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1、内容摘要随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。本文介绍了S7-200PLC的坐标式机械手的控制系统，利用PLC程序控制机械手实现流水作业。本设计采用西门子公司S7-200系列，CPU224型PLC进行试验，运用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。主要功能是循环的将物件从A地运往B地。该
2、装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术，检测技术等。由PLC接收来自外部的输入信号（包括开关机、限位指令、传感器信号指令等），并控制双线圈二位电磁阀来控制机械手的夹紧或松开。关键词：机械手控制；可编程控制器；S7-200PLC目 录内容摘要I引 言11、总体设计方案31.1 控制要求32、系统的硬件设计52.1 PLC的选型52.2 I/O分配表52.3硬件接线图63、系统的软件设计73.1 程序设计的流程图73.2 程序设计梯形图84、系统调试114.1自动控制调试图114.2手动控制调试图165、设计总结19参考文献20引 言在我国飞速发展的现代化经济中，工业生产力的高低是衡量发展快慢的重
3、要因素。在不断发展的工业经济中，操作工人的生产环境愈加恶劣，这使得在要求提高工人操作技能的同时，也使他们的工作安全也受到了不同程度的威胁。随着一系列现代化设备的推进，大大的减轻了操作工人的劳动强度，对于以前那些操作困难、操作危险的工业操作，都是通过操作工人远程控制自动化设备自动完成生产的。这不但可以避免一些有害物质对操作工人的伤害，还可以提高工厂的生产效率。在各国的工业制造中，机械手技术是应用最为广泛的一种技术1。它能够按照人们的事先要求完成相应的操作，有的机械手还带反馈能力，能够根据生产条件的变化自动的调整生产操作，使生产的质量和稳定性得到提高。目前在一些生产的机床和焊接的行业中，得到大量的
4、应用。机械手的使用不但缩减了工业的生产成本，还提高了工业的生产效率和生产质量，促进了社会的现代化发展。机械手技术是一门涉及多领域的跨学科综合性技术。近年来，机械手的发展越加的迅速，电子技术、计算机技术、传感器技术以及一些最新的技术也在机械手中有了应用。机械手技术的使用，已经是我国的工业发展的重要组成部分。PLC技术能够远程的控制工业生产对象，实现工业的自动化生产。PLC技术在机械手中的应用，在满足完成工业生产操作的同时，也大大的改善了工人的操作环境，提高了产品的质量，对自动化技术的发展有着重要的意义。同时，机械手可以能够借助软件的编程，对不同的生产对象，完成不同的控制，提高了生产的效率。目前，
5、在一些对人力要求较高的工业中，基本上都有使用机械手技术，用来减轻人力的需求和更好的控制，实现产业的最大化。机械手有着40多年的发展历史，是一种类似于机器人的生产设备。它能够完成事先编辑好的操作程序，在各种工业条件都能有条不紊的作业。它有着人的智能性和机器的适应性，在现代化经济发展中有着广阔的前景。机械手是一种能够在各种条件下工作的设备，它的工作主要是模仿人手的操作，并且可以通过改变控制程序实现不同的操作的多功能机器。机械手因其对工业生产具有积极作用而被人们所认识。因它能代替人们在一些条件恶劣的场合，在保证生产质量的同时完成生产工序，大大的提高了工业生产率，受到了各国的强烈重视。尤其在一些带有放
6、射性和强污染性的场合，投入研究的财力和物力更加之多。机械手大致可分为三类。第一类独立机械手，第二类人工操作机械手，第三类专用机械手。独立机械手又可称为通用机械手，独立机械手顾名思义就是独立的不需要人工操作的机械手，而且它不附属于主机，在拥有一般机械手传统功能的同时还拥有记忆智能功能。人工操作机械手简称操作机，它由原子和军事工业发展而来，后来发展到通信行业，在星球的探测中用通信设备控制机械手对星球进行探测。专业机械手是专门用来工厂机床的下料和传送的机械手，它一般附属于自动生产的生产线上或生产机床上，除少数工序外，它的操作工序都是由主机驱动且固定地为主机服务。本设计所设计的机械手属于独立机械手，即
