PAGE16PAGEIII機械手自動控制系統的PLC實現方法研究摘要機械手是一種多功能機械，能自動定位、控制和編程改變。在工業自動化生產中占有重要地位。傳動方式可采用液壓傳動、氣動傳動、電氣控制等方式。隨著傳感器技術、氣動技術和計算機技術的發展，基于計算機技術的控制技術得到了迅速發展。氣動技術以其經濟、廉價、靈敏度高等優點成為研究熱點之一。本文的控制對象是由三個操縱器組成的一組操縱器。每個機械手完成八個基本動作，三個機械手相互配合。機械手由氣缸驅動，氣缸由電磁閥控制。限位開關檢測操縱器是否達到固定位置。本文以西門子S7-200系列CPU224為核心，對EM221數字輸入模塊和EM222繼電器輸出模塊進行了擴展。機械手的開關信號直接輸入PLC，PLC通過中間繼電器控制電磁閥。在軟件方面，設計了主程序和子程序。主程序控制操縱器組動作，子程序控制每個操縱器動作。關鍵詞：氣動機械手；梯形圖；PLC

ABSTRACTRobotisakindofautomaticpositioningcontrolandreprogrammabletochangethemulti-functionmachines,industrialautomationproductionoccupiesanimportantposition.Drivecanbehydraulictransmission,pneumatictransmissioncanalsobeelectricalcontrolandothermethods.Withthedevelopmentofsensortechnology,pneumatictechnologyandcomputertechnology,thecontroltechnologybasedoncomputertechnologyhasdevelopedrapidly,amongwhichpneumatictechnologyhasbecomeoneofthehotspotsofresearch,whichiseconomical,cheapandsensitive.Thecontrolobjectofthispaperisarobotgroupconsistingofthreehandlingmanipulators.Eachmanipulatorcompleteseightbasicactions,andthreemanipulatorscooperatewitheachother.Therobotisdrivenbyacylinder,whichiscontrolledbyasolenoidvalve.Thelimitswitchdetectsiftherobotreachesafixedposition.Inthispaper,programmablelogiccontroller(PLC)selectsSiemensCPU(SIEMENS)S7-200seriesCPU224,andexpandstheEM221digitalinputmoduleandEM222relayoutputmodule.ThemanipulatoroftheswitchsignaldirectlyintothePLC,PLCrelaythroughthemiddleofthesolenoidvalvetobecontrolled.Insoftware,themainprogramandsubprogramaredesigned.Themainprogramcontrolrobotgroupaction,subroutinecontroleachrobotaction.Keywords:pneumaticmanipulator;ladderdiagram;

目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3國內外研究現狀 11.3.1機械手的發展歷程及現狀 11.3.2氣動機械手概述 32設計方案 42.1機械手的設計 42.1.1氣動搬運機械手的結構 42.1.2氣動搬運機械手的工作原理 42.2氣動搬運機械手群 52.2.1氣動搬運機械手群結構 52.2.2氣動搬運機械手群工作原理 62.3主要內容及達到的目標 63系統硬件電路的設計 83.1PLC的簡介 83.1.1可編程控制器的概念 83.1.2PLC的應用領域 83.2輸入/輸出信號 93.3PLC的選型 113.4I/O地址分配 133.5PLC外部接線 153.6電氣控制原理 184軟件設計 204.1機械手1控制程序 204.2機械手2控制程序 224.3機械手3控制程序 254.4機械手群主程序 27結語 31參考文獻 32致謝 34附錄1PLC程序圖 35附錄2裝配圖 41PAGE171緒論1.1研究背景隨著社會和科學技術的進步，工業生產自動化設備的應用越來越廣泛。機械手的誕生是基于生產技術的不斷改進。它是現代生產與科學技術應用相結合形成的一項重要技術。工業機械手的應用降低了勞動強度，提高了產品加工精度，減少了危險的手工生產，特別是在一些危險行業，如化工生產中的有毒物質，核電站的放射性物質，易燃易爆的生產環境等。煙火等物品非常適合使用。使用操縱器進行生產。在機械工業（鑄造、鍛造、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配等）中也被廣泛使用，如在柔性生產線上使用氣動機械手運輸物料；在機械零件裝配線上，使用機械手抓取零件并與另一零件裝配。