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1、电气与PLC控制技术,项目六 机械手自动控制,学习目标,知识目标 （1）掌握三菱FX系列PLC步进指令的用法； （2）掌握状态转移图的编程方法、及其转换梯形图的编程规则； （3）掌握机械手自动控制的工作原理。 （4）了解PLC控制程序结构化程序设计方法。 （5）熟悉PLC顺序控制系统的程序设计方法。 （6）掌握PLC控制系统设计的方法和步骤。,能力目标 （1）掌握控制系统常用的工作方式及控制面板的设计； （2）掌握用PLC对简易机械手控制的设计方法； （3）掌握工程中PLC的选型及硬件配置。,6.1 任务分析,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。 机械手可避免人
2、体受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，降低工人的劳动强度。,图6-1 机械手工作示意图,6.2 状态转移图及步进顺控指令,6.2.1 状态转移图 状态转移图是一种用状态继电器来表示的顺序功能图(Sequential Function Chart，简称 SFC图)， 是FX系列PLC专门用于编制顺序控制程序的一种编程方式。,6.2.3 状态图中的基本元素 主要由步（静步/动步）、转移条件、有向线3个要素组成。,工作步1,转移条件1,有向线,触点或电路块,初始步,转移条件2,工作步2,动作1,动作2,S0-S9,S20-S899,线圈指令 或 功能指令,概念：,状态图的构成规则： 1、步与步不能
3、直接相连，必须用转移分开。 2、转移与转移不能相连，必须用步分开。 3、步与步之间的连接采用有向线，从上下或由左右画时，可以省略箭头。当有向线从下上或由右左时，必须画箭头，以明示方向。 4、至少有一个起始步。,6.2.4 状态图的基本形式 6.2.4.1 单一序列与选择序列,6.2.4.3 并行序列 用于表示系统的几个同时工作的独立部分的工作情况,6.2.2 步进顺控指令(STL和RET) 6.2.2.2 STL指令,图,6,-,3,STL,指令使用说明,STL指令用于“激活”某个状态。 与STL相连的起始接点要使用LD、LDI指令。 使用STL指令使新的状态置位，前一状态复位。 在STL接点
4、接通转为断开后，仍要执行一个扫描周期。 STL指令仅对状态继电器有效。 STL指令和RET指令要成对使用。,6.2.2.3 RET指令 RET指令用于返回主母线，其梯形图符号为 。 状态转移程序的结尾必须使用RET步进返回指令。,6.2.5 步进顺控指令应用注意事项,一、与STL步进触点相连的触点应使用LD或LDI指令。最后一个STL电路结束时必须使用RET指令，否则会出现“程序语法错误”信息。 二、初始状态可由其他状态驱动，但运行开始时，必须用其他方法预先作好驱动，否则状态流程不可能向下进行。 三、STL触点可以直接驱动或通过别的触点驱动Y、M、S、T等元件的线圈和应用指令。,6.2.5 步
5、进顺控指令应用注意事项,四、由于CPU只执行活动步对应的电路块，因此，使用STL指令时允许双线圈输出，即不同的STL触点可以驱动同一软元件的线圈，但是同一软元件的线圈不能在同时为活动步的STL区内出现。 状态软元件S在状态转移图中不能重复使用，否则会引起程序执行错误。 五、在步的活动状态的转移过程中，相邻两步的状态继电器会同时ON一个扫描周期，可能会引发瞬时的双线圈问题。,六、并行流程或选择流程中每一分支状态的支路数不能超过8条，总的支路数不能超过16条。 七、若为顺序不连续转移（即跳转），不能使用SET指令进行状态转移，应改用OUT指令进行状态转移。 八、STL触点右边不能紧跟着使用入栈（M
6、PS）指令，也不能与MC、MCR指令一起使用。 九、需要在停电恢复后继续维持停电前的运行状态时，可使用S500S899停电保持状态继电器。,6.2.6 单流程状态转移图的编程 单流程 所谓单流程就是指状态转移只能有一种顺序，没有其他的可能。 有单流程构成的状态转移图就叫做单流程状态转移图。,编程方法和步骤： 根据控制要求，列出PLC的I/O分配表； 将整个工作过程按工作步序分解，每个工作步序对应一个状态，将其分为若干个状态； 理解每个状态的功能和作用，即设计驱动程序； 找出每个状态的转移条件和转移方向； 根据以上分析，画出控制系统状态转移图； 根据状态转移图画出梯形图和指令表。,编程实例,图6
