基于plc的机械手控制系统设计样本.doc

前 言
随着国内工业生产奔腾发展，自动化限度迅速提高，实现工件装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业自动化，已愈来愈引起人们注重。
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机广泛应用，机器人研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来一门新兴技术，它更加增进了机械手发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化有机结合。
机械手是模仿着人手某些动作，按给定程序、轨迹和规定实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。在工业生产中应用机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然当前还不如人手那样灵活，但它具备能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物力量比人手大等特点，因而，机械手已受到许多部门注重，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；特别在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣环境中，它代替人进行正常工作，意义更为重大。
本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称，是在继电顺序控制基本上发展起来以微解决器为核心通用工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术迅猛发展，PLC功能也越来越强大，更多地具备计算机功能。当前PLC已经在智能化、网络化方面获得了较好发展。该系统运用西门子PLC，在步进电机驱动下，完毕对机械手在搬运过程中下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常状况实行自动报警和自动保护，实现公司机电一体化，提高公司生产效率。
1机械手概述
1.1机械手简介
机械手是模仿着人手某些动作，按给定程序、轨迹和规定实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。它可代替人繁重劳动以实现生产机械化和自动化，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。机械手是工厂公司高度自动化标志，它能完毕许多高技术难度和繁重体力劳动，特别对于高温、高压、高湿度、污染等不适当人工工作环境中，机械手起到了不可取代作用。
1.2机械手构成
机械手重要由手部、驱动系统、控制系统构成。构造如图1-1所示：