這些應用大大降低了勞動強度，促進了安全生產，提高了產品質量，適應了現代生產趨勢，具有很強的生命力。1.2研究意義機械手的驅動方式有氣動傳動、液壓傳動、電氣傳動和機械傳動。壓縮空氣作為氣動技術的介質，具有動作快、穩定可靠、結構簡單、重量輕、體積小、節能、使用壽命長等特點。特別是在控制簡單、維護方便、無環境污染的情況下，氣動技術往往是機械手的首選驅動系統。與其它控制方法相比，氣動機械手具有無污染、抗干擾、成本低、結構簡單、功率體積比高等特點。氣動可編程控制器控制的機械手是現代機電自動化生產線的重要輔助設備。它可以實現六個方向的三維運動：上下、左右、展開。更適合批量生產和柔性制造的現代加工方法。它能按預定的程序和控制要求完成貨物、材料、機械部件的運輸、裝卸、搬運等操作，并能在需要時修改程序，實現動作的改變。1.3國內外研究現狀1.3.1機械手的發展歷程及現狀古代的機械手在古機器人基礎上發展起來的，最早研究機械手及其關節活動等問題的是我國古代機關人的制造者們。現代的機械手研究始于1950年，在這時計算機在人類的生產和生活領域中發揮著日益重要的作用，因此社會對計算機的需求量也不斷增加，這種大規模的需求又反過來推動了自動化技術的進展，后來具備微型計算機控制系統，具有視覺、觸覺和聽覺以及思考能力的機械手得到很大的發展。目前國外已經出現了觸覺和視覺機械手，它通過傳感器和中央處理器聯接，生產過程中出現的各種狀況，它都能準確地進行傳導，從而可以使操作者能迅速全面地掌握生產現場的各種情況，為自動化生產提供強有力的支撐。美國是世界上第一個開展機械手研究和開發的國家。1958年，美國一家合資公司開發出世界上第一臺采用吸附手結構的機械手，是一種生殖記憶操縱器。1962年，美國一家鑄造公司在上述機械手的基礎上，試圖生產一種模擬坦克炮塔運動系統的CNC模型機械手，驅動裝置液壓驅動，以磁鼓為操縱裝置的驅動裝置。機械手在日本的生產和生活以及服務領域發展極快，應用領域極其廣泛，從事機械手研究的科研院所、高校和機械手的生產企業數量十分龐大，在日本機械手的產值可達上千億日元。在國外,工業機械手應用和發展較快的主要是自動化和數控機床、壓力機的上下料和焊接、噴漆以及裝配工序，通常具有一定的傳感功能，能夠隨著外部物理參數的變化做出相應的反應和調整。隨著科技發展水平的日新月異，機械手的領域發展呈現出以下特點：（1）總體性能，比如速度、精度和可靠性以及可維修性不斷提高，而單機價格卻不斷下降。（2）連桿模塊以重組的方式來建構。（3）控制系統以標準化，聯網，高集成，開放的方向發展，系統操作簡便，可靠性大大提高，便于設備維護人員進行設備維護和檢修。（4）虛擬現實技術在機械手中已經廣泛用于機械手的過程控制我國對機器人的研究開始1970年后，通過不斷地發展進步，目前已基本掌握了機器人的設計與制造、靜力學及運動學和動力學仿真理論、機器人在實際過程中的軌跡規劃與實踐等，已經能夠對機器人的大部分元器件進行生產和制造，生產的機器人廣泛應用于汽車生產線以及其他生產制造業自動化生產線中。不只是機器人公司，我國各級科研機關、高等院校也開展了各種用途機器人的研制工作，這其中有些產品比如采用液壓驅動的多自由度多關節噴漆機器人以及弧焊機器人和伺服機械手是我國機器人研發的代表產品。雖然我國在機器人領域已經取得了極大地進步，但與世界先進國家相比，我國的工業機器人技術和工程應用的水平存在著比較大的差距，具體體現在如下幾個方面：機器人的可靠性較低；機器人應用領域較窄，自動化生產線系統比如遙控與局部自主控制、多傳感信息融合技術、裝配過程的自動化和智能化等方面與國外先進國家相比有比較大的差距。就其原因，主要是我國的機器人生產模式都是采取應用戶需求、一種客戶一種設計的模式造成了機械手的規格多、批量小、零部件通用化程度低成本高、質量也不穩定，所以造成的結果是機器人無論在性能、品種等各個方面距離工業自動化和智能化的要求還比較遠，需要不斷的進行發展和改進。為了改變我國機器人在產業化過程中面臨的種種問題，迫切需要對機器人行業進行全面系統的規劃，使產品的品種更多，功能也日益完善，就會使機械手產生并且形成規模化、通用化、模塊化設計的格局，在這一思路的指引下，我國的機器人產業在近期更上一層，其中智能機器人、特種機器人取得了相當大的成果，在這其中我國研制的水下機器人尤其是水下無纜機器人已經處于世界領先水平。在機器人的基礎技術研究工作方面，我國也取得了不小的成績，這其中包括機器人視覺、聲覺、觸覺的開發應用以及基礎材料和零部件等，已經初步形成能夠供系統配套的比較實用的技術和產品。1.3.2氣動機械手概述機械手最初用于汽車制造業，通常用于焊接、噴漆、裝卸和搬運。機械手擴大了人的手、腳和大腦的功能。在危險、有害、有毒、低溫、高熱的環境中工作，可以替代人類。它可以代替人完成繁重單調的重復性工作，提高勞動生產率，保證產品質量。電機驅動是工業機械手最常用的驅動方式之一。驅動電機常用步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機。由于電機轉速高，通常采用減速機構（如諧波傳動、RV擺線針輪傳動、齒輪傳動、螺旋傳動和多桿機構）。這種機械手具有控制精度高、驅動力大、響應快、信號檢測、傳輸和處理方便等特點，可采用多種靈活的控制方案。但由于這種機械手價格昂貴，在某些場合的廣泛應用受到限制。因此，人們開始尋求其他經濟適用的機械手驅動方法。隨著氣動技術的飛速發展，在滿足社會生產實踐需要的同時，氣動設備的使用越來越受到重視，其性價比低、優點多。氣動機械手技術已成為滿足許多行業生產實踐要求的重要實用技術。

