论文PLC触摸屏综合设计.doc

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1、绪 论机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand。能模仿人手和臂的某些功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具它可以代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而由多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动

2、方式，被称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手由2-3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造

3、工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。第1章 机械手概况1.1 机械手的应用简况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，

4、工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。1.1.1 机械手的应用国内外机械工业、铁路部门中机械手主要应用于以下几方面：1. 热加工方面的应用热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作。2. 冷加工方面的应用冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最

5、近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。3. 拆修装方面拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。1.1.2 机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下

6、：1. 可以提高生产过程的自动化程度应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。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、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，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地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3. 可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人

7、手进行工作，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地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。1.1.3 机械手的发展概况专用机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。由于通用机械手的应用和发展，进而促进了智能机器人的研制。智能机器人涉及的知识内容，不仅包括一般的机械、液压、气动等基础知识，而且还应用一些电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，因此它是一项综合性较强的新技术。目前国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来

8、，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断地修改，品种在不断地增加，应用领域也在不断地扩大。90年代机械手在特殊用途上有较大的发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大的应用。90年代以后，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机械手技术也得到飞速的多元化发展。总之，目前机械手的主要经历分为三代：第一代机械手主要是靠人工进行控制，控制方式为开环式，改进的方向主要是将低成本和提高精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把接收到的信息反馈，使机械手具有感觉机能；第三代

9、机械手能独立完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。1.1.4 机械手的发展趋势目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。将机

10、械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高精度，减少冲击，定位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈

11、能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，

12、然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。到1995年，全世界约有50%的汽车由机械手装配。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.1.5 PLC概况及在机械手中的应用1. 可编程序控制器的应用和发展概况可编程序控制器（programmable controller），现在一般简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体

13、集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差。2. PLC的应用概况PLC的应用领域非常广，并在迅速扩大，对于而今的PLC几乎可以说凡是需

14、要控制系统存在的地方就需要PLC，尤其近几年来PLC的性价比不断提高已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC的控制类型，其应用大致可分为以下几个方面：（1）用于逻辑控制这是PLC最基本，也是最广泛的应用方面。用PLC取代继电器控制和顺序控制器控制。例如机床的电气控制、包装机械的控制、自动电梯控制等。（2）用于模拟量控制PLC通过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。（3）用于机械加工中的数字控制现代PLC具有很强的数据处理功能，它可以与机械加工中的数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。（4）用于多层分布式控制系统高功能

15、的PLC具有较强的通信联通能力，可实现PLC与PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与上位机之间的通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。3. PLC的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强PLC能在恶劣的环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度变化等中可靠地工作，PLC的平均无故障间隔时间高，日本三菱公司的F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是一般微机所不能比拟的。（2）控制系统构成简单、通用性强由于PLC是采用软件编程来实现控制功能，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统的功能时，不必改变PLC的硬件设备，只需相应改变软件程序。（3）编程简单、使用、维护方便（

16、4）组合方便、功能强、应用范围广PLC既可用于开关量的控制又可用于模拟量的控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。因此，PLC应用范围很广。（5）体积小、重量轻、功耗低PLC采用了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。4. PLC在机械手中的应用机械手通常应用于动作复杂的场合来代替人的反复的操作，从而节省人的劳动，普通继电器由于其体积和接口等各方面限制，经常被应用于动作简单的电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统构成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功能强、应用范围广;

17、 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手的控制动作复杂的场合，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手的各种动。第2章 机械手总体设计方案2.1 机械手的结构机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。工作方式的选择可以很方便地再操作面板上表示出来。当旋钮打向原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成个工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。2.1.1 执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。1. 手部即与物体接触的部件。由于与物体接触的形式不同，可分为加持式和

18、吸附式，在本课题中我们采用加持式结构。加持式手部由手指（或手爪）和传动机构所构成。手指是与物体直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物体的表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的；手指有外夹式和内撑式；指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物体的任务。传力机构型较多时常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、

