前言...............................................................2
1. 课程设计的任务和要求.............................................3
1.1 课程设计的任务.................................................3
1.2 设计要求..............................................3
1.3课程设计动作要求..............................................3
2. 总体设计........................................................4
2.1 PLC选型.......................................................4
2.2 PLC端子分配设计...............................................5
2.3 控制原理图..............................................6
3. PLC程序设计.....................................................8
3.1 设计思想........................................................8
3.2 顺序功能图设计..................................................8
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3.3 PLC梯形图设计..................................................10
（1）主程序.. .....................................................10
（2）公用子程序...................................................11
（3）手动子程序...................................................12
（4）自动子程序.................................................13
（5）回原点程序...................................................17
4. 程序模拟调试说明................................................19
结束语............................................................23
参考文献..........................................................24
前言
机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机
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械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。
机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。
1.课程设计的任务和要求
1.1课程设计的任务
（1）完成《课程设计指导书》所要求的控制循环。
1.2设计要求
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计说明书
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1.2课程设计的动作要求
示教机械手控制系统设计
1．单循环为：
1）从原点开始下降；2）吸工件，延时1秒；3）上升；4）右转；5）下降；6）放下工件，延时1秒；7）上升；8）左转，回原点。
2．要求有四种工作方式：手动、单步、单周期、连续。
3．连续时，循环5次结束，声光间断报警5秒。
2.总体设计
2.1 PLC的选型
在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统
1、PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
2、 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两
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类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统;模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。
3、存储器容量的估算;存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
4、控制功能的选择;该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
综上所述，选择CPU型号为216的PLC。
2.2 PLC端子分配图
示教机械手的端子分配图如图2.1所示：
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图2.1 示教机械手端子分配图
2.3 控制原理图
外部接线图如图2.2所示：
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图2.2 外部接线图
操作面板示意图如图2.3所示：
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图2.3操作面板示意图
3.PLC程序设计
3.1 设计思想
该机械手能完成手动，单步，单周期，连续工作，在主程序中，SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及处理不同工作方式之间的相互转换。在自动回原点方式下，I2.1为ON，执行“回原点”子程序。在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。程序的总体思想是启保停的编程方法。机械手的上升，下降，左行，右行，放松与夹紧，可用5个线圈来控制，机械手的上，下，左，右限位可用传感器或限位开关来控制。
自动：当机械手处于起始位置时，上限位开关和左限位开关开关闭合。 将控制旋钮调
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到连续，按下启动按钮，关闭上限位左限位，自动程序开始运行，机械手下降，关闭启动按钮。然后按下下限位开关，机械手开始吸工件并延时1S，延时完后按夹紧到位，机械手上升。按上限位，机械手右行。按右限位机械手下降。按下限位，机械手放工件并延时1S。延时完后上升，按上限位和左限位，则左行。完成后计数器加一，并重复上述操作则。
手动：在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。每按一次启动，执行一步。
3.2 顺序功能图设计
回原点顺序功能图如图3.1所示：
图3.1 回原点顺序功能图
自动程序顺序功能图：
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图3.2自动程序顺序功能图
3.3 PLC梯形图设计
（1）主程序：图3.3是主程序 SM0.0的常开触点一直闭合，公用程序是无条件执行的。在手动方式下，I2.0为ON，执行“手动程序”子程序。I2.1为ON，执行“回原点”
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子程序。在其他三种工作方式下执行“自动”子程序。