2設計方案2.1機械手的設計2.1.1氣動搬運機械手的結構機械手有很多種，但根據臂坐標的類型，主要有直角坐標、圓柱坐標、球面坐標、關節坐標和SCARA。本文中的機械手屬于柱坐標型。如圖2.1所示，機械手主要由底座和臂兩部分組成。底座的主要任務是支撐和完成臂的旋轉。臂架安裝在底座上，沿直線上下移動。手可以夾緊/放松。機械手手部機械手手部機械手橫臂機械手立柱機械手基座圖2.1機械手原理圖本機械手的全部動作由氣缸驅動。氣缸由電磁閥控制。驅動部分有升降氣缸、擺動氣缸和手部驅動氣缸。2.1.2氣動搬運機械手的工作原理機械手由氣壓驅動。壓力為0.6兆帕，最大為1兆帕。操縱器有兩個線性運動和一個旋轉自由度，用于將原始工作臺上的對象移動到左側工作臺。機械手的整個運動由氣缸驅動，氣缸由電磁閥控制。整個機械手可實現升降、左右旋轉、夾緊/放松等功能。它是目前比較簡單、應用廣泛的機械手。操作器的工作流程如圖2.2所示。開始開始下降抓緊上升左旋下降放松上升右旋結束原位圖2.2工作流程升降運動是通過升降缸、垂直導柱、滑動導柱、垂直導軌和升降位置微動開關配合完成的。起升行程為0-1500mm。旋轉由擺缸、軸向推力軸承、擺臂和擺位微動開關協調。旋轉行程為0-180度。手在氣缸和彈簧的作用下夾緊，夾緊力通過調節彈簧的預壓來調節。2.2氣動搬運機械手群2.2.1氣動搬運機械手群結構本論文的控制對象是由三個機械手組成的機械手群。其結構如圖2.3所示。機械手1機械手1機械手2機械手3工作臺A工作臺B工作臺C紅外檢測紅外檢測紅外檢測圖2.3機械手群結構三個機械手、三個工作臺和三個紅外探測器固定在一個大底座上。每個操縱器的手下方都有一個工作臺，用于放置對象。在每個機械手的底座和工作臺之間有一個紅外探測器，用來檢測工作臺上是否有任何東西。操縱器將項目從右工作臺移動到左工作臺。2.2.2氣動搬運機械手群工作原理當系統工作開始時，當工作臺A上有項目時，操縱器1首先工作，完成八個基本操作（即A循環）后，將項目放在工作臺B上，操縱器2開始工作。完成同一個循環后，將物體放置在工作臺C上，機械手3開始工作，使三個機械手在系統工作完成后繼續循環，機器機械手1先完成一個循環，然后停止工作，然后機械手2和機械手3依次停止工作。2.3主要內容及達到的目標本文的主要內容是以氣動裝卸機械手為控制對象，以PLC為控制器，實現氣動裝卸機械手組的自動操作控制。本文的目標是，當系統工作開始時，機械手1首先工作，完成八個基本操作（即一個循環）后，機械手2開始工作，在同一個循環后，機械手3開始工作，使三個機械手繼續循環；當系統工作結束時，機械手1首先完成一個循環，停止，然后操作器2。操縱器3也按順序停止工作。每個操縱器完成八個基本操作。步驟1：當工作臺上有項目時，操縱器下降。第二步是機械手在最低位置抓取物體。第三步是操縱器將對象夾住。第四步是機械手用右手夾住物體180度。步驟5是操縱器將對象夾緊。步驟6是在最低級別釋放項目。步驟7操縱器上升。第八步是將操縱器向左旋轉180度并返回到其原始位置。本系統的控制方案為了實現氣動裝卸機械手組的自動控制，系統采用PLC作為控制器。本系統的輸入開關量為數字信號，直接與PLC相連。PLC通過中間繼電器控制電磁閥。系統框圖如圖2.4所示。右旋限位開關右旋限位開關停止按鈕啟動按鈕物品檢測開關下降限位開關夾放檢測開關上升限位開關左旋限位開關PLC上升電磁閥夾放電磁閥右旋電磁閥左旋電磁閥選擇按鈕下降電磁閥繼電器繼電器繼電器繼電器繼電器圖2.4系統框圖

3系統硬件電路的設計3.1PLC的簡介3.1.1可編程控制器的概念可編程邏輯控制器（PLC）是PLC的簡稱。國際電工委員會（IEC）在1985年的PLC標準草案第3章中將PLC定義為：“可編程控制器（PLC）是一種數字操作的電子系統，專門設計用于工業環境。它使用可編程內存來存儲和執行其中的邏輯操作。順序控制、定時、計數和操作說明。通過數字和模擬輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及相關設備應易于使工業控制系統成為一個整體，便于擴展其功能的設計原則。現代工業生產過程復雜多樣，對控制的要求也各不相同。（1）編程方法簡單易學。（2）功能強，性能價格比高。（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。（4）可靠性高，抗干擾能力強。（5）系統的設計、安裝、調試工作量少。（6）維修工作量小，維修方便。（7）體積小，能耗低。3.1.2PLC的應用領域一開始，PLC的價格高于繼電器控制裝置，限制了其應用。但近十年來，PLC的應用越來越廣泛。主要原因是：一方面，由于處理器芯片和相關元件的價格，PLC的成本降低了。另一方面，PLC的功能大大提高，可以解決復雜的計算和通信問題。目前，PLC已廣泛應用于鋼鐵、礦山、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、紡織、環保、娛樂等國內外行業。PLC的應用范圍通常分為以下五類：（1）順序控制這是PLC應用最廣泛的領域，也是PLC應用最合適的領域，它被用來取代傳統的繼電器順序控制。PLC應用于單機控制、多機控制、自動生產線控制等。如：注塑機械、印刷機械、裝訂機械、包裝機械、剪紙機械、組合機床、磨床、流水線、電鍍流水線、電梯控制等。（2）運動控制目前，PLC廠家提供了單軸或多軸位置控制模塊來驅動步進電機或伺服電機。在大多數情況下，PLC向模塊發送描述目標位置的數據。