图1-1机械手构造图
Fig. 1-1 Manipulator structure
（1）手部
即与物件接触部件。手部是用来抓持工件（或工具）部件，
依照被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业规定而有各种构造形式，
如夹持型、托持型和吸附型等。
（2）驱动系统
使手部完毕各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定动作，变化被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计核心参数。自由度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其构造也越复杂。普通专用机械手有2～3个自由度。
1.3机械手应用
随着科学技术发展，机械手也越来越多地被应用。在机械工业中，铸、锻、焊、铆、冲压、热解决、机械加工、装配、检查、喷漆、电镀等工种均有应用实例。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。
机械工业中，应用机械手重要目是：
一、可以提高生产过程自动化限度
应用机械手，有助于实现材料传送、工件装卸、刀具更换以及机器装配等自动化限度，从而可以提高劳动生产率和减少生产成本。
二、可以改进劳动条件、避免人身事故。
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作时有危险或主线不也许。而应用机械手即可某些或所有代替人安全完毕作业，使劳动条件得以改进。 在某些简朴、重复，特别是较笨重操作中，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导致人身事故。
三、可以减少人力，并便于有节奏地生产
应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力一种侧面，同步由于应用机械手可以持续地工作，这是减少人力另一种侧面。因而，在自动化机床和综合加工自动线上，当前几乎都设机械手，以减少人力和更精确地控制生产节拍，便于有节奏进行生产。
由此可见，有效地应用机械手，是发展工业必然趋势。
2 PLC简介
2.1 PLC产生
1968年美国通用汽车公司（GM）招标规定:软连接代替硬接线;维护以便;可靠性高于继电器控制柜;体积不大于继电器控制柜;成本低于继电器控制柜;有数据通讯功能;输入115V;可在恶劣环境下工作;扩展时，原系统变更要少;顾客程序存储容量可扩展到4K 。核心思想：用程序代替硬接线，输入/输出电平可与外部装置直接相联，构造易于扩展 ，这是PLC雏形。
1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功 。
2.2 PLC定义和特点
2.2.1 PLC定义
美国电气协会制造商协会NEMA和国际电工委员会IEC对可编程控制器分别作了定义：可编程控制器是一种专门用于工业环境、以开关量逻辑控制为主自动控制装置。它具备存储控制程序存储器，可以按照控制程序，将输入开关量（或模仿量）进行逻辑运算、定期、计数和算术运算等解决后，以开关量（或模仿量）形式输出，控制各种类型机械或生产过程。
初期可编程控制器，重要用于开关量逻辑控制，因此称为可编程逻辑控制器，简称PLC，日后随着计算机技术不断发展，其功能已不但限于开关逻辑控制，因此被称之为可编程控制器PC，但这很容易和个人计算机PC相混淆，因而，普通把PLC作为可编程控制器简称。
2.2.2 PLC特点
可编程控制器之因此可以得到迅速发展和广泛应用，重要是由于它具备如下特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强 用软件实现大量开关量逻辑运算，克服了因继电器触点接触不良而导致故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采用了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰办法，适应各种恶劣工作环境，远远地超过了老式继电器控制系统和普通计算机控制系统。
（2）编程简朴，易于掌握 PLC采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑设计相似，具备直观、简朴、容易掌握等长处。
（3）功能完善，灵活以便 随着PLC技术不断发展，其功能更加完善，不但具备开关量逻辑控制功能和步进、计算功能，并且还具备模仿量解决、温度控制、位置控制、网络通信等功能。既可以单机使用、也可联网运营，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。并且在运营过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统功能。
（4）体积小、质量轻、功耗低 由于采用了单片机等集成芯片，体积小、质量轻、机构紧凑、功耗低。
2.3可编程控制器重要性能指标
可编程控制器性能指标有诸多，重要有如下几项指标。
（1）输入/输出点数(I/O) I/O点数是指可编程控制器外部输入、输出端子数总和。它标志着可以接多少个开关按钮和可以控制多少个负载。
（2）存储容量 存储容量是指可编程控制器内部用于存储顾客程序存储容量。
（3）扫描速度 普通以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/千步，也有以执行一步指令所需来计算，单位us/步。
（4）功能扩展能力 可编程控制器除了主模板块之外，普通都可配备某些可扩展模块，以适应各种特殊功能应用需要。如A/D模块、D/A模块、位置控制模块等。
（5）指令系统 指令系统是指一台可编程控制器指令总和，它是衡量可编程控制器功能强弱重要指标。
2.4可编程控制器分类
普通PLC产品可按构造形式、控制规模等进行分类。
（1）按构造形式分类 按构造形式不同，可分为整体式和模块式两类。整体式PLC是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集成在一种机壳内，从而具备构造经凑、体积小、价格低等长处，许多小型PLC多采用这种机构。模块式PLC将各个功能部件做成独立模块，如电源模块、CPU模块、I/O模块等，然后进行组合。
（2）按控制规模分类 按控制规模大小，可分为小型、中型和大型PLC三种类型。
1）小型PLC。 小型PLCI/O点数在256点如下，存储容量在2KB以内，其中输入输出点数不大于64点PLC又称为超小型或微型PLC，具备逻辑运算、定期、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。
2）中型PLC。 中型PLC开关量I/O点数普通在256-2048点之间，顾客程序存储器容量为2-8KB，除具备小型机功能外，还具备较强模仿量I/O、数字计算、过程参数调节，如比例、积分、微分（PID）调节、数据传送与比较、数制转换、中断控制、远程I/O及通信联网功能。
3）大型PLC。 大型PLC也称为高档PLC，I/O点数在2048点以上，顾客程序存储容量在8KB以上，其中I/O点数不不大于8192点又称为超大型PLC，除具备中型机功能外，还具备较强数据解决、模仿调节、特殊功能函数运算、监视、记录、打印等功能，以及强大通信联网、中断控制、智能控制和远程控制等功能。
2.5 PLC系统构成
PLC是一种以微解决器为核心工业通用自动控制装置，其构造与微型计算机控制系统相似，也是有硬件系统和软件系统两大某些构成。
2.5.1 PLC硬件构造
一套PLC系统在硬件上由如下几某些构成：
(1)中央解决器(CPU) 与计算机同样，是PLC核心部件。
(2)存储器 PLC配有两种存储器：系统存储器和顾客存储器。
(3)输入/输出（I/O）接口电路。
(4)电源。
(5)扩展单元。
(6)外部设备。
其中，各某些通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其构造简图如下：

图2-1 PLC硬件构造图
Fig. 2-1 PLC hardware structure
2.5.2 PLC软件
PLC软件是指PLC所使用各种程序集合。它由系统程序（系统软件）和顾客程序（顾客软件）构成。
（1）系统程序 系统程序涉及监控程序，输入译码程序及诊断程序等。
（2）顾客程序 顾客程序是顾客依照控制规定，用PLC编程语言（如梯形图）编制应用程序。
2.6可编程控制器工作方式
可编程控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制状况下，按程序存储地址号递增循序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。

