概要本文介绍了用PLC S7-200为控制电路主元件，外加电器系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。

通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。

工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。

机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。

左移目录前言第一章机械手简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1．1 机械手概念1．2 机械手总体结构第二章PLC介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2．1 PLC发展史2．2 PLC应用2．3 PLC特点第三章汽缸简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3．1汽缸概念与汽缸分类3．2汽缸结构与工作原理第四章相关元气件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4．1电磁阀介绍4．2传感器介绍第五章项目的实施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 5．1机械手的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .11 5．2机械手总体设计方案. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .115．2．1主程序5．2．2公用程序5．3绘制原理草图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .13 5．3．1开关原理图5．3．2PLC外部接线图5．3．3机械手气动原理图5．4元气件选型计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 5．5输入/输出地址分配表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .16 5．6绘制流程图或顺序功能图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .17 5．7机械手程序设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 5．8系统的安装与调试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .24 5．8．1系统安装工具5．8．2系统安装记录5．8．3系统安装故障分析及解决方法5．8．4安装验收表结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27前言为工业机械手研制一个技术性能优良的控制系统，对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。

本设计正是针对这一课题，选择了可编程控制器(PLC)作为工业机械手的控制系统，这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。

本设计的控制对象是由一个搬运机械手组成的机械手，每个机械手完成8个基本动作。

机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。

限位开关检测机械手是否到达固定位置。

可编程控制器(PLC)控制机械手的动作，实现机械手群的自动运行。

本设计可编程控制器(PLC)选用西门子（SIEMENS）公司S7-200系列的CPU224，并扩展了EM221模块和EM222模块。

机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。

本设计的重点放在PLC各硬件部分的设计和介绍、PLC梯形图的编写上。

在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。

第一章机械手的简介1．1机械手的概念能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。

它可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。

1.2机械手的总体结构本文设计的机械手主要包括机械手的旋转、大臂的伸缩、小臂的升降、手抓的松紧。

各关节均采用电磁阀作为驱动装置，在机械大臂伸缩和小臂的升降以及手抓的松紧环节都配有传感器，并编制了能满足运动控制要求的软件，实现对机械手的速度、位置以及4关节联动控制。

机械手主要由手部和运动机构组成。

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、材料和作业要求而有多种结构形式，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、旋转等独立运动方式，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。

一般专用机械手有2～3个自由度。

第二章 PLC介绍2．1 PLC发展史第一代：1969年~1972年，代表产品有·美国DEC公司的PDP-14/L·日本立石电机公司的SCY-022·日本北辰电机公司的HOSC-20第二代：1973年~1975年，代表产品有·美国GE公司的LOGISTROT·德国SIEMENS公司的SIMATIC S3、S4系列·日本富士电机公司的SC系列第三代：1976~1983年，代表产品有·美国GOULD公司的M84、484、584、684、884·德国SIEMENS公司的SIMATIC S5系列·日本三菱公司的MELPLAC-50、550第四代：1983年~现在，代表产品有·美国GOULD公司的A5900·德国西门子公司的S7系列2．2 PLC应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便2．3 PLC特点1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC 的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。