坐标式机械手梯形图控制程序设计与调试
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PLC课程设计
第五章 主控制电路及其分析
4.1 主电路图及其说明
图4.1主电路图
主电路由三个步进电机作为主要驱动电机，用于驱动机械手的不同动作。电机M1主要用作控制机械手的上下移动，此次设置为电机正转驱动下降，反转驱动上升。电机M2主要用作驱动机械手左右移动，设置为电机正转驱动向右移动，电机反转向左移动。电机M3主要控制机械手的抓紧与放松，设置为电机正转驱动抓紧，电机反转驱动放松。
各电机的正反转由各自不同的控制开关的通断来控制。值得注意的是M1电机，由于该控制过程一次循环中需要经过两次A上限和B上限，为了避免产生不必要的系统紊乱，故将电机M1的正反转分为A、B两条线路，分别由四个不同的开关控制，即KM1和KM3分别控制A轴上的升降，KM5和KM7分别控制B轴上的升降。运行设备是需要按下开关SB0启动电路，带系统运行完毕后，SB0可由计数器C0控制直接跳开。报警装置蜂鸣器有单独的电路接线，并由单片机控制。图1.3中给出蜂鸣器接入CPU输出端口Q2.2上。
4.2 自动控制电路及其说明
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图4.2自动控制电路图
系统设备启动后，若限位开关SQ1闭合，则有原点指示灯亮（图1.3 CPU中有原点指示灯的控制，由端口Q2.0控制，受CPU程序的控制），则机械手位于原点，按下开关SB1自动控制电路接通，继电器控制开关KM1动作自锁，电机M1正转，机械手下降。待机械手下降碰触到A轴下限位开关SQ2时，常闭触点SQ2断开，电机M1停止正转下降，常开触点SQ2接通控制时间继电器记时0.5s后KT1接通，使开关KM2接通控制电机M3正转抓紧物体，同时开启时间继电器记时1s控制KT2接通使开关KM3接通同时使长闭触点KM3断开而不至于机械手重复执行抓取动作。常开触点KM3接通后控制电机M1上升，至再次碰触到限位开关SQ1启动时间继电器记时同时速断开关K1动作，使长闭触点K1断开，避免系统因SQ1闭合而产生初始的重复下降。记时后KT3常开触点闭合，开关KM4动作，电机M2正转驱动机械手右移。至碰触到B右限位开关SQ3，时间继电器开始记时0.5s,同时长闭触点SQ3断开，电机M2停止正转，使机械手停止右移。KT4常开触点闭合，开关KM5动作，控制电机M1正转，机械手下移至B下限位开关SQ4，时间继电器记时0.5s，长闭触点SQ4断开，电机M1停止正转，机械手停止下移，常开KT5接通，开关KM6接通，电机M3反转，机械手放松并记时1s后常开KT6接通，开关KM7接通，同时常闭KM7断开，电机M3停止放松，转而电机M1反转控制机械手上升，至B轴上限开关SQ5，记时0.5s,场闭触点SQ5断开，电机M1停止上升，记时后常开KT7接通，开关KM8闭合，电机M2反转，机械手左移至限位开关SQ1处被计数器计数一次，若次数不够则总控制开关SB0不动作，任然闭合，系统循环运行；若次数达到120次，计数器触发，是总控开关SB跳开，设备断电，自动停止，并有蜂鸣器报警。
该控制电路很好的解决了设计要求所要求的先后顺序，但是控制电路还是颇显繁琐，值得一提的是B轴上部要安装两个限位开关和两个不同的时间继电器，以区别机械手是从哪个方向到达B上部位置，并因此自动做出下一步的操作指令动作。
4.3 手动控制电路及其说明
图4.3手动控制电路图
在设备开启后，限位开关SQ1常闭触点是闭合，常开触点是断开的话，则原点指示灯（由CPU输出端口Q2.0控制）不亮，系统进入手动控制模式。按下手动模式启动开关SB2’，手动指示灯（由CPU输出端口Q2.1控制）点亮，同时设备自动控制系统由于限位开关SQ1长
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开触点断开状态，导致自动控制状态处于断电状态。手动控制与自动控制是处于相对独立状态，两者单独操作互不影响。
手动控制电路接通后，应首先由观察员确定机械手在原点之外的具体位置，由于机械手的固定动作路线，可将机械手大致分为三个区域。区域一：机械手位于A轴上限和下限之间；区域二：A上限和B上限之间；区域三：B轴上下限之间。
当机械手位于区域一是，按下制动开关SB2，继电器控制开关KM3闭合自锁，电机M1反转，使机械手上升触碰到原点限位开关SQ1之后是手动控制电路断电使机械手停止在原点。当机械手位于区域二时，按下开关SB3，继电器控制开关KM8闭合自锁，控制电机M3反转使机械手左移，至碰触到原点限位开关后设备断电，使机械手停止在原点。当机械手位于区域三时，按下控制开关SB4启动开关KM7自锁，控制电机M1反转，机械手上升，至碰触到B上限位开关SQ5时记时，0.5s后KM8接通，控制电机M3反转，机械手右移至原点限位开关SQ1出手动控制电路停止，是机械手停止在原点。
注意：手动电路运行时，自动电路启动开关SB1要断开，避免由于手动电路的操作，影响自动控制电路的误操作。同时由于自动控制电路处于断电状态，故计时器不动作。
4.4 整体电路控制图
整体电路图是上述自动控制电路，手动控制电路以及主电路图整合的，以对于整体电路有直观的感觉与认知理解。
图4.4整体电路图
第六章 程序规划及编制
6.1 整体程序规划思路
根据设计流程图，相关功能的实现与控制，与PLC接口及其控制功能相契合，故设计出以下程序供电路的控制用。采用S7-200系列CPU与本课程所学内容相契合，很好的通过本次设计加深理解。输入端口均为单独输入，不采用公用端口。输出端口实现相应功能的控制，基本实现了设计所要求的各种功能的实现。
首先根据主电路图及其控制电路图分析相应的动作与控制过程各个按钮和开关所控制和实现的功能，设计好循环与分支，避免程序紊乱出错。
6.2 主程序语句表
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// 初始化，复位器清零 LD I0.0 A SM0.1 S S0.0, 1 LSCR S0.0
// 检测原点A位置限位开关有无闭合 LD I1.1 SCRT S2.0 SCRE
LSCR S2.0
// 原点指示灯Q2.0亮则证明机械手在原点 LD SM0.0 = Q2.0
// 若在原点则按下开关I1.0执行自动控制电路分支 LD I1.0 SCRT S3.0
// 若不在原点则按下开关I0.1执行手动控制分支 LD I0.1 SCRT S3.1 SCRE
LSCR S0.1
// 自动控制开始执行，机械手由原点下降至A下限 LD SM0.0 = Q0.1 LD I1.2 SCRT S0.2 SCRE
LSCR S0.2
// 延时0.5秒后抓货物 LD SM0.0 TON T37, 5 LD T37 SCRT S0.3 SCRE
LSCR S0.3
// 抓取货物并记时 LD SM0.0 = Q0.2 TONR T38, 10 LD T38 SCRT S0.4 SCRE
LSCR S0.4
// 抓取货物后上升
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