图2-2 PLC工作方式图
Fig. 2-2 PLC work way figure
可编程控制器工作扫描过程涉及五个阶段：内部解决、通信解决、输入扫描、程序执行、输出解决。PLC完毕一次扫描过程所需时间成为扫描周期。扫描周期长短与顾客程序长度和扫描速度关于。
2.7 PLC编程语言
PLC编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用较多，流程图语言也在许多场合被采用。
1.梯形图语言
（1）梯形图从上至下编写，每一行从左至右顺序编写。PLC程序执行顺序与梯形图编写顺序一致。
（2）图左、右边垂直线称为起始母线、终结母线。每一逻辑行必要从起始母线开始画起，终结母线可以省略。
（3）梯形图中触点有两种，即动合触点和动断触点。
（4）梯形图最右端必要连接输出元素。
（5）梯形图中触点可以任意串、并联，而输出线圈只能并联，不能串联。
2.助记符语言
助记符语言是PLC命令语言表达式。用梯形图编程虽然直观、简便，但规定PLC配备较大显示屏时可输入图形符号，这在有些小型机上常难以满足，因此助记符语言也是一种较惯用一种编程方式。不同型号PLC，其助记符语言也不同，但其基本原理是相近。编程时，普通先跟据规定编制梯形图语言，然后再依照梯形图转换成助记符语言。
3.顺序功能图语言
顺序功能图SFC是一种描述顺序控制系统功能图解表达法，重要由“步”、“转移”及“有限线段”等元素构成，它将一种完整控制工程分为若干个阶段(状态)，各阶段具备不同动作，阶段间有一定转换条件，条件满足就实现状态转移，上一状态动作结束，下一动作开始。
2.8 PLC应用领域
当前，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、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业，使用状况大体可归纳为如下几类。
1、开关量逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛应用领域，它取代老式继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备控制，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、模仿量控制
在工业生产过程当中，有许多持续变化量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模仿量。为了使可编程控制器解决模仿量，必要实现模仿量（Analog）和数字量（Digital）之间A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模仿量控制。
3、运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动控制。从控制机构配备来说，初期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，当前普通使用专用运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。世界上各重要PLC厂家产品几乎均有运动控制功能，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、流量等模仿量闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样控制算法程序，完毕闭环控制。PID调节是普通闭环控制系统中用得较多调节办法。大中型PLC均有PID模块，当前许多小型PLC也具备此功能模块。PID解决普通是运营专用PID子程序。过程控制在冶金、化工、热解决、锅炉控制等场合有非常广泛应用。
5、数据解决
当代PLC具备数学运算（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，可以完毕数据采集、分析及解决。这些数据可以与存储在存储器中参照值比较，完毕一定控制操作，也可以运用通信功能传送到别智能装置，或将它们打印制表。数据解决普通用于大型控制系统，如无人控制柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中某些大型控制系统。
6、通信及联网
PLC通信含PLC间通信及PLC与其他智能设备间通信。随着计算机控制发展，工厂自动化网络发展得不久，各PLC厂商都十分注重PLC通信功能，纷纷推出各自网络系统。新近生产PLC都具备通信接口，通信非常以便。

3机械手设计
3.1机械手控制规定
本机械手控制规定：机械手搬运零部件动作示意图如下图3-1 所示，该机械手可用来将工件从A工位搬到B工位，实现方式有手动自动两种工作方式，其动作过程分为10 工步，即从原位开始顺序通过10个动作后完毕一种周期，并返回原位，在此，定义机械手处在左旋限位，上行限位时为原点。详细过程是：横轴下降，至下限位开关，夹紧工件，横轴上升，至上限位开关，底盘右旋转，至右旋限位开关，横轴右行，至右限位开关，横轴下降，至下限位开关，松开工件，横轴上升，至上限位开关，横轴左行，至左限位开关，底盘左旋转，至左旋限位开关，返回原位，完毕一种周期。
为了便于控制系统调试和维护，本控制系统有手动功能和自动功能。当手动/自动转换开关置于“手动”位置时，按下相应手动按钮，就可实现上升、下降、左移、右移、夹紧、放松手动控制。当机械手处在原位时，将手动/自动转换开关置于“自动”位置时，进入自动工作状态。机械手工作方式阐明如下：
（1）手动工作方式即单步运营，每按一种按钮，执行一步操作；
（2）自动工作方式即持续运营，按下启动按钮，机械手自动运营，一种周期后循环工作，直至完毕搬运任务；
（3）运营之前，普通对机械手进行复位操作，复位操作有机械手在左边、在右边、在中间三种状况，要逐个考虑，使机械手在任意位置都可以完毕复位，回到原点；
（4）运营过程中，当按下停止按钮时，要停止一切动作。