19、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。2. 手腕手部是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物体的方位（即姿势）。3. 手臂手臂是支撑被抓物体、手部、手腕的重要部位。手臂的作用是带动手指去抓取物体，并按预定要求将其搬运到指定的位置。工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、和凸轮机构等）与驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂的各种运动。4. 立柱立柱是支撑手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降（或俯仰）运动均与立柱有密切的联系。机械手的立柱因工作需要，有时也可以横向移动，即称为可移式立柱。5. 行走机构当工业机

20、械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚轮式被分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。6. 机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。2.1.2 驱动机构驱动机构是由驱动工业机械手执行机构运动的动力装置、调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。2.1.3 控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。控制系统有

21、电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息（如运动顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。2.1.4 位置检测装置控制机械手执行机构的运动装置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。2.2 机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂时按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。2.2.1 按用途分机械手可分为专用

22、机械手和通用机械手两种：1. 专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。2. 通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。各性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种：简易型以“开-关”式控制定位，只能是点

23、位控制;伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型运用机械手属于数控类型。2.2.2 按驱动方式分1. 液压传动机械手液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、机构紧凑、动作灵活。但对密封装置要求严格，不然油的泄露对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2. 气压传动机械手气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：介质源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简

24、单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高温、高速、轻载和粉尘大的环境中进行工作。3. 机械传动机械手机械传动机械手是由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作的上、下料，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。4. 电力传动机械手电力传动机械手是有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，

25、故机构结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。2.2.3 按控制方式分1. 点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。2. 连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。2.3 气动机械手的控制要求图2.1 气动机械手的动作气动机械手的动作示

26、意图如图2.1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移动到B处。控制要求为： 气动机械手的升降和左右移动分别有不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动； 上升、下降的电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4； 机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件； 机械手的夹钳的松开、夹紧通过延时1S实现； 机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；2.4. 机械手的操作功能图2.2 机械手的操作面板图2.3 机械手的显示面板机械手的操作面板如图2.

27、2所示。机械手能实现手动、回原位、单周期和连续等四种工作方式。 手动工作方式时，用个按钮的电动实现相应的动作； 回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位； 单周期工作方式时，每按下一次启动按钮，机械手只运行一个周期； 连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动按钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止按钮； 传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件； 出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。第3章 气动机械手系统的设计3.1输入和输出点分配表表3.1输入点分配表名 称代 号输 入名 称代 号输 入启动SB1 M20

28、.0夹紧SB7M20.4停止 SB2 M20.1单步右移SB5M21.0下限行程SQ1 M21.5放松 SB8M20.5上限行程SQ2 M21.6单步上升SB4M20.6右限行程SQ3 M21.7单步下降SB3M20.7左限行程SQ4 M22.0单步左移SB6M21.1急停SQ5M21.2回原位SQ6M21.4手动 SQ7M25.0自动SQ8M25.1单周期SQ9M21.3表3.2 输出点分配表名 称代 号输 出名 称代 号输 出电磁阀下降YV1 Q0.0电磁阀右行YV3 Q0.2电磁阀夹紧YV5 Q0.4电磁阀左行YV4 Q0.3电磁阀上升YV2 Q0.1原点指示H L Q0.53.2 原理

29、接线图图3.1 原理接线图第4章 触摸屏的制作4.1 制作过程 图4.1 方案设定图4.2 下载图4.3 设备属性图4.4 设备属性图4.5 通讯口设置图4.6 窗口设置图4.7 位状态设置元件属性图4.8 位状态切换开关元件图4.9 机械手的操作面板图4.10 机械手的显示面板第5章 系统的调试5.1 设计注意事项设计时主要应注意以下几方面：1. PLC输出电路中没有保护，因此在外部电路中应设置串联熔断器等保护装置，以防止负载短路造成PLC损坏，熔断器容量一般为0.5A。2. PLC存在I/O响应延迟问题，因此在快速响应设备中应加以注意。3. 编制控制程序时，最好用模块结构程序。这样既可增强

