項目14：機械手PLC控制系統設計與仿真調試光機電一體化實訓裝置機械手的控制:

機械手的任務是將A工作臺上的工件搬運到B工作臺上，其工作順序是：下降→夾緊工件→上升→右移→下降→松開工件→上升→左移回原位。系統由氣動驅動，機械手的上升、下降、左移、右移都用雙線圈三位電磁閥氣缸完成。機械手的夾緊和放松則采用單向閥控制。設備上裝有上、下、左、右四個限位開關，控制對應工作的結束。當按下啟動按鈕，機械手從原點開始，按工序自動反復連續工作，直到按下停止按鈕，機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停機。為確保安全，右工作臺上無工件時，才允許機械手下降釋放工件。右工作臺上有無工件，用光電開關進行檢測。項目引入

知識目標理解順序控制系統的基本概念；能夠應用順序功能圖設計法進行PLC程序設計；能夠正確分析機械手PLC控制系統的工作原理。項目預期學習目標

技能目標能夠利用PLCSim對PLC程序進行仿真調試；能夠分析解決調試過程中出現的問題；具備良好的團隊合作、表達溝通能力。

素質目標文明、守時、安全、衛生意識。任務1：順序功能圖設計法認知任務2：送料小車自動往返PLC控制系統設計任務3：機械手PLC控制系統設計任務4：順序功能圖法設計交通燈PLC控制程序任務5：課內外作業1.順序功能圖設計法的定義2.順序功能圖設計法的應用范圍

將系統的控制分為若干個“工步”，每個工步按順序輪流工作，且任何時候都只有一個工步在工作。

按順序工作的控制系統，如包裝、飲料、食品、鋼鐵等各種生產流水線控制。任務1：順序功能圖設計法認知3.順序功能圖的一般形式工步0工步1工步2工步n任務執行任務執行任務執行任務執行abn初始條件工步1任務執行a順序功能圖每一步的三個組成部分：轉移條件、轉移步、任務執行。初始步工作步S7-200有專門的順序控制指令，S7-300/400/1500有專門的S7-Graph語言，而S7-1200沒有專門的順序控制編程語言，但是可以采用順序功能圖設計方法來設計系統的控制程序。4.順序功能圖的基本結構單序列789選擇序列4.順序功能圖的基本結構789并行序列5.順序功能圖實例M5.0M5.1M5.2M5.3Q0.0=1Q0.0=0，Q0.1=1Q0.1=0，Q0.2=1Q0.2=0I0.0I0.1I0.2M1.0

此處M5.0、M5.1等為自行設置的順序控制存儲器位，表示順序功能圖中的某一工步（也可以用其它字節的輔助存儲器，如M10.0、M10.1等）。圖中M1.0、I0.0為轉移條件，Q0.0=1等為執行的任務。M1.0：系統初始脈沖位，僅在PLC開始運行的第一個掃描周期內接通。注：當程序進入M5.2步時，M5.1步需要復位，可采用置位復位指令來實現該功能。初始步工作步6.順序控制功能圖應用實例

某設備有三臺電動機，控制要求如下:（1）當按下起動按鈕時，第一臺電動機M1起動；運行5s后，第二臺電動機M2起動；M2運行15s后，第三臺電動機M3起動。（2）當按下停止按鈕時，三臺電動機全部停止。試用順序控制功能圖方法設計其PLC控制程序。（1）確定PLC的輸入輸出（I/O）信號輸入輸出輸入元件輸入信號作用輸出元件輸出信號作用按鈕SB1I0.0起動按鈕接觸器KM1Q0.0電動機M1控制按鈕SB2I0.1停止按鈕接觸器KM2Q0.1電動機M2控制接觸器KM1Q0.2電動機M3控制(3)采用順序功能圖設計法編寫PLC控制程序M5.0M5.1M5.2M5.3Q0.0置位,T1延時5sQ0.1置位,T2延時15sQ0.2置位按下SB1（I0.0)“T1”.QM1.0按下SB2（I0.1）