图3-1机械手搬运零部件示意图
Fig. 3-1 Manipulator handling parts schemes
3.2机械手控制系统设计方案比较
在工业自动化生产中惯用控制系统有：老式继电器—接触器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统这三种。但从使用性、经济性、可靠性出发，本设计选用了PLC控制系统。由于从上述该机械手所需完毕控制动作分析来看，本机械手是用于在复杂条件下工件传播，重要动作是上升、下降、左移、右移、夹紧、放松、左旋、右旋和工序延时控制等，控制动作基本上是以简朴顺序逻辑动作为主，是属典型继电逻辑顺序动作控制系统，这是PLC最擅长功能，并且PLC具备体积小、重量轻、可靠性高、抗干扰能力强、编程简朴、易于维护等特点，特别是代替继电器控制系统，这更是它优势。
本系统开关量输入信号为数字信号，直接连接PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。系统框图如图3-2所示。

图3-2系统框图
Fig. 3-2 The system frame

4系统硬件电路设计
4.1 PLC选型
当前，世界上有200各种厂家生产可编程控制器产品，比较知名PLC生产厂家重要有美国AB、通用（GE）、日本三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国西门子（SIMENS）、法国TE、韩国三星（SUMSUNG）、LG等。
本文选取是德国西门子公司生产S7-200 PLC。S7-200系列PLC是西门子公司生产一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC水平，而价格却和小型PLC同样，因而它一经推出，即受到了广泛关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具备各种功能模块和人机界面（HMI）可供选取，因此系统集成非常以便，并且可以很容易地构成PLC网络。同步它具备功能齐全编程和工业控制组态软件，使得在完毕控制系统设计时更加简朴，其速度快，具备极强通信能力，几乎可以完毕任何功能控制任务。
依照机械手控制规定，PLC输入、输出点分派如表所示：
表4-1 PLCI/O分派表
Tab. 4-1 PLC of I/O distribution list
名称
输入
名称
输入
启动按钮SB1
I0.0
夹紧按钮SB10
I1.1
停止按钮SB2
I0.1
松开按钮SB11
I1.2
复位按钮SB3
I0.2
上升限位开关SQ1
I1.3
上升按钮SB4
I0.3
下降限位开关SQ2
I1.4
下降按钮SB5
I0.4
左行限位开关SQ3
I1.5
左行按钮SB6
I0.5
右行限位开关SQ4
I1.6
右行按钮SB7
I0.6
左旋限位开关SQ5
I1.7
左旋按钮SB8
I0.7
右旋限位开关SQ6
I2.0
右旋按钮SB9
I1.0

名称
输出
名称
输出
上下行步进电机驱动器脉冲输入
Q0.0
基座电机正转
Q0.4
左右行步进电机驱动器脉冲输入
Q0.1
基座电机反转
Q0.5
上下行步进电机驱动器方向输入
Q0.2
松紧电磁阀
Q0.6
左右行步进电机驱动器方向输入
Q0.3
原位批示灯
Q0.7
由上表可知，该控制系统共需要17个输入点，8个输出点，此处选用西门子公司生产小型PLC S7-200系列CPU226继电器输出型可编程控制器，该控制器输入点24个，输出点16个。
4.2机械手驱动选取
机械手所有动作由步进电机和直流电机进行驱动控制。步进电机运动需要驱动器，有脉冲输入时步进电机才会动作，且每当脉冲由低变高时步进电机走一步；变化电机转向时，需要加方向信号。机械手上升/下降、左行/右行动作就是通过控制这两个步进电机正反转来实现。基座旋转是通过控制直流电机转动方向来实现。机械手放松/夹紧由一种单线圈两位置电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手放松；该线圈断电时，机械手夹紧。
4.2.1步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制元件。通俗一点讲：当步进驱动器接受到一种脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一种固定角度(即步距角)。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准拟定位目；同步也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达到调速目。
本系统采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手动作，相比直流电机有更好制动效果，又加上滚珠丝杆和滑杆配合，使机械手运动更加稳定。重要特点：体积小，具备较高起动和运营频率，有定位转矩等长处。此处采用串联型接法，其电气接线图如下图4-1所示。
步进电机运营要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出脉冲信号转化为步进电机角位移，或者说：控制系统每发一种脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。因此步进电机转速与脉冲信号频率成正比。

