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1、目录摘 要 IAbstract II一、设计要求 1二、设计的作用目的 2三、所用仪器设备及软件 31. 可编程控制器（PLC） 32. THPFSL-2型网络型可编程控制器综合实训装置43. 三菱 GX-DeveloperPLC 编程软件5四、系统设计 61 .系统总体设计 62 .子模块设计 72. 1 PLC 选型72.2 电源模块 82.3 外部位置检测装置82.4 液压驱动装置 83. 机械手PLC控制系统的电气设计93. 1 I/O 口信号及点数分析93. 2 I/O端口分配及功能表94. PLC 外部接线图105 .系统程序框图 1 1五、实验调试结果121. 调试工具 122.
2、 调试方法 123 .时序图 1 3六、设计中的问题及解决办法13七、设计心得14八、致 谢 14九、参考文献 15附录一：梯形图程序16机械手 PLC 控制系统摘要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它可在空间抓、放、 搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。应用PLC控制机械手能 实现各种规定的工序动作，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善 劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十 分重要的意义。本文介绍了机械手的工作过程，采用三菱 FX2N 系列可编程控制器实现对机械手工作 过程的控制，给出了
3、系统的工作过程示意图、顺序功能图、I/O分配，系统采取了响应的 保护措施。关键词：机械手；PLC ；控制The Control System of Manipulator with PLCAbstractThe manipulator is a new device developed in the mechanized, automatic production process. It can grab, put and carry object, etc. in the space. Because of its flexibility, the manipulator is widely
4、 used in industrial producing and other fields. Manipulator with PLC control can complete various specified procedural actions. Not only can it enhance quality and out put, but also it is meaningful to ensure the personal security, improve the working environment, lower labor intensity, raise labor
5、productivity, save the raw materials consumption and reduce the production cost .This paper deals with the procedures of manipulators, and to design its control system with the series of MITSUBISHI FX2N PLC. The technology flow chart, sequential function chart, ladder diagram, and I/O assignation ar
6、e given. The system adopts corresponding protecting measure.Key words: manipulator; PLC; control机械手 PLC 控制系统本课题主要研究一个机械手PLC控制系统，用PLC控制机械手搬运工件。设该机械手 是一个水平/垂直位移的机械设备，起始于原位，工作时将工件从左工作台搬运到右工作 台，周而复始地完成工件的搬运操作。一、设计要求本控制系统是将工件由A处传送到B处的机械手（如图1所示），上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机 械动作，例如：一旦
7、下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的 下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动 气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、 右限位开关。*右移图 1 机械手外形示意图本机械手PLC控制系统的工作过程共有八个动作，即为：原位一下降一抓物一上升一右 移f下降f释放f上升f左移，并如此反复。要求：1、机械手在一个工作周期内完成以上 8 个动作；2、机械手上下左右运行到位由行程开关控制；3、机械手抓物时加紧电磁阀得电，放物时断电。二、设计的作用目的机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型
8、装置。在现代生产过程中， 机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发 殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械 化和自动化的有机结合。机械手可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上 兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。虽然目前还不如人手那样灵活， 但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特 点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。机械手的研究意义可以简述如下：（1）可以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装
9、卸、刀具的更换以及机器的装配等的自 动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（2）可以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及 工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部 分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由 于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。（3）可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可 以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在
10、自动化机床的综合加工自动线上， 目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作 生产。本课题设计的机械手PLC控制系统，用PLC控制机械手搬运工件。该机械手工作时将工件从左工作台搬运到右工作台，并周而复始地完成工件的搬运操作。三、所用仪器设备及软件1可编程控制器（PLC）三菱FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩 展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功 能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）有功能很强的数学指令集。通过通信扩展板或特殊 适配器可实现多种通信和数据链接。图2
11、FX2N系列PLC外部硬件结构图FX2N系列PLC具有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严 格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公 司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无 故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用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，故障也就大大降 低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软 件中，应用者还可以
12、编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备 也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模 的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有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，使PLC渗透到了位置控制、温度 控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信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得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面
13、向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言 易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近， 只用PLC的少量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。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打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计 及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序 改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的
14、品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数 瓦。由于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2THPFSL-2 型 网络型可编程控制器综合实训装置“THPFSL-2型网络型可编程控制器综合实训装置”集可编程逻辑控制器、变频器、GX Developer编程软件、仿真实训教学软件、实训模块、实物等于一体。在本装置上，可直观 地进行PLC的基本指令练习、多个PLC实际应用的模拟及实物控制。装置配备的主机采用日 本三菱FX系列可编程控制器，配套SC-09通信编程电缆、三相鼠笼异步电机，并提供实训 所需的各种电源。THPFSL-2型网络型可编程控制器综合实训装置由以下几个部分
15、组成：（1）交流电源控制单元三相五线380V交流电源经空气开关后给装置供电，电网电压表监控电网电压，设有带 灯保险丝保护，控制屏的供电由急停按钮和启停开关控制、同时具有漏电告警指示及告警复 位。提供三相四线380V、单相220V电源各一组，由启停开关控制输出，并设有保险丝保护。（2）定时器兼报警记录仪 定时器兼报警记录仪，平时作时钟使用，具有设定时间、定时报警、切断电源等功能；还可自动记录由于接线或操作错误所造成的漏电告警次数。（3）直流电源提供DC24V/1A、DC5V/1A各一路，带自我保护及恢复功能。（4）数字量给定及指示单元提供钮子开关4只，提供高亮发光二极管8只（8,共阳接法）、LED数码管1只、方 向指示器1只、直流24V继电器若干；以上输入给定及输出指示器的所有控制端均以弱电座 的形式引至面板上，方便操作者搭建不同的控制系统。（5）模拟量给定及指示单元提供1路DC 015V可调输出、1路DC 020mA可调输出；可作为PLC模拟量实训给 定值及其它控制信号使用。提供1只直流电压表（量程0200V）、1只直流电流表（量程0 200mA），用于指示各种模拟量信号。3.三菱GX-Developer PLC编程软件本机械手PLC控制系统采用GX-Developer进行编程调试。GX-De