7、通用机械手。1、总体设计方案1.1 控制要求 如图1坐标式机械抓手控制示意图所示，其控制要求主要有： 图1机械手控制示意图 图2工作过程图自动控制流程:1. 接通电源，原位指示灯点亮；开关I0.7常闭闭合；2. 按下启动按钮I0.0，机械手下移；3. 机械手下移到指定位置后抓住D点的工件；并等待10秒；4. 10秒后机械手上移；5. 机械手上移到指定位置后停止上移，并开始左移；6. 机械手左右到指定位置后停止左移，并开始下移；7. 机械手下移到指定位置后停止下移，放开工件并等待10秒；8. 10秒后机械手开始上移；9. 上移到指定位置后停止上移，然后机械手右移，同时传送带开始工作；机械手右移到
8、原位后停止右移，传送带停止工作，然后机械手下移，循环上述动作。10. 当按下停止按钮I0.6后，机械手继续完成一次动作流程后停止在原位。手动控制流程：1. 接通电源，I0.7常闭断开；2. 按下按钮I1.0，机械手下移，放开按钮或者下移到指定位置后停止下移；3. 按下按钮I1.1，机械后上移，放开按钮或者上移到指定位置后停止上移；4. 按下按钮I1.2，机械手左移，放开按钮或者左移到指定位置后停止左移；5. 按下按钮I1.3，机械手右移，放开按钮或者右移到指定位置后停止右移；6. 按下按钮I0.4，电动机启动，传送带工作，直到放开I0.4传送带停止工作；2、系统的硬件设计2.1 PLC的选型S
9、7-200PLC它有四种不同的型号，由于设计要求有13个输入点和7个输出点，因而选择S7-CPU224最为合适。CPU224主机数字量I/O点为14输入/10输出共24个；扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；13KB程序和数据存取空间；6个独立的30KHz高数计数器，2路独立的20KHz高数缓冲输出，具有PID控制器；I/O端子排可能很容易地整体拆卸，是具有较强控制能力的控制器。2.2 I/O分配表输入点输出点名称地址功能名称地址功能SB1I0.0启动按钮HLQ0.6原始位指示灯SQ1I0.1左限位开关YV1Q0.0A臂左移SQ2I0.2右限
10、位开关YV2Q0.1A臂右移SQ3I0.3下限位开关YV3Q0.2B臂上移SQ4I0.4上限位开关YV4Q0.3B臂下移SQ5I0.5E点有无工件YV5Q0.4抓手CSB2I0.6停止按钮YV6Q0.5电动机MCSQ6I0.7自动手动切换按钮SB3I1.0手动下移SB4I1.1手动上移SB5I1.2手动左移SB6I1.3手动右移SB7I1.4手动启动电动机共13输入、7输出2.3硬件接线图 图3 坐标式机械抓手控制系统的PLC硬件接线图3、系统的软件设计3.1 程序设计的流程图 程序设计流程图如图5示： 图5 程序流程图3.2 程序设计梯形图4、系统调试 4.1自动控制调试图图1 初始状态的监
11、控图2 机械手下降的监控状态图3 机械抓手抓住工件监控图图4 T37计时10秒后机械抓手上移监控图图5 机械抓手左移监控图图6 机械抓手下移监控图图7 机械抓手放开工件监控图图8 T38计时10秒后机械抓手上移监控图图9 机械抓手右移并启动传送带监控图图10 机械抓手回到原处并重复上述动作4.2手动控制调试图图1 原位监控图图2 机械手手动下移监控图图3 机械手手动上移监控图图4 机械手手动左移监控图图5 机械手手动右移监控图图6 机械手手动启动传送带电动机监控图5、设计总结在本次设计中，由于第一次运用Microsoft Visio画图软件绘制电气接线图，操作不熟练，需要不断学习如何使用再画图
12、，导致花费的时间非常多，但也收获了一个功能强大的绘图软件的操作方法。其次我对电气的操作规范也有了深刻的认识。在程序设计中首先要总体设计程序思路，然后分块设计。在程序设计中，通过亲自写程序，我更加理解了PLC基本指令的使用方法，也对基本指令的具体运用有了深刻的概念。而且一开始我用的顺控指令，仿真软件不能仿真，再这个问题上我也纠结了很久，一度以为是软件版本过低，在查阅了许多资料后才知道仿真软件有些指令不能仿真，同时我也发现了起保停电路可以代替顺控指令。参考文献1 张晓锋，张静.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：国防工业出版社，2010.2 宋伯生.PLC编程控制指南.北京：机械工业出版社，2007.3 史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社，2004.4 张万忠.可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列).北京：清华大学出版社，2007.5 王鑫.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：电子工业出版社，2010.20
