第一章 概述 ....................................................... 1
1.1选题背景 .................................................... 1
1.2控制系统的选择 .............................................. 1 1.3可编程控制器（PLC）的历史与发展趋势 ......................... 3
1.3.1 可编程控制器(PLC)的历史 ............................... 3 1.3.2 可编程控制器的发展与趋势 ............................. 4 1.4 可编程控制器的基本功能和特点 ................................ 4
1.4.1 PLC的基本功能 ......................................... 5 1.4.2 PLC的特点 ............................................. 5 1.4.3 PLC的分类 ............................................. 6 1.5可编程控制器的组成和工作原理 ................................ 6
1.5.1 可编程控制器的硬件组成 ................................ 6
1.5.2 可编程控制的软件系统和程序 ............................ 8 1.5.3 可编程控制器的工作原理 ................................ 8
第二章 机械手自动控制系统设计 ...................................... 9 2.1 系统描述 .................................................... 9 2.2 机械手分选装置及工作方式 ................................... 12 2.3 大小球分选系统示意图及操作面板 ............................. 13
2.3.1机械手大小球分选设备的控制要求 ........................ 14 2.3.2 PLC的外部接线图 ...................................... 15 2.4 PLC的工序图、梯形图、指令表 ............................... 16 2.4.1 IST指令与程序的组成 .................................. 16 2.4.2.顺序功能（SFC）图 .................................... 16 2.4.3机械手“梯形图”程序——汇总 .......................... 18 2.4.4指令运用与说明 ........................................ 24
2.4.5 PLC编程元件明细表.....................................27
2.5 操作原理简要说明 ........................................... 28 第三章 调 试 ................................................... 30
3.1 上机调试 ................................................... 30 3.2软件与硬件的调试 ........................................... 31 3.2.1 软件的调试 ........................................... 31
3.2.2 硬件的调试.............................................31
结 束 语 .......................................................... 32 致谢...............................................................33 参考文献....................................................................34 Abstract .......................................................... 35
机械手模型的PLC控制系统设计
摘要：本设计是研制自动化程度高、工作可靠、稳定的机械手控制系统，使其完成分拣大小球的
全自动的机械设计。
本文阐述了应用三菱公司的具有高性能价格比的微型可编程控制器FX系列PLC的自动分拣大小球控制系统。该系统充分利用了学习中讲述的可编程控制器（PLC）的多方面的设计知识和方法，再加上步进电机两者巧妙的配合精确的实现了机械手从圆点的上升、伸臂、判断、下降、抓取、摆动、下降、释放还原等一系列的动作完成这一工序。这一控制系统的实现和应用，充分体现了PLC系统在工业现场的应用，以及根据设计和不同的需求改变数据和状况，还可以使其应用的范围更加广泛。
由于设计者得知识范围及经验，设计中必有纰漏，给予批评改正。
关键词：可编程控制器（PLC） 机械手 分拣大小球自动控制统 步进电机
第一章 概述
1.1选题背景
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器
人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展, 出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时, 大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序, 通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低; 后者因设计复杂, 需较多继电器,接线繁杂, 易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力, 保证了系统运行的可靠性,降低了维修率, 提高了工作效率
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
在工资水平较低的中国，分拣行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。 那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及交带来的挑战。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、分拣流程越来越节约劳动力,可见
机械手的大力开展有着很重要的意义。
1.2控制系统的选择
从满足机械手自动控制系统的安全性、扩展性、和可靠性、稳定性方面考虑，目前常见的机械自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制以及继电器控制等类型。
随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位、16位单片机的普及，单片机轧管系统由单片计算机及其外围芯片构成机械手自动控制系统系统。其特点是单片机本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力。
工业控制计算机机械手分拣系统有较强的软、硬件支持。利用通用计算机的软、硬件资源来支持机械手自动控制系统系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。
继电器控制装置是采用硬逻辑的方式，一个继电器线圈的通断将会同时影响该继电器的所有常开常闭触点动作，同触点在控制线路的位置无关。虽然继电器控制不需要很强的软、硬件支持。价格相对便宜，但是性能不稳定精度不高，不具备自动控制功能。
PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其特点如下：
(一) 高可靠性
1. 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内
部电路之间电气上隔离，防止外部高压的窜入。
2. 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms，有效的
抑制了高频抗干扰信号。
3. 在PLC电路中设置了“看门狗”电路，能把因干扰而飞走的程序拉回
来。
4. 采用性能优良的开关电源。 5. 对采用的器件进行严格的筛选。
6. 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即
采用有效措施，以防止故障扩大。
7. 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,
使可靠性更进一步提高。
(二)丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：
? 交流或直流； ? 开关量或模拟量； ? 电压或电流； ? 脉冲或电位； ? 强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
? 按钮 ? 行程开关 ? 接近开关 ? 传感器及变送器 ? 电磁线圈 ? 控制阀
直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
(三) 采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块
化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
(四) 编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具(五) 安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使 使用方便。PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入、输出能力，而且其模块化的系统结构、灵活的配置能力，使用户可以灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。
设计、施工、调试周期短。用PLC完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，
设计和施工可同时进行，缩短了周期。 PLC的功能有：
(一) 逻辑控制 (二) 定时控制 (三) 计数控制 (五) PID控制
(六) 数据控制 PLC具有数据处理能力。 (七) 通信和联网 (八) 其它
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。易于实现机电一体化。PLC的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。 鉴于PLC的诸多优势，结合机械手自动控制系统的需要，选择日本三菱公司的S7-200系列可编程序控制器。SIMATIC S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性能价格比的小型可编程控制器，由于它具有控制能力强、体积小、抗干扰能力强等优点而得到广泛的应用。
系统迅速恢复运行。
备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
1.3可编程控制器（PLC）的历史与发展趋势
1.3.1 可编程控制器(PLC)的历史
可编程控制器（Progremmable Controller,PC）是进几年迅速发展并得广泛应用的新一代工业自动化控制装置。早年的可编程控制器在功能上只能实现逻辑控制，因此被称为可编程顺序逻辑控制器（Programmable Logy Controller）.这时的PLC基本上是（硬）继电器控制装置的替代物，主要用于实现原先由继电器完成的顺序控制、定时、记数等功能。
国际电工委员会（IEC）与1987年2月在颁布的可编程控制器标准草案中将其一步定义