30、程序的可读性，方便调试和维持工作；又能使数据库结构统一，方便组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示。4. 硬件资源。要合理配置硬件资源，以提高系统可靠性。如PLC电源配电系统要配备冗余的USB不间断电源，以排除停电对全线运行的不利影响。又如对电机的控制回路要进行继电器隔离，以消除外部负载对I/O模板的可能损坏。另外，系统设备要采用独立的接地系统，以减少杂波干扰。5.2 使用要点1. 抗干扰措施。来自电源线的杂波，能造成系统电压畸形，导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，在电源入口处最好应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中，电源滤

31、波器的地线要以最短线路接到中央保护地。对于直流电源，则可加装微分电容加以干扰抑制。2. 保护接地。可采取用不小于10mm的保护导线接好配电板的保护地；相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地，通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地，或模拟信号电缆采取两层屏蔽，外层屏蔽两端接地等措施。另外，为防止感应雷进入系统，可采用浪涌吸收器。3. 做好信号屏蔽。信号的屏蔽非常关键，一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时，信号间一定要做好屏蔽，而且电缆的屏蔽层一端（一般在控制柜端）要可靠接地。4. 当现场没有或无法设置硬点时，

32、可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外，与变频器、智能仪表等的连接，最好还是采用信号线直接相连的方式。5. 应合理配置PLC的使用环境，提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有：远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏（盘）或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。另外，PLC虽适合于工业现场，但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要再有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。已广泛应用于各控制领域，尤其是在工业生产过程控制中。它具有其它控制器无可比拟的优点，可靠性高、

33、抗干扰能力强，在恶劣的生产环境里，仍然可以十分正常地工作。作为PLC本身，它的故障发生率非常低，但对以PLC为核心的控制系统而言，组成系统的其它外部元器件（如传感器和执行器）、外部输入信号和软件本身，都很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏PLC，使整个系统瘫痪，造成极大的经济损失，甚至危及人的生命安全。所以技术人员必须熟悉PLC技术，并能够熟练地诊断和排除PLC在运行中的故障。PLC控制系统故障诊断技术的基本原理是利用PLC的逻辑或运算功能，把连续获得的被控过程的各种状态不断地与所存储的理想（或正确）状态进行比较，发现它们之间的差异，并检查差异是否在所允许的范围内（包括时间范围

34、和数值范围）。若差异超出了该范围，则按事先设定的方式对该差异进行译码。最后以简单的、或较完善的方式给出故障信息报警。故障诊断的功能包括故障的检测和判断及故障的信息输出。常见到PLC控制系统中，其故障的情况是多种多样的。PLC控制系统主要由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成 ，输出部分包括控制面板和输入模板；采样部分包括采样控制面模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统的核心，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有的系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动执行器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，有输出模板驱动执行器工作；通讯部分由通讯模板和上位机

35、组成。因为PLC本身的故障可能性极小，系统的故障主要来自外围的元部件，所以它的故障可分为如下几种：输入故障，即操作人员的操作失误；传感器故障；执行器故障；PLC软件故障。这些故障，都可以用合适的故障诊断方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。故障自诊断是系统可维持性设计的重要方面，是提高系统可靠性必须考虑的重要问题。自诊断主要采用软件方法判断故障部分和原因，不同控制系统自诊断的内容不同，PLC有很强的自诊断能力，当PLC出现自身故障或外围设备故障，都可用PLC上具有的诊断指示功能的发光二极管的亮、灭来查找。5.3 程序调试PLC程序的调试实际为模拟调试过程，在此之前首先对PLC

36、外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过，为了安全考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。5.3.1 程序的模拟调试将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。可以根据功能表图，在适当的时

37、候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生各步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步杯驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。5.3.2 机械手的运动过程及其分析1. 机械手的运动过程机械手传送工件系统示意图，如图2.1所示。它是一个水平、垂直运动的机械设备，用来将工件由左工作台（

38、A点）搬运到工作台（B点）。机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由相应的电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。其中，上升下降和左右移分别由双线圈两位电磁阀控制。例如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手停止下降。只有当上升电磁阀通电时，机械手上升；当上升电磁阀断电时，机械手停止上升。同样左移右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手的放松夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。机械手的运动过程如图所示。（1）从原点开始，按下启动按钮，下降电磁阀通电，机械手下降；下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，停止下