图3.31 主程序结构
（2）图3.32为公用程序，用于处理各种方式都要执行的任务，以处理不同工作方式
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间的切换。机械手在原点的条件为，左限位开关I0.4.上限位开关I0.2 的常开触点闭合，表示机械手松开的Q0.4的常闭触点闭合，此时“原点条件”M0.5 为ON 在开始执行用户程序（SM0.1为ON），或者系统处于手动状态或自动回原点状态(I2.0或I2.1为ON)时,初始步对应的M0.0将被置位，为进人单步，单周期和连续工作方式做好准备。如果此时M0.5 为OF 状态，M0.0 将被复位，初始步为不活动步，无法进入单步，单周期或连续的工作方式工作。
当系统处于手动工作方式时，必须将图3.2中除初始步以外的各步对应的存储器位(M2.0-M2.7)复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动方式时，可能会出现同时有两个活动步的异常情况，引起错误的动作。在非连续方式下，I2.4的常闭触点断开，则启动后表示连续工作状态的标志M0.7 复位。
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图3.32 公用程序
(3) 手动程序: 图3.33为手动程序,为了保证系统的安全，在手动程序中设置了一些必要的连锁: 1.设置上升和下降之间、左行和右行之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON。2.用限位开关I0.1-I0.4 限制机械手移动的范围。3.用上限位开关I0.2 的常开触点与控制左行和右行的Q0.3 和Q0.2的线圈串联，使机械手只有升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。
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图3.33手动程序
(4) 自动程序:图3.34为自动程序梯形图单周期、连续和单步这三种工作方式主要是用“连续”标志M0.7 和“转换允许”标志M0.6 来区分的。
1.单步与非单步的区分。
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M0.6 的常开触点接在每一个控制代表步的存储器位的启动电路中，它们断开时禁止步的活动状态的转换。如果系统处于单步工作方式,I2.2 为1状态，它的常闭触点断开，“转换允许”存储器位M0.6 在一般情况下为0 状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按启动按钮I2.6,M0.6 处于0状态,启保停电路的启动电路处于断开状态,不会转换到下一步。一直要等到按下启动按钮I2.6,M0.6 在I2.6 的上升沿ON一个扫描周期,M0.6 的常开触点接通，系统才会转换到下一步。系统工作在连续、单周期(非单步)工作方式时，,I2.2 的常闭触点接通，使M0.6 为1状态，串联在各启保停电路的启动电路中的M0.6 的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。
2.单周期与连续的区分：在连续工作方式下,I2.4 为1状态。在初始步为活动步时按下启动按钮I2.6,M2.0 变为1状态,机械手下降。与此同时，控制连续工作的MO.7 的线圈“通电”并自锁。当机械手在步M2.7 返回最左边时,I0.4 为1状态，因为“连续”标志位M0.7 为1状态，转换条件满足，系统将返回步M2.0,反复连续地工作下去。按下停止按钮I2.7 后,M0.7 变为0 状态,但是机械手不会立即停止工作,在完成当前工作周期的全部操作后,机械手返回最左边，左限位开关I0.4 为1状态,转换条件满足,系统才从步M2.7 返回并停留在初始步。
在单周期工作方式下,M0.7一直处于0状态。当机械手在最后一步M2.7 返回最左边时，左限位开关I0.4为1的状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步。
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图3.34 自动程序梯形图
（5）自动回原点程序图：在回原点工作方式下,I2.1为ON。按下启动I2.6,M1.0 变为ON,机械手上升。升到上限位开关时,I0.2 为ON,机械手左行，到左限位开关时,I0.4 变为ON,将步M1.1复位，同时将Q0.4复位,机械手松开。这时原点条件满足，M0.5 为ON,在公用程序中,初始步M0.0被置位，为进入单周期、连续和单步工作方式做好了准备，因此可以认为步M0.0是步M1.1的后续步。
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图3.35 自动回原点程序
4程序调试模拟调试说明
在连续条件下完成一个工作周期：
1. 按下上限位I0.2和左限位I0.4，开启原点条件。
2. 按下连续开关I2.4之后按下启动I2.6。开始执行Q0.1，机械手下降。
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3. 关闭I0.2和I0.4，按下下限位I0.1，置位Q0.4机械手夹紧，计时器T37开始计时1S。
4. 计时器T37计时结束后，执行Q0.0，机械手上升。
5. 关闭下限位I0.1，按下上限位I0.2后开始执行Q0.3右行。
6. 按下右限位I0.3开始执行Q0.1下降。
7. 关闭上限位I0.2，开启下限位I0.1，复位Q0.4，机械手松开。记计时器T38开始计时1S。
8. 计时器T38计时结束后，执行Q0.0机械手上升。
9. 关闭下限位I0.1开启上限位I0.2，开始执行Q0.2，机械手左行。
10. 到达左限位后完成一次循环，计数器加一
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图4.1 机械手下降
图4.2机械手夹紧置位
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图4.3机械手上升
图4.4机械手右行
图4.5机械手下降
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图4.6机械手夹紧复位
图4.7机械手上升
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图4.8机械手左行
图4.9左行到左限位，计数器加一开始下一循环
结束语
结束语 就此课程设计就要告一段落，纵观整个设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄弱环节，通过论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案。 通过此次设计，让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我更加了解了关于PLC设计原理。也为期末考试的PLC部分做了充分的复习。
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”。 通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过
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实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。
参考文献
【1】陈白宁 段智敏 《机电传动控制》 东北大学出版社 2008
【2】廖常初 【3】邓星钟
《PLC编程及应用》 机械工业出版社 2002
《机电传动控制》 华中理工大学出版社 2001
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