图4-1步进电机电气接线图
Fig. 4-1 Step motor electrical hookup
4.2.2步进电机选取
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素构成。一旦三大要素拟定，步进电机型号便拟定下来了。
1、步距角选取 电机步距角取决于负载精度规定，将负载最小辨别率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（涉及减速）。电机步距角应等于或不大于此角度。当前市场上步进电机步距角普通有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。
2、静力矩选取 步进电机动态力矩一下子很难拟定，咱们往往先拟定电机静力矩。静力矩选取根据是电机工作负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一惯性负载和单一摩擦负载是不存在。直接起动时（普通为低速）二种负载均要考虑，加速起动时重要考虑惯性负载，恒速运营进只要考虑摩擦负载。普通状况下，静力矩应为摩擦负载2-3倍最佳，静力矩一旦选定，电机机座及长度便能拟定下来（几何尺寸）
3、电流选取 静力矩同样电机，由于电流参数不同，其运营特性差别很大，可根据矩频特性曲线图，判断电机电流（参照驱动电源、及驱动电压）。
4、力矩与功率换算 步进电机普通在较大范畴内调速使用、其功率是变化，普通只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其P为功率，单位为瓦；Ω为每秒角速度，单位为弧度；n为每分钟转速；M为力矩，单位为牛顿·米；P=2πfM/400(半步工作），其中f为每秒脉冲数（简称PPS) 。
此外，在选用电机时，咱们应当注意：
1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时3000PPS)，最佳在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。
2、步进电机最佳不使用整步状态，整步状态时振动大。
3、电机在较高速或大惯量负载时，普通不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一是可以保证电机不失步，二可以减少噪音同步可以提高停止定位精度。
4、电机在600PPS（0.9度）如下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。
5、应遵循先选电机后选驱动原则。
依照以上原则，咱们选用深圳雷塞两相57HS13系列步进电机，电机参数为：
表4-2 步进电机参数表
Tab. 4-2 Step motor parameter table
型号
静力矩(NM)
歩距角( °)
相电流
电阻(Ω)
电感(mH)
长度L(mm)
转子惯量(g.cm2)
重量(Kg)
串联(A)
并联(A)
57HS13
1.3
1.8
2.0
4.0
1.0
2.1
76
460
1.0
选用雷塞两相M860系列步进电机驱动器，工作电流2.4——7.2A，工作电压24——80V。
4.3 PLC原理接线图
依照PLC选型、输入/输出端口分布表以及步进电机和步进电机驱动器类型，画出PLC外部接线图,如下：

图4-2 PLC外部接线图
Fig. 4-2 PLC external hookup
5控制系统软件设计
本控制系统，咱们选用自动和手动两种工作方式，手动控制方式即单步运营方式，手动操作不需要按工序顺序动作，可以按普通继电器接触器控制系统来设计，运用按钮对机械手每一动作单独进行控制，如按“下降” 按钮， 机械手下降； 按“上升” 按钮， 机械手上升。而自动工作方式，按下启动按钮后， 机械手从原点开始按工序自动重复持续循环工作， 直到按下停止按钮， 机械手自动停机。
自动控制系统整体运营状况是：打开电源，按下起动按钮时，开机复位。机械手动作示意图如图3-1所示。机械手若不在原点则PLC向上下行驱动器输入脉冲信号，上下行步进电机正转，机械手上升。上升究竟时遇到上限位开关，然后主机向左右行驱动器同步输入脉冲信号和电平信号，左右行步进电机反转，横轴左行。当行进到位时遇到左限位开关，左行停止，回到原点。主机向上下行驱动器同步输入脉冲信号和电平信号，上下行步进电机反转，机械手下降。降究竟时遇到下限位开关，下降停止，夹紧电磁阀断电，机械手夹紧。夹紧后，主机向上下行驱动器只输入脉冲信号，上下行步进电机正转，机械手上升。上升到顶时，遇到上限位开关，上升停止。PLC向基座电机输入正转信号，电机正转，机械手右旋，遇到右旋限位开关，右旋停止。主机向左右行驱动器输入脉冲信号电平信号，步进电机左右行正转，机械手右行，右行到位时，遇到右限位开关，右行停止。主机向上下行驱动器同步输入脉冲信号和电平信号，上下行步进电机反转，机械手下降。降究竟时遇到下限位开关，下降停止，同步夹紧电磁阀得电，机械手放松。放松后，主机向驱动器上下行输入脉冲信号，上下行步进电机正转，机械手上升，上升到顶时，遇到上限位开关，上升停止。PLC向左右行驱动器同步输入脉冲信号和电平信号，左右行步进电机反转，横轴左行，当左行究竟时遇到左限位开关，然后主机向基座电机同步输入反转信号，电机反转，机械手左旋，遇到左旋限位开关左旋停止，回到原点。至此，机械手通过十步动作完毕一种循环。
就此给出自动控制系统功能流程图和系统整体PLC程序。
5.1控制系统功能流程

