机 界 面 技 术 的 发 展 ， 使 用 PLC组 成 各 种 控 制 系 统 变 的 非 常 容 易 。河 南 科 技

21、 大 学4c、 编 程 简 单 ， 易 学 易 用PLC采 用 和 继 电 器 电 路 图 接 近 的 梯 形 图 语 言 ， 只 用 少 量 的 开 关 量 逻 辑 控 制 指 令 就可 以 方 便 地 实 现 继 电 器 电 路 的 功 能 。 在 工 业 现 场 ， 可 以 使 用 笔 记 本 对 PLC进 行 编 程 。当 PLC联 网 后 ， 可 以 在 网 络 的 任 一 位 置 对 PLC编 程 。 为 不 熟 悉 电 子 电 路 、 不 懂 计 算 机原 理 和 汇 编 语 言 的 人 使 用 计 算 机 从 事 工 业 控 制 提 供 了 方 便 。d、 系 统 安 装 简

22、单 、 体 积 小 、 价 格 低PLC在 存 储 逻 辑 代 替 接 线 逻 辑 、 采 用 模 块 化 的 结 构 ， 大 大 地 减 少 了 控 制 设 备 外 部的 接 线 ， 使 控 制 系 统 设 计 及 建 设 的 周 期 大 大 缩 短 了 。 现 代 集 成 电 路 技 术 的 广 泛 应 用 ，功 耗 仅 数 瓦 。 由 于 PLC体 积 小 很 容 易 装 入 机 械 内 部 ， 是 实 现 机 电 一 体 化 的 理 想 控 制 设备 。 使 得 PLC的 重 量 越 来 越 轻 、 功 耗 也 越 来 越 少 。 在 集 成 电 路 技 术 和 生 产 厂 家 越 来

23、 越多 的 情 况 下 ， PLC的 价 格 也 越 来 越 低 。（ 2） 可 编 程 控 制 器 的 应 用 领 域PLC在 钢 铁 、 石 油 、 化 工 、 电 力 、 建 材 、 机 械 制 造 、 汽 车 、 轻 纺 、 交 通 运 输 、 环保 及 文 化 娱 乐 等 各 个 行 业 的 应 用 也 越 来 越 广 泛 。a、 开 关 量 的 逻 辑 控 制可 编 程 控 制 器 可 实 现 逻 辑 控 制 、 顺 序 控 制 ， 也 可 用 于 单 台 设 备 的 控 制 ， 又 可 用 于多 机 群 控 制 及 自 动 化 流 水 线 。b、 模 拟 量 控 制在 工 业 生

24、 产 过 程 中 ， 有 许 多 连 续 变 化 的 量 ， 如 温 度 、 压 力 、 流 量 、 液 位 和 速 度 等都 是 模 拟 量 。 为 了 使 可 编 程 控 制 器 处 理 模 拟 量 ， 必 须 实 现 模 拟 量 和 数 字 量 之 间 的 A/D转 换 及 D/A转 换 。c、 运 动 控 制PLC可 以 用 于 圆 周 运 动 或 直 线 运 动 的 控 制 。 从 控 制 机 构 配 置 来 说 ， 早 期 直 接 用 开关 量 I/O模 块 连 接 位 置 传 感 器 和 执 行 机 构 ， 现 在 一 般 使 用 专 用 的 运 动 控 制 模 块 。d、 过

25、程 控 制过 程 控 制 是 指 对 连 续 变 化 的 量 进 行 控 制 。 如 对 温 度 、 压 力 、 流 量 等 模 拟 量 的 闭 环控 制 。 作 为 工 业 控 制 计 算 机 ， PLC能 编 制 各 种 各 样 的 控 制 算 法 程 序 ， 完 成 闭 环 控 制 。在 冶 金 、 化 工 、 热 处 理 、 锅 炉 控 制 等 场 合 。e、 数 据 处 理现 代 PLC 具 有 数 学 运 算 （ 含 矩 阵 运 算 、 函 数 运 算 、 逻 辑 运 算 ） 、 数 据 传 送 、 数 据河 南 科 技 大 学5转 换 、 排 序 、 查 表 、 位 操 作 等