模塊的輸出將一個或多個軸移動到目標位置。當每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，以保持運動平穩。相對而言，位置控制模塊比CNC設備更小、更便宜、更快、更容易操作。（3）過程控制PLC還可以控制大量的工藝參數，如溫度、流量、壓力、液位、速度等。PID模塊為PLC提供了閉環控制功能，即可采用具有PID控制能力的PLC進行過程控制。當過程控制變量偏離時，PID控制算法計算出正確的輸出，并將變量保持在設定值上。（4）數據控制在機械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統，應用于數控系統和數控系統中，可以完成大量的數據控制。（5）通信控制PLC的通信包括主機與遠程I/O、多個PLC之間以及PLC與其它智能控制設備（如計算機、變頻器、數控裝置）之間的通信。PLC與其它智能控制設備共同構成集中管理、分散控制的分布式控制系統。3.2輸入/輸出信號本控制系統有27個輸入開關量，分別為：系統啟動按鈕1個負責整個系統的啟動；系統停止按鈕1個負責整個系統的停止；選擇按鈕1個負責機械手自動控制和檢測的切換；機械手的啟動按鈕3個負責檢測時每個機械手的啟動；機械手的停止按鈕3個負責檢測時每個機械手的停止；物品檢測開關3個負責檢測工作臺上是否有物品；下降限位開關3個負責檢測機械手到達最低位置；夾放檢測開關3個負責機械手夾放物品的檢測；上升限位開關3個負責檢測機械手到達最高位置；右旋限位開關3個負責檢測機械手是否右旋轉180°；左旋限位開關3個負責檢測機械手是否左旋轉180°；建立輸入信號名稱與電氣符號表3.1。表3.1輸入信號名稱與電氣符號表序號名稱電氣符號1總啟動按鈕SB12總停止按鈕SB23自動/手動選擇按鈕SB34機械手1啟動按鈕SB45機械手1停止按鈕SB56機械手2啟動按鈕SB67機械手2停止按鈕SB78機械手3啟動按鈕SB89機械手3停止按鈕SB910工作臺A物品檢測開關SQ111工作臺B物品檢測開關SQ212工作臺C物品檢測開關SQ3續表3.113機械手1下降限位開關SQ414機械手1夾緊檢測開關SQ515機械手1上升限位開關SQ616機械手1左旋限位開關SQ717機械手1右旋限位開關SQ818機械手2下降限位開關SQ919機械手2夾緊檢測開關SQ1020機械手2上升限位開關SQ1121機械手2左旋限位開關SQ1222機械手2右旋限位開關SQ1323機械手3下降限位開關SQ1424機械手3夾緊檢測開關SQ1525機械手3上升限位開關SQ1626機械手3左旋限位開關SQ1727機械手3右旋限位開關SQ18本控制系統由15個輸出電磁閥，分別為：機械手下降電磁閥3個負責啟動機械手的下降；機械手夾放電磁閥3個負責啟動機械手夾放物品；機械手上升電磁閥3個負責啟動機械手的上升；機械手右旋電磁閥3個負責啟動機械手的右旋；機械手左旋電磁閥3個負責啟動機械手的左旋。建立輸出信號名稱與電氣符號表3.2。表3.2輸出信號名稱與電氣符號表序號名稱電氣符號12機械手1下降電磁閥YV12機械手1夾放電磁閥YV23機械手1上升電磁閥YV3續表3.24機械手1左旋電磁閥YV45機械手1右旋電磁閥YV56機械手2下降電磁閥YV67機械手2夾放電磁閥YV788機械手2上升電磁閥YV89機械手2左旋電磁閥YV910機械手2右旋電磁閥YV1011機械手3下降電磁閥YV1112機械手3夾放電磁閥YV1213機械手3上升電磁閥YV1314機械手3左旋電磁閥YV1415機械手3右旋電磁閥YV153.3PLC的選型目前，世界上有200多家工廠生產可編程控制器產品。最著名的PLC制造商是AB、GE、Mitsbishi、歐姆龍、西門子、法國的TE、韓國的Sumsung和LG。本文選用德國西門子公司生產的S7-200PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產的一種小型PLC。S7-200系列PLC的許多功能達到了大中型PLC的水平，但其價格與小PLC相同。特別是S7-200CPU22*系列PLC，由于它有多種功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，所以系統的集成非常方便，而且可以很容易地形成PLC網絡。同時，具有功能齊全的編程和工業控制組態軟件，使控制系統的設計簡單、快速、通訊能力強，幾乎可以完成控制任務的任何功能。CPU22*系列PLC它有如下五種不同結構的配置單元：（1）CPU221，它具有6輸入/4輸出，I/O共計10點，無擴展能力；（2）CPU222，它具有8輸入/6輸出，I/O共計14點，并可以進行一定的模擬量控制和2個模塊的擴展；（3）CPU224，它具有14點輸入/10點輸出，I/O點數共計24點，它有七個擴展模塊，有內置時鐘；（4）CPU226，它具有24輸入/16輸出，I/O共計40點，與CPU224相比，它增加了通信口的數量，通信能力大大增強；（5）CPU226XM，這是西門子公司后推出的一種增強型主機，它在用戶程序存儲容量和數據存儲容量上進行了擴展，其他指標和CPU226相同。當CPU的I/O點數不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/O的擴展。I/O擴展包括I/O點數的擴展和功能模塊的擴展。不同的CPU有不同的擴展規范，它主要受CPU的功能限制。