河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称：《PLC技术与工程应用》课题名称：机械手电气控制系统设计系部名称：自动控制系专业班级：生产过程自姓名：学号：1212014年06月26日设计任务书设计任务书设计目的：1、学习PLC电气控制系统的开发过程和系统设计思路；2、锻炼实际应用程序开发能力；3、提高电气制图、流程图绘制及办公文档编辑能力。
设计要求：1、设置机械手复位按钮机械手每次的工件输送过程，都应该从初始位置开始。
定义右转到位、上行到位、退回到位及手指张开到位同时满足时为机械手初始位置。
开机运行时，机械手应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，机械手停在非初始位置，按下复位按钮即可实现复位。
2、设置单步/连续切换开关a.在单步模式下按下启动按钮(若机械手处于初始位置，则开始运行；否则，按下复位键，使机械手复位)→伸出→下行→手指夹紧→上行→左转→下行→手指张开→上行→退回→右转→停止b.在连续模式下按下启动按钮，上述动作依次发生，但回到初始位置之后，继续下一个工件的传输过程。
连续模式下，按下停止按钮，待本次工件传输工作结束后，停止运行。
《PLC技术与工程应用》课程设计报告书目录目录 (I)1 设计思路或方案选择 ............................................................. - 1 -1.1 机械手简述 ............................................................................. - 1 -1.1.1 设计功能及硬件组成 ............................................................ - 1 -1.2 系统组成 ................................................................................. - 2 -1.2.1 输出驱动单元......................................................................... - 2 -1.2.2 输入检测单元......................................................................... - 3 -1.3 PLC工作原理 .......................................................................... - 3 -2 硬件电路设计 ............................................................................... - 4 -2.1 输入输出接口电路介绍 ......................................................... - 4 -2.1.1 输入电路板............................................................................ - 4 -2.1.2 输出板电路............................................................................ - 5 -2.1.3 驱动电路 ............................................................................... - 5 -2.1.4 控制电路原理图 ..................................................................... - 6 -2.2 I/O分配表 .............................................................................. - 6 -2.2.1 输入信号 ............................................................................... - 6 -2.2.2 输出信号 ............................................................................... - 7 -2.3 机械手运动示意图 ................................................................. - 7 -3 软件设计......................................................................................... - 8 -3.1 总流程图及说明 ..................................................................... - 8 -3.2 重要程序及说明 ..................................................................... - 9 -目录4 程序调试....................................................................................... - 10 -4.1 调试设备 ............................................................................... - 10 -5 心得体会.......................................................................................... - 11 -附录1 参考文献 ................................................................................ - 12 -附录2 程序清单 ................................................................................ - 13 -机械手电气控制系统设计1 设计思路或方案选择1.1 机械手简述机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动和输送功能。
机械手机构控制涉及了PLC、传感器、电机驱动等技术。
机械手实验设备如图1所示。
该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧与张开等四自由度动作。
图1. 机械手实验设备1.1.1 设计功能及硬件组成机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
- 1 -PLC技术与工程应用课程设计1．执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。
手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。
手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。
简单的机械手可以没有手腕。
支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。
2. 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。
常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。
1.2 系统组成1.2.1 输出驱动单元该设备四自由度动作由四台直流电动机驱动，每台电动机可进行正反转运行。
左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动由直流减速电机驱动丝杠--螺母结构完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电机驱动连杆结构实现。
该设备共有8个动作，由控制器输出信号驱动。
- 2 -机械手电气控制系统设计1.2.2 输入检测单元每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到位。
该设备共有8个行程开关作为控制器的输入信号。
1.3 PLC工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1．每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。
2．输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。
6．由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
图2 西门子S7-200PLC实验台输入输出连线图- 3 -PLC技术与工程应用课程设计2硬件电路设计2.1 输入输出接口电路介绍机械手实验设备既是所谓控制对象，对于一般工业控制，其控制核心使用可编程控制器(PLC)。
设计输入输出接口电路(如图3所示) 的目的是为解决机械手设备输出驱动单元、输入检测单元与PLC之间的信号接口问题。
图中上层电路板是驱动电路板，下层电路板左侧是输入接口电路板，右侧是输出接口电路板。
图3. 输入输出接口电路板2.1.1 输入电路板输入电路板原理图如图4所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换为统一的电平信号(逻辑1：24V DC ；逻辑0：0V DC)。
图4. 输入电路板电气原理图- 4 -机械手电气控制系统设计2.1.2输出板电路输出接口电路板电气原理图如图5所示，当PLC输出的某路控制信号有效时，对应的输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。
图5. 输出电路板电气原理图2.1.3驱动电路图6为驱动电路板电气原理图，继电器A吸合、B释放，对应的电机正转；继电器A释放、B吸合，对应的电机反转；继电器A、B 同时释放，电机停止运行；不允许二者都吸合。