26、功 能 。 可 以 完 成 数 据 的 采 集 、 监 测 、 分 析 和 处 理 。 这 些数 据 可 以 与 参 考 值 比 较 ， 完 成 一 定 的 控 制 操 作 。 也 可 以 利 用 通 讯 功 能 传 送 到 其 他 的 智能 装 置 ， 或 将 它 们 打 印 制 表 。 数 据 处 理 一 般 用 于 大 型 过 程 控 制 系 统 ， 如 冶 金 、 造 纸 、食 品 工 业 中 的 一 些 大 型 控 制 系 统 。f、 通 信 及 联 网PLC通 信 含 PLC间 的 通 信 及 PLC与 其 他 智 能 设 备 间 的 通 信 。 随 着 现 代 社 会 计 算 机

27、技 术 的 提 高 ， 网 络 通 讯 技 术 的 不 断 发 展 ， 它 也 将 和 其 他 的 工 业 控 制 计 算 机 组 网 构 成 大型 的 控 制 系 统 ， 在 工 业 及 工 业 以 外 的 众 多 领 域 发 挥 越 来 越 大 的 作 用 。1.1.3PLC的 主 要 技 术 指（ 1） 编 程 语 言 及 指 令 功 能梯 形 图 语 言 、 助 记 符 语 言 在 PLC中 较 为 常 见 ， 梯 形 图 语 言 一 般 在 计 算 机 屏 幕 上编 辑 ， 使 用 起 来 简 单 方 便 。 助 记 符 语 言 与 计 算 机 编 程 序 相 似 ， 只 要 理 解

28、 各 个 指 令 的 含义 ， 就 可 以 像 做 计 算 机 程 序 一 样 写 PLC的 控 制 程 序 。 如 果 两 种 语 言 都 会 使 用 更 好 ，因 为 它 们 之 间 可 以 相 互 转 换 。 PLC实 际 上 只 认 识 助 记 符 语 言 ， 梯 形 图 语 言 是 需 要 转 换成 助 记 符 语 言 后 ， 存 入 PLC的 存 储 器 中 。现 在 功 能 图 语 言 的 使 用 有 上 升 趋 势 。 编 程 语 言 中 还 有 一 个 内 容 是 指 令 功 能 。 衡 量指 令 功 能 强 弱 可 看 两 个 方 面 ： 一 是 指 令 条 数 多 少 ；

29、 二 是 指 令 中 有 多 少 综 合 性 指 令 。 一条 综 合 性 指 令 一 般 就 能 完 成 一 项 专 门 操 作 。 用 户 编 制 的 程 序 完 成 的 控 制 任 务 ， 取 决 于PLC指 令 的 多 少 ， 指 令 功 能 越 多 ， 编 程 越 简 单 和 方 便 ， 完 成 一 定 的 控 制 任 务 越 容 易 。（ 2） 输 入 输 出 点 数输 入 输 出 点 数 是 PLC可 以 接 受 的 输 入 开 关 信 号 和 输 出 开 关 信 号 的 最 大 数 量 ， 值得 注 意 的 是 输 入 点 数 往 往 的 大 于 输 出 点 数 的 ， 且 二

30、 者 不 能 相 互 替 代 。（ 3） 扫 描 速 度 数 是 指 PLC 扫 描 1k（ 1k=1024） 字 用 户 程 序 所 需 的 时 间 ， 通 常 以m s/k字 为 单 位 ， 扫 描 速 度 越 快 越 好 。（ 4） 存 储 容 量存 储 容 量 是 存 放 用 户 程 序 的 存 储 器 的 容 量 。 通 常 用 k来 表 示 。 也 有 的 PLC 直 接用 所 能 存 放 的 程 序 量 表 示 。 在 编 制 PLC程 序 时 ， 需 要 用 到 大 量 的 寄 存 器 来 存 放 变 量 、中 间 结 果 、 保 持 数 据 、 定 时 计 数 、 模 块 设