典型的數字量輸入/輸出擴展模塊有：輸入擴展模塊EM221有兩種：8點DC輸入、8點AC輸入。輸出擴展模塊EM222有三種：8點DC晶體管輸出、8點AC輸出、8點繼電器輸出。輸入/輸出混合擴展模塊EM223有六種：分別為4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）DC輸出、4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）繼電器輸出。本次設計中共27個輸入量，共15個輸出量，共計32點，因此選用了S7–200系列CPU224，CPU224具有14點輸入/10點輸出，I/O點數共計24點，它可以有七個擴展模塊，有內置時鐘，它有更強的模擬量和高速計數的處理能力，是使用最多的S7–200產品。由于本系統的具有27點輸入/15點輸出，CPU224不能滿足本系統的要求，所以擴展8點DC輸入EM221兩個，用于數字開關量的輸入，擴展8點繼電器輸出EM222一個，用于繼電器的輸出。由CPU224、兩個EM221和一個EM222組成了PLC控制系統框圖如圖3.3所示。CPUCPU224EM221（1）EM221（2）EM222圖3.3控制系統框圖3.4I/O地址分配根據機械手的輸入信號為27個，輸出信號為15個，建立I/O地址分配表。建立輸入信號地址分配表如表3.3所示：表3.3輸入信號地址分配表序號名稱地址1SB1I0.02SB2I0.13SB3I0.24SB4I0.35SB5I0.46SB6I0.57SB7I0.38SB8I1.09SB9I1.110SQ1I0.711SQ2I1.212SQ3I1.313SQ4I2.014SQ5I2.115SQ6I2.216SQ7I2.317SQ8I2.418SQ9I2.519SQ10I2.620SQ11I2.721SQ12I3.0序表3.322SQ13I3.123SQ14I3.224SQ15I3.325SQ16I3.426SQ17I3.527SQ18I3.6建立輸出信號地址分配表如表3.4所示：表3.4輸出信號地址分配表序號名稱地址1KA1Q0.02KA2Q0.13KA3Q0.24KA4Q0.35KA5Q0.46KA6Q0.57KA7Q0.68KA8Q0.79KA9Q1.010KA10Q1.111KA11Q2.012KA12Q2.113KA13Q2.214KA14Q2.315KA15Q2.4建立通用輔助繼電器地址分配表如表3.5所示：表3.5通用輔助繼電器地址分配表序號名稱地址1自動方式M0.02手動方式M0.13機械手1動作中M0.24機械手2動作中M0.35機械手3動作中M0.46系統停止M0.53.5PLC外部接線本系統的各模塊在I/O鏈中的位置排列方式如圖3.2所示。主機主機CPU224模塊1EM221DI8DC24V模塊2EM221DI8DC24V模塊2EM222DO8DC24V圖3.2各模塊鏈圖表3.6所列為其對應的各模塊編址情況。表3.6各模塊編址主機I/OCPU224模塊1I/OEM221模塊2I/OEM221模塊3I/OEM222I0.0Q0.0I2.0I3.0Q2.0I0.1Q0.1I2.1I3.1Q2.1I0.2Q0.2I2.2I3.2Q2.2I0.3Q0.3I2.3I3.3Q2.3I0.4Q0.4I2.4I3.4Q2.4I0.5Q0.5I2.5I3.5Q2.5序表3.6I0.6Q0.6I2.6I3.6Q2.6I0.7Q0.7I2.7I3.7Q2.7I1.0Q1.0I1.1Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5EM221（1）外部接線如圖3.3所示。圖3.3EM221（1）外部接線機械手1的下限位開關SQ4、機械手1的夾緊檢測開關SQ5、機械手1的上升限位開關SQ6和機械手1的左限位開關SQ7分別與擴展模塊EM221（1）的I2.0-I2.3相連。機械手1右手限位開關SQ8、機械手2下限位開關SQ9、機械手2夾持檢測開關SQ10、機械手2上限位開關SQ11分別與擴展模塊EM221（1）的I2.4-I2.7相連。EM221（2）外部接線如圖3.4所示。圖3.4EM221（2）外部接線機械手2個左手限位開關SQ12，機械手2個右手限位開關SQ13，機械手3個下降限位開關SQ14，機械手3個夾緊檢測開關SQ15，分別連接擴展模式EM221（2）I3.0-I3.3。機械手3的上限位開關SQ16、機械手3的左限位開關SQ17、機械手2的右限位開關SQ18分別與擴展模塊EM221（2）的I3.4-I3.6相連。EM222外部接線如圖3.5所示。圖3.5EM221（2）外部接線機械手3下降電磁閥的中間繼電器KA11、機械手3排出電磁閥的中間繼電器KA12、機械手3上升電磁閥的中間繼電器KA13和機械手3左手電磁閥的中間繼電器KA14分別連接在o擴展模塊3EM222的Q2.0-Q2.3。操縱器3右電磁閥KA15繼電器，3EM222擴展模塊Q2.4連接。CPU224外部接線如圖3.6所示。圖3.6CPU224外部接線總啟動按鈕SB1，總停止按鈕SB2，自動/手動選擇按鈕SB3，機器人1啟動按鈕SB4，機器人1停止按鈕SB5，機器人2啟動按鈕SB6，機器人2停止按鈕SB7，工作臺AI0.0-I0.7，分別連接到CPU224。機器人3啟動按鈕SB8，機器人3停止按鈕SB9，工作臺B項目檢測開關SQ2，工作臺C項目檢測開關SQ3，分別連接到CPU224I1.0-I1.3。