39、降。（2）同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。（3）夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升；上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。（4）同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，停止右移。（5）下降电磁阀通电，机械手下降；下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，停止下降。（6）同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。（7）放松后，上升电磁阀通电，机械手上升；上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。（8）同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，停止左移。至此，机械手经过8步完成了一个周期的动作。即为：原位下降

40、夹紧上升右移 左移 上升 放松 下降2. 工作过程分析当机械手处于原位时，上限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.3线圈接通，原位指示灯亮。按下启动按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0的“1”态移至M10.1,下降阀输出继电器I1.0接通，执行下降动作，由于上升限位开关SQ.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0的“0”态移位到M10.1,下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.0的“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0动合

41、触点闭合，加紧电磁阀Q0.4接通，执行加紧动作，同时启动定时器T37,延时1秒。机械手加紧工作后，T0触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M10.2,上升电磁阀Q0.1接通，I0.1断开，执行上升运动。由于使用S指令，M20.0线圈具有自保持功能，Q0.0保持接通，机械手继续夹紧工件。当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.1线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.2断开，右移电磁阀Q0.2接通，执行右移动作。待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3d“0”态移位到M10.

42、4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4的“1”态移位到M10.5，Q0.4线圈再次接通，执行下降动作。当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.6，Q0.4线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.0线圈断开，机械手松开工作；同时T38启动延时1秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.1线圈再次接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M1102为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。到达左限位开关位置，X004触点

43、接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.2线圈断开，机械手回到原位，由于I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。再次按下启动按钮，将重复上述动作。总 结 1.本次设计的是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手的自由度可变，控制程序可调，因此适用面广。2.采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会应为环境变化影响传动及控制性能。阻力损失和泄露较少，不会污染环境，同时成本低廉。3.通过对气压传动系统工作原理图的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复动作，同

44、时做到了图纸的统一规范。4.机械手采用PLC控制，具有可靠性高、改变程序灵活等特点，无论是进行时间控制还是行程控制或混合控制，都可通过设定PLC程序来实现。可以根据机械手的动作顺序修改程序，使机械手的通用性更强。致 谢经过一个多月的时间我终于完成了论文。从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在 大学期间独立完成的最大的项目。当刚拿到课题时，对这次课题的实际内容和方法还是很模糊，只能到图书馆、上网，以及平时做的实验中找突破口，在经过几天的查找和学习，对此次课题有了初步的设计思路和方法，接下来的几天里，通过对资料的分析，有了初步的模块，在P

45、LC设计和应用上也得到了一定的使用方法，接下来就是对程序的编写，在平时的课堂上虽然老师都有讲解，但真正到了应用时还是存在很多问题，再通过资料的辅助和老师的细心讲解，知道了如何编程，如何设置主从，以及主从间的连接方式和使用方法，在接下来对程序的调试过程中虽然出现了一些大大小小的问题，但都能够自己找出原因并解决，我觉得这是这次毕业设计的最好收获，最终的成果基本符合设计要求。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文顺利完成，在此向全体老师表示由衷的感谢。感谢他们三年的

46、辛勤栽培。在论文完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意。附 录（程序）参考文献1 王永华编著. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20082 刘锴 周海编著. 深入浅出西门子S7-300PLC. 北京：北京航空航天大学出版社，20043 钱文伟编著. 工程制图（非机类）. 北京：高等教育出版社，20074 黄坚编著. 自动控制原理及其应用. 北京：高等教育出版社，20055 常文平编著. 工厂供电技术. 北京：中国电力出版社，20096 许晓峰编著. 电机及拖动. 北京：高等教育出版社，20077 田效伍. 电气控制与PLC应用技术. 北京: 机械工业出版社，20068 戚新波. 检测技术与智能仪器. 北京： 电子工业出版社，20059 邵惠鹤. 工业过程高级控制. 上海：上海交通大学出版社，199710 郝海清. 串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据