31、 置 和 各 种 标 志 位 等 信 息 。 这 些 寄 存 器 的 多 少 ，河 南 科 技 大 学6直 接 关 系 到 程 序 的 编 制 ， 该 存 储 器 的 容 量 越 大 ， 就 可 以 编 制 出 更 复 杂 的 程 序 。（ 5） 可 扩 展 性在 现 代 工 业 生 产 中 PLC的 可 扩 展 性 也 显 的 非 常 重 要 。 主 要 包 括 ：a、 输 入 输 出 点 数 的 扩 展b、 存 储 容 量 的 扩 展c、 联 网 功 能 的 扩 展d、 可 扩 展 的 模 块 数另 外 ， 可 编 程 序 控 制 器 的 可 靠 性 、 易 操 作 性 及 经 济 性 等

32、 功 能 指 示 也 受 用 户 的 关 注 。7第 二 章 机 械 手 制 作 与 分 析2.1机 械 结 构下 图 2-1是 某 机 械 手 的 工 作 示 意 图 ， 该 机 械 手 的 任 务 是 将 工 件 从 传 送 带 A搬 往 传送 带 B。图 2-1 机 械 手 的 工 作 示 意 图在 图 2-1 中 ， 机 械 手 的 所 有 动 作 均 采 用 电 液 控 制 、 液 压 驱 动 ， 它 的 上 升 /下 降 和左 移 /右 移 均 采 用 双 线 圈 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

33、前 的 机 械 动 作 ， 直 到 相 反 动 作 的 线 圈 通 电 为 止 。 例 如 ， 当 上 升 电 磁 阀 线 圈 通电 后 ， 机 械 手 上 升 ， 即 使 线 圈 再 断 电 ， 仍 保 持 当 前 的 上 升 动 作 状 态 ， 直 到 下 降 电 磁 阀线 圈 通 电 为 止 。 机 械 手 的 夹 紧 /放 松 采 用 单 线 圈 二 位 电 磁 阀 推 动 液 压 缸 完 成 ， 线 圈 通电 时 执 行 夹 紧 工 件 ， 断 电 时 执 行 放 松 动 作 。为 了 使 动 作 准 确 ， 机 械 手 上 安 装 了 限 位 开 关 SQ1、 SQ2、 SQ3、

34、SQ4， 分 别 对 机 械手 进 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 号 。 另 外 ， 还8安 装 了 光 电 开 关 SP1和 SP2负 责 SP1检 测 传 送 带 A上 的 工 件 是 否 到 位 ， 如 果 有 光 电 开关 SP1监 测 到 有 工 件 出 现 ， 传 送 带 A就 停 止 运 动 。 SP2检 测 传 送 带 B上 的 工 件 是 否 移走 ， 从 而 产 生 无 工 件 信 号 ， 为 下 一 个 工 件 的 下 放 做 好 准 备 。2.2工 艺 过 程机 械 手 的 动 作 顺

35、 序 、 检 测 元 件 和 执 行 元 件 的 布 置 如 图 2-2所 示 。 机 械 手 的 初 始 位置 在 原 位 ， 按 下 启 动 按 钮 后 ， 机 械 手 依 次 完 成 ： 下 降 夹 紧 上 升 右 移 下 降 放松 上 升 左 移 传 送 带 A运 动 （ 检 测 到 有 工 件 停 ） 九 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 关 来 控 制 ， 而 夹 紧 、放 松 动 作 的 转 换 是 由 时 间 继 电 器 来 控 制 的 。为 了 保