機械手1下降電磁閥中間繼電器KA1、機械手1排出電磁閥中間繼電器KA2、機械手1上升電磁閥中間繼電器KA3、機械手1左手電磁閥中間繼電器KA4與Q0.0-分別為CPU224的Q0.3。機械手1右手電磁閥中間繼電器KA5、機械手2下降電磁閥KA6、機械手2排出電磁閥KA7分別與CPU224的Q0.4-Q0.6相連。機械手2上升電磁閥中間繼電器KA8、機械手2左電磁閥KA9、機械手2右電磁閥KA910分別與CPU224的Q0.7-Q1.1相連。3.6電氣控制原理操縱器1下降電磁閥連接KA1；操縱器1夾鉗放電電磁閥連接KA2；操縱器1上升電磁閥連接KA3；操縱器1左電磁閥連接KA4；操縱器1右電磁閥連接KA5；操縱器2下降電磁閥連接KA6；操縱器2夾鉗放電S電磁閥接KA7；操縱器2上升電磁閥接KA8；操縱器2左電磁閥接KA9；操縱器2右電磁旋轉電磁閥接KA10；操縱器3下降電磁閥接KA11；操縱器3夾持放電電磁閥接KA12；操縱器3上升電磁閥VALVE連接KA13；操縱器3左電磁閥連接KA14；操縱器3右電磁閥連接KA15；電氣連接圖如圖3.7所示。圖3.7電氣連接圖

4軟件設計4.1機械手1控制程序當I2.2=1（上升限位開關閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合）；且Q0.2=0（上升電磁閥斷開）：且Q0.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；并且M0.2=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.1所示。圖4.1梯形圖當Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合），則Q0.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.1=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.2所示。圖4.2梯形圖當Q0.1=1（夾放電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合）；Q0.2=0（上升電磁閥斷開），則定時器T53啟動定時。當53=1（定時時間到）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合）；Q0.0=0（下降電磁閥斷開），則Q0.2=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.3所示。圖4.3梯形圖當Q0.2=1（上升電磁閥閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合）；I2.2=1（上升限位開關閉合），則Q0.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q0.4=0（右旋電磁閥斷開），則Q0.3=1（左旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.4所示。圖4.4梯形圖當Q0.3=1（左旋電磁閥閉合）；且I2.2=1（上升限位開關閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關閉合），則Q0.3=0（左旋電磁閥斷開）并且Q0.2=0（上升電磁閥斷開）則Q0.0=1（下降電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.5所示。圖4.5梯形圖當Q0.0=1（下降電磁閥閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合），則Q0.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.1=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.6所示。圖4.6梯形圖當Q0.1=0（夾放電磁閥斷開）；且I2.3=1（左旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合）；Q0.2=0（上升電磁閥斷開），則定時器T54啟動定時。當T54=1（定時時間到）；且I2.3=1（左旋限位開關閉合）；且I2.0=1（下降限位開關閉合）；Q0.0=0（下降電磁閥斷開），則Q0.2=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.7所示。圖4.7梯形圖當Q0.2=1（上升電磁閥閉合）；且I2.3=1（左旋限位開關閉合）；I2.2=1（上升限位開關閉合），則Q0.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q0.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.4=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.7所示。圖4.8梯形圖當Q0.4=1（右旋電磁閥閉合）；且I2.2=1（上升限位開關閉合）；且I2.4=1（右旋限位開關閉合），則Q0.4=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.2=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.9所示。