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1、运动控制系统论文论文题目：基于 S7-300PLC 的多工作方式机械手控制系统学院：自动化与电气工程学院专业班级：自动化 071姓名：赵常博学号：107031012指导教师：侯北平2010 年 5 月 29 日基于基于 S7-300PLC 的多工作方式机械手控制系统的多工作方式机械手控制系统摘要摘要：采用西门子 S7-300 的可编程控制器（PLC）为主控设备，应用 STEP7 编程软件对机械手进行顺序控制，实现机械手的多工作方式运行。文中 对机械手的运行及 PLC 的控制电路和控制程序等做了较为详细的叙述。 关键词关键词：机械手；多工作方式；PLC在生产线中，通常采用机械手进行搬运工作。而为
2、满足生产的需要，很多 系统要求设置多工作方式，如手动和自动方式；自动方式又包括连续、单周期、 单步、自动返回初始状态等方式。以前的机械手是采用继电器控制器控制气 压系统，其控制系统复杂，大量的接线使系统的可靠性降低，设备的工作效率 下降，自动化程度不高，安全系数低，但是若采用 PLC 进行顺序控制，可以大 大提高系统可靠性，工作效率，使之满足生产过程的要求。1 1、系统工作原理、系统工作原理系统中操作面板、PLC、机械手三者的控制关系如图一所示。操作面板上设 有机械手的五个工作方式以及手动运行时的各个单步按钮如图二所示。操操PLC机机输输反反输输图一 机械手控制框图 图二 机械手操作控制面板图
3、三 机械手工作示意图机械手的五种工作方式通过单刀五掷开关来选择。 （1 1）手动（）手动（I0.2I0.2） 在手动工作方式下（开关旋至 I2.0） ，可以进行 6 种手动控制 （I0.5I1.2） 。 （2 2）回原点（）回原点（I2.1I2.1） 可以使系统返回原点状态，为进入自动工作方式做好准备。 原点状态即系统的初始状态，指系统等待起动命令，进入自动工作方 式之前的静止状态。 此系统原点状态为：机械手在最上和最左位置，且夹紧装置为松开状态。 （3 3）单步）单步(I2.2)(I2.2) 用于系统的调试用于系统的调试 在此工作方式下，从初始步开始，按一下起动按钮（I2.6） ，系统向下转
4、换 一步，完成该步动作后即停止，等待下次起动按钮被按下，再向下转换。 （4 4）单周期（）单周期（I2.3I2.3） 此方式下，按下起动按钮（I2.6） ，从初始步开始执行一个工作周期，返回 并停留在初始步。 （5 5）连续（）连续（I2.4I2.4） 此方式下，按下起动按钮（I2.6） ，从初始步开始连续执行若干个工作周期。 当按下停止按钮（I2.7） ，也要将当前工作周期执行完，返回并停留在初始步。机械手的动作采用气缸驱动，气缸的动作由气动电磁换向阀控制，气压驱 动主要优点：气源方便，一般工厂都由压缩空气站供应压缩空气；由于空气的 可压缩性，气压驱动系统还具有缓冲作用；结构简单、成本低，易
5、于保养。其 动作过程如图三所示。从原点开始，经过下降、夹紧、上升、右移、下降、放 松、上升、左移个动作完成一个循环并回到原点。 2 2、系统程序设计（、系统程序设计（PLCPLC 的梯形图语言，的梯形图语言，SFCSFC 功能图）功能图） 21 机械手 PLC 控制系统 I/O 接线图（如图）机械手的控制分为手动控制和自动控制两种方式。手动控制分为手动和回 原点两种操作。自动操作分为步进、单周期和自动循环操作方式，因此需要设 置一个工作方式选择开关（手动、回原点、步进、单周期、自动循环） ，占 5 个 输入点，手动时设置一个运动选择开关（左，右，上，下，夹，松）占 6 个输 入点，限位开关 I
6、0.1-I0.4 占 4 个输入点；启动按钮、停止按钮占 2 个输入点， 共需 17 个输入点。输出设备有电磁铁 Q4.0、Q4.1、Q4.2、Q4.3、Q4.4，共占 5 个输出点。还设有一个紧急停车开关。2.2 机械手控制系统编程实现 2.2.1 程序的总体结构 在 STEP7 编程软件下建立项目“多工作方式机械手控制” ，在主程序 OB1 中， 用调用功能来实现多种工作方式切换：FC1 无条件调用，供各种工作方式公用； FC2 是手动程序、 FC4 是回原 点程序、 FC3 自动程序包括连续、单周期和单步工作方式。PLC 进入 Run 模式的第一个扫描周期，调用组织块 OB100 ，执行