36、证 安 全 和 提 高 效 率 ， 机 械 手 右 移 到 位 后 ， 必 须 在 传 送 B上 无 工 件 时 才 能 下降 。 若 上 一 次 搬 到 传 送 带 B上 的 工 件 尚 未 移 走 ， 则 机 械 手 应 自 动 暂 停 等 待 。 同 时 还 检测 了 ， B传 送 带 的 运 动 情 况 。 在 机 械 手 回 到 原 位 后 ， 传 送 带 A运 动 ， 直 到 检 测 到 工 件为 止 。 可 以 降 低 能 耗 和 更 加 准 确 、 更 加 智 能 。 为 此 设 置 了 两 只 光 电 开 关 ， 以 检 测 “ 有无 工 件 ” 信 号 。图 2-2 系 统

37、 结 构对 于 光 电 开 关 SP1和 SP2的 工 作 原 理 ， 首 先 这 两 个 光 电 开 关 的 发 射 光 的 元 件 均 采用 半 导 体 激 光 发 射 器 ， 因 为 半 导 体 激 光 器 是 所 有 激 光 器 中 效 率 最 高 ， 体 积 最 小 的 一 种 。9而 且 采 用 激 光 发 射 器 抗 干 扰 ， 非 接 触 式 动 态 响 应 好 。在 信 号 接 受 方 面 两 者 各 不 相 同 ， 首 先 SP光 电 接 收 器 ， 由 于 其 任 务 是 在 检 测 到 有工 作 时 ， 传 动 带 A才 停 止 运 动 。 机 械 手 才 下 降 。

38、所 以 采 用 如 图 2 3。图 2-3 SP1光 电 接 收 原 理 图图 2 3工 作 原 理 ： 光 照 使 RG电 阻 阻 值 下 降 ， RG电 阻 下 降 三 极 管 导 通 ， 线 圈 KA得 电 ， 触 点 动 作 。 无 光 照 时 ， 使 光 敏 电 阻 阻 值 上 升 ， 三 极 管 截 止 ， 线 圈 KA 失 电 ， 触点 复 位 。 当 SP1接 收 器 接 收 到 光 照 时 ， 说 明 没 有 工 作 ， 传 送 带 A应 得 电 运 动 ， 到 SP1接 收 不 到 光 照 时 ， 说 明 有 工 作 ， 机 械 手 下 降 。 传 送 带 A 受 SP1光

39、 电 开 关 中 KA线 圈 的常 开 触 点 控 制 ， 常 闭 则 控 制 机 械 手 下 降 。SP2光 电 开 关 的 接 收 器 应 如 图 2-4所 示 ：10图 2-4 SP2 光 电 接 收 原 理 图图 2-4工 作 原 理 ： 光 照 光 敏 二 极 管 导 通 ， 三 极 管 发 射 极 无 电 压 ， 三 极 管 截 止 ， 线圈 KA 失 电 。 无 光 照 ， 光 敏 二 极 管 截 止 ， 三 极 管 发 射 极 得 电 压 ， 三 极 管 导 通 ， 线 圈KA得 电 ， 触 点 动 作 。当 SP2光 电 开 关 ， 检 测 到 传 送 带 B上 的 工 件

40、没 有 走 时 ， 机 械 手 受 SP2光 电 开 关线 圈 KA 的 常 开 触 点 控 制 ， 不 能 下 降 。 即 无 光 照 时 （ 有 工 件 ） ， KA 线 圈 动 作 ， 常 闭触 点 断 开 ， 机 械 手 暂 停 。2.3控 制 要 求传 送 带 B上 工 件 的 传 送 不 用 PLC控 制 ， 让 传 送 带 B由 一 台 独 立 的 电 动 机 一 直 的 带动 。 机 械 手 要 求 按 一 定 的 顺 序 动 作 ， 先 画 出 时 序 图 ， 以 便 于 了 解 流 程 图 ， 其 流 程 图 如图 2-5所 示11图 2-5 控 制 流 程 图启 动 时