Q0.0~Q0.2復位“T2”.Q(2)選擇PLC型號，畫出系統硬件接線圖（略）順序功能流程圖注：采用順序功能圖設計程序時，在進行步的轉換時，激活后一個步（該步置1）的同時要使當前步變為不活動步（該步復位）。仿真調試如果在三臺電動機啟動過程中按下停止按鈕，所有電機均需停止，則需要將程序段1改為以下形式：送料小車的控制過程：按下起動按鈕SB1，小車電動機M正轉，小車第一次前進，碰到行程開關SQ1后小車電動機M反轉，小車后退。小車后退碰到行程開關SQ2后，小車電動機M停轉，停10s后，小車第二次前進，碰到行程開關SQ3，再次后退。小車第二次后退碰到行程開關SQ2時，小車停止。試用PLC實現之。第一次前進后退第二次前進后退停留10s任務2：送料小車自動往返PLC控制系統設計（1）分析系統的控制過程，確定PLC的輸入輸出（I/O）信號輸入輸出輸入元件輸入信號作用輸出元件輸出信號作用按鈕SB1I0.0起動按鈕接觸器KM1Q0.1小車正轉前進控制行程開關SQ1I0.1位置1限位接觸器KM2Q0.2小車反轉后退控制行程開關SQ2I0.2位置2限位行程開關SQ3I0.3位置3限位（2）選擇PLC型號，并畫出系統硬件接線圖T37第一步：根據系統的控制過程，繪制順序功能流程圖順序功能流程圖（3）采用順序功能圖設計法編寫PLC控制程序—梯形圖M6.0M6.1M6.2M6.3Q0.1置位Q0.1復位,Q0.2置位Q0.2復位，T37計時，延時10s按下SB1（I0.0)SQ1（I0.1)SQ2（I0.2)M1.0M6.4Q0.1置位M6.5Q0.1復位，Q0.2置位SQ2（I0.2)SQ3（I0.3)Q0.1~Q0.2復位第二步：將順序功能流程圖轉化為梯形圖M6.0M6.1M6.2Q0.1置位Q0.1復位，Q0.2置位按下SB1（I0.0）SQ1（I0.1）M1.0接下步Q0.1~Q0.2復位注：將M6.0~6.5步復位第三步：仿真調試如果送料小車在運行過程中，按下停止按鈕，小車應立即停止，程序該如何改進？如果不用順序功能圖設計方法，該如何設計程序？思考題：機械手的控制過程分析：

機械手的任務是將A工作臺上的工件搬運到B工作臺上，其工作順序是：下降→夾緊工件→上升→右移→下降→松開工件→上升→左移回原位。系統由氣動驅動，機械手的上升、下降、左移、右移都用雙線圈三位電磁閥氣缸完成。機械手的夾緊和放松則采用單向閥控制。設備上裝有上、下、左、右四個限位開關，控制對應工作的結束。當按下啟動按鈕，機械手從原點開始，按工序自動反復連續工作，直到按下停止按鈕，機械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停機。為確保安全，右工作臺上無工件時，才允許機械手下降釋放工件。右工作臺上有無工件，用光電開關進行檢測。任務3：機械手PLC控制系統設計（1）確定PLC的輸入輸出（I/O）信號

輸入元件輸入信號作用輸出元件輸出信號作用按鈕SB1I0.0啟動按鈕電磁鐵YA1Q0.0上升按鈕SB2I0.1停止按鈕電磁鐵YA2Q0.1下降行程開關SQ1I0.2上限位電磁鐵YA3Q0.2夾緊/松開行程開關SQ2I0.3下限位電磁鐵YA4Q0.3左移行程開關SQ3I0.4左限位電磁鐵YA5Q0.4右移行程開關SQ4I0.5右限位指示燈HLQ0.5原點指示光電開關SPI0.6檢測工件

（2）選擇PLC型號，繪制PLC硬件接線圖

（3）運用順序功能圖設計方法編寫PLC控制程序

第一步繪制順序功能流程圖第二步：將順序功能流程圖轉化為梯形圖第三步：仿真調試交通燈的控制要求如下：信號燈受啟動開關控制。當啟動開關接通時，信號燈系統開始工作，先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。（1）南北紅燈亮維持25s。在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20s。到20s時，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2s。到2s時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。（2）東西紅燈亮維持30s。南北綠燈亮維持25s，然后閃亮3s后熄滅，同時南北黃燈亮，維持2s后熄滅。這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。任務4：順序功能圖法設計交通燈PLC控制程序圖14-16交通燈系統的順序功能圖圖14-17交通燈PLC控制系統梯形圖（部分）小結：順序功能圖程序設計法的優缺點

簡單易學、規律性強，設計出的控制程序結構清晰、可讀性好，程序的調試、運行也很方便，可以極大地提高工作效率。不足之處在于程序一般較長。1.順序功能流程圖的繪制；2.將順序功能流程圖轉化為PLC梯形圖；3.分析順序功能圖設計方法的設計原理，并進行舉一反三。項目小結任務5課內外作業1.理解并調