7、初始化程 序。 2.2.2 组织块 OB100 的初始化程序用于识别系统是否处于原点状态并对其初始化：如果原点条件满足，则初 始步被置位，为进入单步、单周期、连续等自动工作方式做好准备，如果原点 条件不满足，则初始步将被复位，则三种自动工作方式将被禁止。为方便起见，引入原点状态标识位 M0.5，和初始步存储位 M0.0 主程序 OB1 的程序结构 OB100 中初始化程序梯形图2.2.3 公用程序 （1）用于自动和手动方式的相互切换 （2）当系统处于手动或回原点方式，与 OB100 中的处理相同，若满足原点条件， 则 M0.0 被置位，反之被复位。 （3）系统在手动工作方式时，I2.0 常开触
8、点闭合，则通过 MOVE 指令将自动过 程中步的存储位（M2.0M2.7）全部复位。 （4）在非连续工作状态，则将表示连续工作的位标志 M0.7 复位。 2.2.4 手动程序 采用经验设计法设计。手动操作时，用 I0.5I1.2 对应的 6 个按扭控制机 械手的运动（夹、松、上、下、左、右)。公用程序梯形图 手动程序梯形图 2.2.5 自动返回原点程序 自动返回原点 SFC 自动返回原点 LAD 2.2.6 自动工作程序（连续周期工作，单周期工作，单步运行）自动工作 SFC 图 由于自动工作程序复杂。所以在复杂系统中，将存储位控制电路与输出电 路分开设计，避免出错，提高系统的可靠性。 （1）
9、连续周期工作、单周期工作、单步运行三种工作方式的存储位控制电路基于起保停电路设计的连续周期工作梯形图单周期工作方式的控制 单步工作方式的实现 （2）机械手自动工作方式输出电路梯形图3 3、结束语、结束语 机械手是生产线中主要的辅助设备之一，而且经常要求其具备多工作方式 的运行特点，使其满足生产过程的不同需求。用西门子 S7-300PLC 对其进行控 制，简化了繁杂的硬件接线线路，节省了空间，降低了设备的故障率，使控制 具有很强的柔性和功能的可拓展性，使设备的性能稳定，工作可靠，操作简单， 调节方便，显示直观，自动保护等特点，同时 PLC 输出有发光二极管显示，可 清楚地看出其动作过程，以判断机
10、械手动作的正确性，有利于机械手运行的监 控，便于机械手故障的诊断与排除。 4 4、总结、总结在写这篇论文之前，于爱华老师曾带我们看过我们学校的一台由工控机协 调控制机器人加工零件的流水线：由一个机械手取来一个工件，放在传送带上 送至下一个机械手，再由这个机械手取走这个工件放在一旁加工，待加工结束 后取回放到原地点继续向前传送；直到另一个机器人处，进行对加工处的图像 采集，检测加工是否合格，若不合格，由该处的机械手取走，若合格，机械手 不会动作，工件继续前进到终点。 基于此，我想到用自己以前学过的知识 PLC 来控制机械手进行对工件的操 作，为了能使机械手具有可手动调试，单步调试，单周期运行等多
11、种运行方式 的特点，我参考了一些文献，总结出了基于 PLC 的多工作方式的机械手控制， 而且机械手采用的是气压驱动的方式，结构相比之下简单。通过这次论文，我对运动控制技术有了进一步的了解。感觉现在计算机电力电子和传感器技术发展迅猛，各先进国家机电一体化产品大量生产。像汽车， 家电等我们身边的产品每年都有新的进展。所以我觉得以后运动控制还是会保 持机械结构和微电子技术、计算机技术等相结合的机电一体化的发展方向，而 且其性能肯定会越来越好，成本越来越低，控制也会变得越来越灵活。 参考文献：参考文献： 1 大中型 PLC 应用教程， 廖常初，机械工业出版社 2 运动控制系统，张崇巍 李汉强，武汉理工大学出版社 3 高钦和可编程控制器应用技术与设计实例M 北京:人民邮电出版社, 2004 4 蔡自兴机器人原理及其应用M.长沙:中南工业大学出版社，1998.9 5 西门子公司 SIMATIC STEP7-Micro 编程参考手册