41、， 机 械 手 从 原 点 开 始 按 顺 序 动 作 。 停 止 时 ， 机 械 手 停 止 在 现 行 工 步 上 ， 重新 启 动 时 ， 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 手 动 方 式 和 自 动 方 式 ， 而 自 动 方 式 又 分 为 单 步 、 单周 和 连 续 工 作 方 式 。12手 动 工 作 方 式 ： 利 用 按 钮 对 机 械 手 每 一 步 动 作 单 独 进 行 控 制 ， 例 如 ， 按 “ 上 升 ”按 钮 ， 机 械 手 上 升 ， 按 “ 下 降 ” 按 钮 ， 机 械 手 下

42、 降 。 此 种 工 作 方 式 可 使 机 械 手 置 原 位 。单 步 工 作 方 式 ： 从 原 点 开 始 ， 按 自 动 工 作 循 环 的 工 序 ， 每 按 一 下 启 动 按 钮 ， 机 械手 完 成 一 步 的 动 作 后 自 动 停 止 。单 周 期 工 作 方 式 ： 按 下 启 动 按 钮 ， 从 原 点 开 始 ， 机 械 手 按 工 序 自 动 完 成 一 个 周 期的 动 作 后 ， 停 在 原 位 。连 续 工 作 方 式 ： 机 构 在 原 位 时 ， 按 下 启 动 按 钮 ， 机 构 自 动 连 续 地 执 行 周 期 动 作 。当 按 下 停 止 按 钮

43、 时 ， 机 械 手 保 持 当 前 状 态 。 重 新 恢 复 后 机 械 手 按 停 止 前 的 动 作 继 续 进行 .13第 三 章 PLC部 分 设 计3.1分 配 输 入 输 出 设 备3.1.1PLC选 型 及 I/O接 线 图根 据 控 制 要 求 ， PLC控 制 系 统 选 用 西 门 子 公 司 ST-200系 列 CPU224和 EM223。3.1.2 继 电 器 分 配根 据 控 制 系 统 外 部 I/O地 址 ， 内 部 辅 助 继 电 器 的 分 配 表根 据 控 制 系 统 外 部 I/O接 线 图 ， PLC I/O地 址 分 配 见 表 3-1所 示 。符

44、 号 控 制 元 件 功 能 描 述I0.0 SB1 启 动I0.1 SQ1 下 限I0.2 SQ2 上 限I0.3 SQ3 右 限I0.4 SQ4 左 限I0.5 SP1 有 工 件 检 测 （ 常 开 ）I0.6 SP2 无 工 件 检 测I0.7 SA1 手 动I1.0 SA2 单 步I1.1 SA3 单 周 期I1.2 SA4 连 续I1.3 SB3 传 送 带 A运 动I1.4 SB4 停 止I1.5 SB5 下 降I2.0 SB6 上 升I2.1 SB7 右 移I2.2 SB10 左 移I2.3 SB11 夹 紧I2.4 SB12 放 松I2.5 SB13 复 位Q0.0 Yv1

45、传 动 带 A运 转Q0.1 Yv2 下 降Q0.2 Yv3 夹 紧Q0.3 Yv4 上 升Q0.4 Yv5 右 移Q0.5 Yv6 左 移14Q0.6 HL 原 位 显 示表 3-1外 部 I/O继 电 器 分 配3.2 确 定 PLC 的 输 入 输 出 设 备CPU224集 成 14个 输 入 和 10个 输 出 共 24个 数 字 量 I/O点 ， 可 连 接 7个 扩 展 模 块 ，最 大 扩 展 至 168路 数 字 量 I/O或 35路 模 拟 I/O点 ， 13KB字 节 程 序 和 数 据 存 储 空 间 。S7-200 系 列 的 CPU224 主 机 有 I0.0 I0.