圖4.9梯形圖4.2機械手2控制程序當I2.7=1（上升限位開關閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關閉合）；且Q0.7=0（上升電磁閥斷開）：且Q1.0=0（左旋電磁閥斷開），則Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；并且M0.3=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.10所示。圖4.10梯形圖當Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關閉合）；且I2.5=1（下降限位開關閉合），則Q0.5=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.6=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.11所示。圖4.11梯形圖當Q0.6=1（卡箍放電電磁閥關閉）；I3.1=1（右側限位開關關閉）；I2.5=1（下降限位開關關閉）；Q0.7=0（上升電磁閥打開），計時器t55開始計時。當55=1（定時時間）；I3.1=1（右手限位開關閉合）；I2.5=1（下限位開關閉合）；Q0.5=0（下電磁閥開啟），則Q0.7=1（上電磁閥關閉）。梯形圖如圖4.12所示。圖4.12梯形圖當Q0.7=1（上電磁閥關閉）；I3.1=1（右限位開關關閉）；I2.7=1（上限位開關關閉），則Q0.7=0（上電磁閥打開）；Q1.1=0（右電磁閥打開），則Q1.0=1（左電磁閥關閉）。梯形圖如圖4.13所示。圖4.13梯形圖當q1.0=1（左電磁閥關閉），i2.7=1（上限位開關關閉），i3.0=1（左限位開關關閉），q1.0=0（左電磁閥打開），q0.7=0（上電磁閥打開），q0.5=1（下電磁閥關閉）。梯形圖如圖4.14所示。圖4.14梯形圖當Q0.5=1（下降電磁閥閉合）；且I3.0=1（左旋限位開關閉合）；且I2.5=1（下降限位開關閉合），則Q0.5=0（下降電磁閥斷開）并且Q0.6=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.15所示。圖4.15梯形圖當Q0.6=0（卡箍放電電磁閥斷開）；I3.0=1（左轉限位開關閉合）；I2.5=1（下降限位開關閉合）；Q0.7=0（上升電磁閥斷開）時，計時器t56開始計時。T56=1（定時時間）；i3.0=1（左限位開關閉合）；i2.5=1（下降限位開關閉合）；q0.5=0（下降電磁閥斷開），q0.7=1（上升電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.16所示。圖4.16梯形圖當Q0.7=1（上升電磁閥閉合）；且I3.0=1（左旋限位開關閉合）；I2.7=1（上升限位開關閉合），則Q0.7=0（上升電磁閥斷開），并且Q1.0=0（左旋電磁閥斷開），則Q1.1=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.17所示。圖4.17梯形圖當Q1.1=1（右旋電磁閥閉合）；且I2.7=1（上升限位開關閉合）；且I3.1=1（右旋限位開關閉合），則Q1.1=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.3=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.18所示。圖4.18梯形圖4.3機械手3控制程序當I3.4=1（上限位開關閉合），I3.6=1（右限位開關閉合），q2.2=0（上電磁閥斷開）：和q2.3=0（左電磁閥斷開），則q2.0=1（下電磁閥閉合）；和m0.4=1（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.19所示。圖4.19梯形圖當Q2.0=1（下降電磁閥閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關閉合）；且I3.2=1（下降限位開關閉合），則Q2.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q2.1=1（夾放電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.12所示。圖4.20梯形圖當Q2.1=1（卡箍放電電磁閥關閉）；I3.6=1（右限位開關關閉）；I3.2=1（下降限位開關關閉）；Q2.2=0（上升電磁閥打開），計時器t57開始計時。當t57=1（定時時間到），i3.6=1（右手限位開關關閉），i2.2=1（下限位開關關閉）；q2.0=0（下電磁閥打開），則q2.2=1（上電磁閥關閉）。梯形圖如圖4.21所示。圖4.21梯形圖當Q2.2=1（上升電磁閥閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關閉合）；I3.4=1（上升限位開關閉合），則Q2.