课程名称：专业方向课程设计

设计题目：基于PLC机械手控制系统设计

一．系统硬件要求：

1、配置S7-200PLC的CPU模块和输入输出模块（考虑余量） 2、配置控制面板，用档位开关

3、配置2位LED数字管显示工件数量

二．系统功能要求：

1、在2位LED数码显示器机械手所抓工件数（假设最大工件数为99个，达到99个工件数自动复位）。

2、控制面板按键功能定义，以实现机械手的手动（回原点、调试），自动（单步、半自动、全自动），并用指示灯指示工件所处的状态。

3、用于主态元件设计实时监控画面（只作全自动模式时的监控画面）

三．工艺过程：

机械手工作过程：

机械手在生产线上的任务是将工件从A处传送到B处。根据外界情况，机械手在空间上主要进行以下动作：机械手下降，机械手抓紧工件，机械手与工件上升，机械手与工件有右移，机械手与工件下降，机械手放松工件，机械手上升，机械手左移。控制器检测上，下，左，右限位开关的通断，决定当前的动作，通过驱动系统输出，控制机械手的动作。同时，用两位数码管显示搬运工件的数量。 （1）启动控制有2种，1个由启动开关安装在现场，1个由通过组态王软件控制。在控制面板上，安装一个档位开关，分手动和自动两大档位，手动挡包括调试和回原位两档，自动挡分单步、半自动和全自动三档，要求自动挡的操作必须在回原位的基础上才能进行。

原位 下降 夹紧 上升 右移

左移 上移 放松 下降

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四． PLC简介

可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。

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PLC的基本结构如下图所示：

五． PLC的工作原理

1.1输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 1.2程序执行阶段

在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 1.3 输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

六．机械手的PLC控制

1.1 控制特点

机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完

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成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。

1.2 系统控制示意图

机械手传送工件系统示意图，如图1所示

图1 机械手传送示意及操作面板

1.3 输入和输出点分配表及原理接线图

名 称 启动 下限行程 上限行程 右限行程 左限行程 停止

代号 输入 SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB2 X0 X1 X2 X3 X4 X5 名 称 夹紧 放松 单步上升 单步下降 单步左移 代号 输入 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 名 称 电磁阀下降 电磁阀夹紧 电磁阀上升 电磁阀右行 电磁阀左行 原点指示 代号 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 EL 输出 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 4

单步右移 SB10 手动操作 连续操作 SB3 SB4 X6 X7 回原点 工件检测 SB11 SQ5 X16 X17 表1 机械手传送系统输入和输出点分配表

1.4 操作系统

操作系统包括回原点程序，手动单步操作程序和自动连续操作程序，如图3所示。

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