【正文】 第一章 概述 ....................................................... 1 選題背景 .................................................... 1 控制系統(tǒng)的選擇 .............................................. 1 可編程控制器（ PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì) ......................... 3 可編程控制器 (PLC)的歷史 ............................... 3 可編程控制器的發(fā)展 與趨勢(shì) ............................. 4 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn) ................................ 4 PLC 的基本功能 ......................................... 5 PLC 的特點(diǎn) ............................................. 5 PLC 的分類 ............................................. 6 可編程控制器的組成和工作原理 ................................ 6 可編程控制器的硬件組成 ................................ 6 可編程控制的軟件系統(tǒng)和程序 ............................ 8 可編程控制器的工作原理 ................................ 8 第二章 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................... 9 系統(tǒng)描述 .................................................... 9 機(jī)械手分選裝置及工作方式 ................................... 12 大小球分選系統(tǒng)示意圖及操作面板 ............................. 13 機(jī)械手大小球分選設(shè)備的控制要求 ........................ 14 PLC 的外部接線圖 ...................................... 15 PLC 的工序圖、梯形圖、指令表 ............................... 16 IST 指令與程序的組成 .................................. 16 （ SFC）圖 .................................... 16 機(jī)械手“梯形圖”程序 —— 匯總 .......................... 18 指令運(yùn)用與說明 ........................................ 24 PLC 編程元件明細(xì)表 .....................................27 操作原理簡(jiǎn)要說明 ........................................... 28 第三章 調(diào) 試 ................................................... 30 上機(jī)調(diào)試 ................................................... 30 軟件與硬件的調(diào)試 ........................................... 31 軟件的調(diào)試 ........................................... 31 硬件的調(diào)試 .............................................31 結(jié) 束 語 .......................................................... 32 致謝 ...............................................................33 參考文獻(xiàn) ....................................................................34 Abstract .......................................................... 35 機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)是研制自動(dòng)化程度高、工作可靠、穩(wěn)定的機(jī)械手控制系統(tǒng)，使其完成分揀大小球的全自動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)。 本文闡述了應(yīng)用三菱公司的 具有高性能價(jià)格比的微型可編程控制器 FX系列 PLC的自動(dòng)分揀大小球控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了學(xué)習(xí)中講述的可編程控制器（ PLC）的多方面的設(shè)計(jì)知識(shí)和方法，再加上步進(jìn)電機(jī)兩者巧妙的配合精確的實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手從圓點(diǎn)的上升、伸臂、判斷、下降、抓取、擺動(dòng)、下降、釋放還原等一系列的動(dòng)作完成這一工序。這一控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，充分體現(xiàn)了 PLC系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，以及根據(jù)設(shè)計(jì)和不同的需求改變數(shù)據(jù)和狀況，還可以使其應(yīng)用的范圍更加廣泛。 由于設(shè)計(jì)者得知識(shí)范圍及經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中必有紕漏，給予批評(píng)改正。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器（ PLC） 機(jī)械手 分揀大小球自動(dòng)控制統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 0 頁 共 35 頁 第一章 概述 選題背景 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 , 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心 ,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí) , 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序 , 通常仍 采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低 。 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜 , 需較多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動(dòng)干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。可編程序控制器 PLC 控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力 , 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ,降低了維修率 , 提高了工作效率 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多 個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 在工資水平較低的中國， 分揀 行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，機(jī)械手的使用已經(jīng)越來越普及。 那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)也開始對(duì)機(jī)械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn) 。 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、 分揀流程越來越節(jié)約勞動(dòng)力 ,可見 機(jī)械手的大力開展有著很重要的意義。 控制系統(tǒng)的選擇 從滿足機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、擴(kuò)展性、和可靠性、穩(wěn)定性方面考慮，目前常見的機(jī)械自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要有單片機(jī)控制、 PLC 控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制以及繼電器控制等類型。 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔 8 位、 16 位單片機(jī)的普及，單片機(jī)軋管系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā) 能力。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)機(jī)械手分揀系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持。利用通用計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源來支持機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行工作，具有自開發(fā)能力，有較強(qiáng)的可視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更適合于計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 第 1 頁 共 35 頁 繼電器控制裝置是采用硬邏輯的方式，一個(gè)繼電器線圈的通斷將會(huì)同時(shí)影響該繼電器的所有常開常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，同觸點(diǎn)在控制線路的位置無關(guān)。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持。價(jià)格相對(duì)便宜，但是性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制功能。 PLC是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有 機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)如下： (一 ) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。 2. 各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。 3. 在 PLC 電路中設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來。 4. 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5. 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6. 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 7. 大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高。 (二 )豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如： ? 交流或直流； ? 開關(guān)量或模擬量； ? 電壓或電流； ? 脈沖或電位； ? 強(qiáng)電或弱電等。 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如： ? 按鈕 ? 行程開關(guān) ? 接近開關(guān) ? 傳感器及變送器 ? 電磁線圈 ? 控制閥 直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 (三 ) 采 用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 王波：機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 35 頁 (四 ) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (五 ) 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 使用方便。 PLC 的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。 PLC 的功能有： (一 ) 邏 輯控制 (二 ) 定時(shí)控制 (三 ) 計(jì)數(shù)控制 (五 ) PID 控制 (六 ) 數(shù)據(jù)控制 PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。 (七 ) 通信和聯(lián)網(wǎng) (八 ) 其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT模塊。 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。 鑒于 PLC 的諸多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要，選擇日本三菱公司的 S7200系列可編程序控制器。 SIMATIC S7200 系 列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格比的小型可編程控制器，由于它具有控制能力強(qiáng)、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。 可編程控制器（ PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì) 可編程控制器 (PLC)的歷史 可編程控制器（ Progremmable Controller,PC）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（ Programmable Logy Controller） .這時(shí)的 PLC 基本上是（硬）繼電 器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。 國際電工委員會(huì)（ IEC） 與 1987年 2月 在頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其一步定義2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造