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q2.4=0（右旋電磁閥斷開），則Q2.3=1（左旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.22所示。圖4.22梯形圖當Q2.3=1（左旋電磁閥閉合）；且I3.4=1（上升限位開關閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關閉合），則Q2.3=0（左旋電磁閥斷開）并且Q2.2=0（上升電磁閥斷開）則Q2.0=1（下降電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.23所示。圖4.23梯形圖當Q2.0=1（下降電磁閥閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關閉合）；且I3.2=1（下降限位開關閉合），則Q2.0=0（下降電磁閥斷開）并且Q2.1=0（夾放電磁閥斷開）。梯形圖如圖4.24所示。圖4.24梯形圖當q2.1=0（卡箍放電電磁閥斷開）；i3.5=1（左轉限位開關閉合）；i3.2=1（下降限位開關閉合）；q2.2=0（上升電磁閥斷開）時，定時器t58開始計時。當t58=1（定時時間到），i3.5=1（左限位開關關閉），i3.2=1（下降限位開關關閉）；q2.0=0（下降電磁閥打開），則q2.2=1（上升電磁閥關閉）。梯形圖如圖4.25所示。圖4.24梯形圖當Q2.2=1（上升電磁閥閉合）；且I3.5=1（左旋限位開關閉合）；I3.4=1（上升限位開關閉合），則Q2.2=0（上升電磁閥斷開），并且Q2.3=0（左旋電磁閥斷開），則Q2.4=1（右旋電磁閥閉合）。梯形圖如圖4.26所示。圖4.26梯形圖當Q2.4=1（右旋電磁閥閉合）；且I3.7=1（上升限位開關閉合）；且I3.6=1（右旋限位開關閉合），則Q2.4=0（右旋電磁閥斷開）并且M0.4=0（輔助繼電器）。梯形圖如圖4.27所示。圖4.27梯形圖4.4機械手群主程序當I0.0=1（總啟動按鈕閉合）；且I0.2=1（手動/自動按鈕閉合）；且M0.5=0（系統停止輔助繼電器），M0.0=1（機械手群自動方式輔助繼電器）。梯形圖如圖4.28所示。圖4.28梯形圖當，I0.1=1（總停止按鈕閉合）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.2=0（工作臺A物品檢測開關閉合）；且I1.3=0（工作臺B物品檢測開關閉合）。則M0.5=1（系統停止輔助繼電器）。梯形圖如圖4.29所示。圖4.29梯形圖當M0.0=1（機械手群自動方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I0.7=1（工作臺A物品檢測開關閉合）；且I1.2=0（工作臺B物品檢測開關斷開）；且I1.3=0（工作臺C物品檢測開關斷開）。啟動定時器T60定時。當T60=1（定時時間到）調用機械手1控制程序。梯形圖如圖4.30所示。圖4.30梯形圖當M0.0=1（機械手群自動方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.2=1（工作臺B物品檢測開關閉合）。啟動定時器T61定時。當T61=1（定時時間到），調用機械手2控制程序。梯形圖如圖4.31所示。圖4.31梯形圖當M0.0=1（機械手群自動方式輔助繼電器）；且M0.2=0；且M0.3=0；且M0.4=0；且I1.3=1（工作臺C物品檢測開關閉合）。啟動定時器T62定時。當T62=1（定時時間到），調用機械手3控制程序。梯形圖如圖4.32所示。圖4.32梯形圖當I0.0=1（總啟動按鈕閉合）；且I0.2=0（手動/自動按鈕斷開）；且M0.5=0（系統停止輔助繼電器），M0.1=1（機械手群手動方式輔助繼電器）。梯形圖如圖4.33所示。圖4.33梯形圖當M0.1=1（機械手群手動方式輔助繼電器）；I0.3=1（機械手1啟動按鈕閉合）；且I0.4=0（機械手1停止斷開），則調用機械手1控制程序。梯形圖如圖4.34所示。圖4.34梯形圖當M0.1=1（機械手群手動方式輔助繼電器）；I0.5=1（機械手2啟動按鈕閉合）；且I0.6=0（機械手2停止斷開），則調用機械手2控制程序。梯形圖如圖4.35所示。圖4.35梯形圖當M0.1=1（機械手群手動方式輔助繼電器）；I1.0=1（機械手2啟動按鈕閉合）；且I1.1=0（機械手2停止斷開），則調用機械手3控制程序。梯形圖如圖4.36所示。圖4.36梯形圖機械手總啟動按鈕合總停止按鈕同時按下，PLC轉為停止狀態。機械手1啟動按鈕合停止按鈕同時按下，PLC轉為停止狀態。機械手2啟動按鈕合停止按鈕同時按下，PLC轉為停止狀態。機械手3啟動按鈕合停止按鈕同時按下，PLC轉為停止狀態。梯形圖如圖4.37所示。圖4.37梯形圖

結語本文介紹了PLC的定義、特點、應用領域、發展趨勢、基本組成和工作原理。在簡要介紹工業機械手的基礎上，詳細討論了基于PLC的機械手群控系統的組成。設計基本滿足設計要求。本文的結論如下：（1）本文中的氣動機械手是由氣壓驅動的。該氣動機械手具有節能、無污染、高效、低成本、安全可靠、結構簡單等特點。（2）以PLC為控制器，對機械手組的控制系統進行了優化。（3）完成電氣控制系統的硬件設計和PLC的外部接線。（4）所有程序均采用模塊化設計思想，不僅結構清晰，而且易于檢查和修改。程序采用梯形圖編寫，簡單易懂。（5）通過PLC的控制