46、7、 I1.0 I1.5 共 计 14 个 输 入 点 和Q0.0 Q0.7、 Q10 Q1.1共 计 10个 输 出 点 。 CPU224输 入 电 路 采 用 了 双 向 光 电 耦 合 器 ，24VDC 极 性 可 任 意 选 择 ， 系 统 设 置 1MB 为 I0.x 字 节 输 入 端 子 的 公 共 端 ， 2MB 为 I1.x字 节 输 入 端 子 的 公 共 端 。 在 晶 体 管 输 出 电 路 中 采 用 了 MOSFET 功 率 驱 动 器 件 ， 并 将 数字 量 输 出 分 为 两 组 ， 每 组 有 一 个 独 立 公 共 端 ， 共 有 1L、 2L 两 个 公

47、 共 端 ， 可 接 入 不 同的 负 载 电 源 。CPU224PLC有 6个 高 速 计 数 脉 冲 输 入 端 （ I0.0 I0.5） ， 最 快 的 响 应 速 度 为 30KHZ，用 于 捕 捉 经 CPU扫 描 周 期 更 快 的 脉 冲 信 号 。 另 外 ， 还 有 2个 高 速 脉 冲 输 出 端 （ Q0.0、Q0.1） ， 输 出 脉 冲 频 率 可 达 20KHZ.用 于 PTO（ 高 速 脉 冲 束 ） 和 PWMC（ 宽 度 可 变 脉 冲 输出 ） 高 速 脉 冲 输 出 。 扩 展 模 块 EM223， 输 出 16个 点 ， 输 出 16个 点 。 足 以

48、满 足 工 作 要求 。 输 入 接 口 中 有 滤 波 电 路 及 耦 合 隔 离 电 路 。 滤 波 有 抗 干 扰 的 作 用 ， 耦 合 有 抗 干 扰 及产 生 标 准 信 号 的 作 用 。 隔 离 有 保 护 PLC内 部 的 作 用 。此 外 ， 传 送 带 A的 运 动 也 由 PLC控 制 ， 由 于 其 工 作 特 点 就 是 向 一 个 方 向 运 动 ， PLC控 制 的 电 动 机 就 不 需 反 转 。 如 果 ， 要 传 送 带 上 负 载 大 ， 就 用 三 相 电 动 机 。3.3 设 计 PLC程 序 画 出 梯 形 图3.3.1整 体 设 计当 工 作

49、方 式 选 择 手 动 工 作 方 式 时 ， I0.7 接 通 ， 执 行 手 动 工 作 程 序 ； 当 工 作 方 式选 择 开 关 选 择 自 动 方 式 （ 单 步 、 单 周 、 连 续 ） 时 ， I1.0、 I1.1、 I11.2分 别 接 通 ， 执15行 自 动 控 制 程 序 ， 整 体 设 计 的 梯 形 图 （ 主 程 序 ） 如 图 3-2所 示 :图 3-2梯 形 图3.3.2 手 动 控 制 程 序 与 自 动 控 制 程 序（ 1） 手 动 控 制 程 序手 动 操 作 不 需 要 按 工 序 顺 序 动 作 ， 可 以 按 普 通 继 电 接 触 器 控 制 系 统 来 设 计 。 手 动控 制 的 梯 形 图 见 图 3-3所 示 子 程 序 0， 手 动 按 钮 I2.0、 I2.1、 I2.2、 I2.3、 I2.4、 I2.5、分 别 控 制 下 降 、 上 升 、 右 移 、 左 移 、 夹 紧 、 放 松 各 个 动 作 。 为 了 保 持 系 统 的 安 全 运 行 ，设 置 了 一 些 必 要 的 联 锁 保 护 ， 基 中 在 左 右 移 动 的 控 制 环 节 中 加 入 了 I0.2作 为 上 限 连锁 。 因 为 机 械 手 只 有 处 于 上 限 位 置 （ I0.2=1）