7、-15 台车自动往返示意图,SQ2 (X012),SQ1 (X011),SQ3 (X013),启动,SB (X000),暂停5秒,停止,Y021,Y021,Y023,Y023,6.2.6.4 运用状态编程思想说明建立SFC图的方法,6.2.7 状态转移图（SFC）转换成状态梯形图(STL）、指令表程序,状态梯形图（STL图),图6-17 台车自动往返控制的状态梯形图（STL图）和指令表,6.5分析机械手的工作过程和控制要求,6.5.1机械结构 6.5.2 工作过程,工作方式：手动、回原点、单步、一个周期和连续工作（自动） 手动：按钮单独操作机构上升、下降、左移、右移、放松、夹紧。供维修用。 回
8、原点：按下此按钮，机械手自动回到原点。顺序控制中，自动运行要有一个起始点，这就是原点。机械手工作时应从原点位置按启动按钮。 单步运行：按动一次起动按钮，前进一个工步，供调试用。,6.5.3 控制要求,工作方式：手动、回原点、单步、一个周期和连续工作（自动） 单周期运行（半自动）：在原点位置按动启动按钮，自动运行一遍后回到原点停止。供首次检验用。若在中途按动停止按钮，则停止运行；再按启动按钮，从断点处继续运行，回到原点处自动停止。 自动控制：按下启动按钮，机构从原点位置开始，自动完成一个工作循环过程，并连续反复运行，若在中途按动停止按钮，运行到原点后停止。供正常工作用。,6.5.3 控制要求,6
9、.5.4机械手PLC选型与硬件设计 一、操作面板的设计,图6-27机械手操作面板,机械手控制I/O接线图,图6-29 机械手控制I/O接线图,6.5.5 机械手PLC的程序设计 初始化程序和原点位置,图6-30 该系统的初始化程序,手动方式程序,原点方式程序,(b)指令表,图6-32回原点方式的顺序功能图及指令表,自动方式程序,图6-33自动方式顺序功能图,机 械 手 控 制 系 统 梯 形 图,图6-36 机械手控制系统梯形图,实训6-1 多台电动机顺序启动/停车的PLC控制,控制要求 电动机顺序起动/停车（单流程步进） 所谓单流程是指状态转移只有一种顺序，它是状态转移的基本形式。图6-37
10、为采用定时器控制电动机M1M4控制要求为：电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止。 其状态转移图是以单流程为基础进行状态的跳转。图6-38是采用三菱FXGP编程软件编制的控制电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止的步进梯形图程序及其对应的指令表。,程序设计 按照电动机顺序起动/停车控制的要求，编制PLC控制程序。按照要求连接PLC主机和输入/输出实验板，运行PLC控制程序，模拟电动机顺序起动/停车输入信号，观察输出结果。 写出I/O分配表、程序梯形图。 仔细观察实验现象，认真记录实验中发现的问题、错误、故障及解决方法。图6-37 电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止。 程序调试,图6-
11、37 电动机M1M4按顺序起动，以相反顺序停止控制顺序功能图,实训6-2 彩灯循环点亮的PLC程序控制,一、控制要求 彩灯循环点亮的PLC程序控制控制要求：按下启动按钮（AK1），彩灯 L1、L3、L5、L7 点亮，1S 后熄灭；同时彩灯 L2、L4、L6、L8 点亮，1S 后熄灭，以后照此循环下去，直到按下停止按钮（AK2）才停止。 二、程序设计 I/O（输入/输出点）分配 X0：启动按钮 X1 ：停止按钮 Y1：红灯 Y2：绿灯 Y3：黄灯 按控制要求和PLC I/O（输入/输出点）分配编制梯形图，并写出其指令表。,实训6-2 彩灯循环点亮的PLC程序控制,三、程序调试 装入应用程序，设置
12、 PLC 为运行状态，按下启动按钮，彩灯按要求闪烁，按下停止按钮，彩灯停止闪烁。,附录 1.9.2.2 特殊辅助继电器,M8000M8255（256点） 触点利用型(只读型)特殊辅助继电器：其线圈由PLC系统程序驱动，用户只可直接使用其触点。 M8000:运行监控。PLC运行时接点闭合 M8002:初始化脉冲。在PLC运行开始时接通一个扫描周期。 M8005:锂电池电压降低至规定值时闭合。 M8011M8014分别提供10ms、100ms、1s和1min的时钟脉冲，用于延时。,电气与PLC控制技术,状态继电器有下列五种类型：,1）初始状态继电器：S0-S9共10点,2）回零状态继电器：S10-S19共10点,3）通用状态继电器：S20-S499共480点,4）保持状态继电器：S500-S899共400点,5）报警用状态继电器：S900-S999共100点,附录 1.9.3 状态继电器(S),状态继电器S是编制步进控制顺序中使用的重要元件，它与步进指令STL配合使用。当S不与STL一起使用时，其作用相当于普通辅助继电器M。,