《PLC技术与工程应用》课程设计任务书
课题名称：机械手电气控制系统设计
专业班级：电气自动化技术102班
河南机电高等专科学校自动控制系
2012-06-01
1、概述
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 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。

1.2 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。

2、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2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2. 输入输出接口电路板
2.1 输入接口电路板
输入接口电路板原理图如图3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)。

板上设有光电隔离电路，将内外电源隔离，以保护设备安全。

图3. 输入接口电路板电气原理图
本设备8个输入信号，对应输入接口电路板的8根输入信号线。

各信号线对应的行程开关如表1所示。

表1. 输入信号线与行程开关对应关系表
输入信号线序号
对应行程开关备注
(自左到右)
1 左转到位I0.3
2 右转到位I0.4
3 退回到位I0.5
4 伸出到位I0.6
5 上移到位I0.7
6 下移到位I1.0
7 手指张开到位I1.1
8 手指夹紧到位I1.2
2.2 输出接口
输出接口(如图4所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。

它们的功能是将PLC输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。

输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。

左图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。

右图为输出接口电路板电气原理图，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4. 输出接口电路电气原理图
(左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板)
本设备有8个输出控制信号，对应输出接口电路板的8根输出信号线。

各输出信号线对应的电动机动作关系如表2所示。

表2. 输出信号线与电动机动作对应关系表
输出信号线序号
对应电动机备注
(自左到右)
1 摆动电机左转Q0.0
2 摆动电机右转Q0.1
3 水平电机伸出Q0.2
4 水平电机退回Q0.3
5 垂直电机上移Q0.4
6 垂直电机下移Q0.5
7 手指电机张开Q0.6
8 手指电机夹紧Q0.7
3、电气原理图
开始
伸出
初始位置
复位
下行
左转
夹紧
退回
上行
右转
张开
是
否
5.1 创建系统画面
5.2 I/O口设备组态，建立组态与PLC的设备连接
5.3 通过使用开发系统中工具箱的工具画出机械手控制系统的监控画面
5.4 定义立体车库的动画连接
6、输入输出I/O表
输入状态输入点
启动I0.0
停止I0.1
复位I0.2
左转到位I0.3
右转到位I0.4
退回到位I0.5
伸出到位I0.6
上移到位I0.7
下移到位I1.0
手指张开到位I1.1
手指夹紧到位I1.2
输入I/O点
输出状态输出点
摆动电机左转Q0.0
摆动电机右转Q0.1
水平电机伸出Q0.2
水平电机退回Q0.3
垂直电机上移Q0.4
垂直电机下移Q0.5
手指电机张开Q0.6
手指电机夹紧Q0.7
输出I/O点
参考文献
[1]王永华. 现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社，2007
[2]西门子(中国)有限公司.S7-200可编程控制器产品目录.2004
[3]张凤珊,祖龙起.电气控制及可编程序控制器.中国轻工业出版社,2006
[4]张兴国.可编程序控制器技术及应用.中国电力出版社,2006
附录：程序
主程序
子程序复位。