图5-1控制系统功能流程图
Fig. 5-1 Control system function flow chart
5.2 PLC编程与调试
5.2.1手动控制程序
手动控制即单步运营，当按下一种按钮，例如说上升按钮，机械手自动上升，什么时候停下来则由限位开关来决定。依照这一思路，编写如下程序：

5.2.2复位控制程序
复位程序比较复杂，由于机械手为三自由度，十个工步，因此有三种状况：在左边任意位置，在右边任意位置，既不在左边又不在右边而是在中间任意位置。因此按下复位按钮时咱们需要一方面判断机械手确切位置。在这里，咱们可以通过限位开关和松紧电磁阀状态明确判断出来。找到机械手详细位置，就可以驱动机械手进行下一步动作。例如机械手在右边，并且手部没有货品，那么右行限位开关和电磁阀都应当是闭合，机械手下一步要完毕动作是放松上升，左移至左行限位开关再左旋，然后回到原点，完毕复位工作。在左边和在中间时，也是如此。依照这一思路，编写如下程序：

5.2.3自动控制程序
自动控制即持续控制，按下启动按钮，检测机械手与否在原点，若不在，一方面复位，若在则依次完毕十个工步，直到按下停止按钮。程序如下：

5.2.4机械手控制程序调试
在程序调试过程中浮现了一系列问题，但最后都一一解决了。由于咱们并没有真正机械手设备，因此选取了用批示灯进行模仿，一方面用电脑在STEP-7-Micro/WIN编程软件中将编辑梯形图写入软件中，然后点击运营并对其指出错误进行修改，修改完最后运营无误后将其下载到可编程控制器中；另一方面按照设计规定接好线，拟定无误后按下启动按钮。运营过程中，咱们发现上行、下行、左行、右行、左旋、右旋灯均同步亮且始终亮着，这样就不符合设计中十个动作依次有序进行操作规定，务必对其进行修正，在这种状况下，咱们采用了顺序控制继电器指令，在执行转移指令时，让前面指令结束，修改后再次下载到可编程控制仪后接好线按下启动按钮，发现批示灯会按照设计动作规定依次亮起并且程序也能按照设计规定完毕指定自动控制周期操作。这样咱们完毕了整个实验模仿调试。
6总结
在本次课程设计中，重要简介了机械手构成、控制规定和PLC基本知识。咱们采用了PLC控制系统设计方案，完毕了控制电路设计，在PLC控制系统设计过程中依照控制系统控制电路完毕了PLC梯形图控制程序，在课程设计中还绘制了系统工作流程图。
在本次设计中，咱们还需要大量此前没有学到过知识，于是图书馆成了我较好助手。在查阅资料过程中，咱们要判断优劣、取舍有关知识，不知不觉中咱们查阅资料能力也得到了较好锻炼。咱们学习知识是有限，在后来工作中咱们必定会遇到许多未知领域，这方面能力便会使咱们受益非浅。
通过这次机械手设计让我懂得了当代公司在完毕自动化控制中离不开PLC控制，它可以使公司在生产同步减少劳动力和生产成本。当前国内诸多地区公司整个生产设备还比较落后且大某些工序都是通过人工来完毕，而机械手成本比较低且操作简朴很适合中小公司发展规定。但随着科技不断进步我相信多功能复杂机械手将会在不久将来浮现，因此在此后学习和生活中咱们还要不段学习和创新，只有这样才干设计出更符合当代社会所需求产品。
鉴于当前所学知识有限以及课程设计中时间急迫，在本文设计过程中还存在思路不完善之处，在整个系统设计上，做还不够细致，仅仅编写了PLC控制线路电路原理图及梯形图程序。对于一种实用机械手控制系统设计而言，尚有诸多工作要做。因而，对于本文局限性之处还望各位教师予以指点。