第一篇：基于PLC的六轴机械手控制系统设计课程设计指导书
牡丹江师范学院 本科学生课程设计指导书
题
目 基于PLC的六轴机械手控制系统设计
班
级
2010工业电气
指导教师
白
龙
牡丹江师范学院
2013 年5月30日 电气控制与PLC课程设计指导书
课程名称：基于PLC的六轴机械手控制系统设计 学时数：2周
学分数：3.5（本门课程）
开课院、系（部）、教研室：工学院 电气工程及其自动化教研室 执笔人：白 龙 编写时间：2014.5.30
一、设计目的
（1）掌握六轴机械手控制的工作时序和继电器控制电路。（2）掌握经验法设计梯形图的一般方法。
二、设计任务
设计基于PLC的六轴机械手控制系统的继电器控制电路和梯形图。
三、基本内容与要求（1）设计I/O及内存表；（2）设计工作时序图；（3）设计继电器控制电路；（4）设计梯形图。
四、设计资料及有关规定
1.设计过程可参考教材P317第九章。2.PLC采用欧姆龙公司的CP1H。
五、设计成果要求
设计论文
六、物资准备
1.到图书馆和相关网站查阅相关资料。2.到可编程控制器实验室了解实验设备。
七、主要图式、表式
各继电器控制电路和梯形图要求用绘图软件画出。
八、时间安排
2014.6.1 设计动员，发放设计任务书 2014.6.2-2014.6.3 查阅资料、拟定设计程序和进度计划 2014.6.4-2014.6.10 确定设计方案、实验、编写设计说明书 2014.6.11-2014.6.13 完成设计，交指导教师审阅 2014.6.14 成绩评定
九、考核内容与方式
考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
十、参考书目
1.谢克明，《可编程控制器原理与程序设计》，电子工业出版社。2.钟肇新，《可编程控制器原理及应用》，华南理工大学出版社。3.王兆义，《可编程控制器教程》，机械工业出版社。
第二篇：基于plc机械手控制系统的设计
基于plc机械手控制系统的工程设计 课题背景及研究意义
机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。
可编程序控制器（PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。
组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。机械手
2.1 机械手介绍
Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand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。
2.2机械手的分类
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。
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。
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
2.3机械手的特点
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：
1.机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。
2.在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。
3.可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。
4.可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。
5.宇宙及海洋的开发。
6.军事工程及生物医学方面的研究和试验。
2.4 机械手的构成
机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
1.执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。
2.传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
3.控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制 机械手控制方式的选择
3.1 控制方式的分类
传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：
(1)仅适合于简单的逻辑控制；
(2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；
(3)没有改动和优化的可能性。伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：
(1)硬件上至少有一个微处理器；
(2)通过软件实现控制思想。
目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：
(1)可编程序逻辑控制器（PLC）；
(2)工业控制计算机（IPC）；
(3)集散控制系统（DCS）。
3.2 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较及选型
1.各自技术发展的起源
计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。
集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。
近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。
2.相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。
3.不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。
PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。
特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。
总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。
本章小结
本章主要介绍了机械手的来源、研究背景及研究意义，机械手的分类、特点。由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性 能可靠。机械手的控制方式可以有多种，本文主要研究通过PLC来控制机械手。
第三篇：plc机械手课程设计
课程设计说明书
目录 引言.................................................................5 2 设计目的及主要内容...................................................6 2.1设计目的.......................................................4 2.2.主要内容.......................................................4 3 气动机械手的操作要求及功能...........................................4
3.1.操作要求.......................................................4 3.2操作功能.......................................................5 4 PLC及机械手的选择和论证.............................................6 4.1 PLC............................................................6 4.1.1 PLC简介...................................................6 4.1.2 PLC的结构及基本配置.......................................6 4.1.3 PLC的选择及论证..........................................7 4.2机械手.........................................................7 4.2.1机械手简介.................................................7 4.2.2机械手的选择...............................................8 5 硬件电路设计及描述...................................................8 5.1操作方式.......................................................8 5.2 PLC的I/O分配接线.............................................9 6 软件电路设计及描述..................................................10 6.1机械手的操作系统程序..........................................10 6.2回原位程序....................................................10 6.3手动单步操作程序..............................................11 6.4自动操作程序..................................................12 6.5机械臂传送系统梯形图..........................................12 6.6指令语句表....................................................13 7 心得体会...........................................................15 参考文献.............................................................16
课程设计说明书
1引 言
在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效的办法；控制机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三有50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。并且在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
机械手采用plc控制，具有可靠性高，改变程序灵活等优点。无论进行时间控制还是控制或混合控制，都可以通过设置plc的程序实现。可以根据机械手的动作顺序改变程序，是机械手通用性更好。
采用气压传动，动作迅速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好。阻力损失和泄露减少。不会污染环境，造价低。
在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，不仅可以看到各种大小不
一、形状不同的气缸、气爪，还可以看到许多灵巧的真空吸盘将一般气爪很难抓起的显像管、纸箱等物品轻轻地吸住，运送到指定目标位置气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。
课程设计说明书 设计目的及主要内容
2.1设计目的
1、培养plc设计能力；
2、扩展知识结构；
3、培养综合运用能力；
4、是课堂教学的有益补充。通过本次课程设计，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用。
2.2主要内容
1.正确选用机械手和PLC类 2.绘制I/O分配 3.设计梯形图 4.指令语句 5.模拟调试 气动机械手的操作要求及功能
3.1操作要求
气动机械手的动作示意图如图1所示，气动机械手的功能是将工件从A处移送到B处。控制要求为：
1、气动机械手的升降和左右移行分别由不同的双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向的线圈才能反向运动；
2、上升、下降的电磁阀线圈分别为Q0.0、Q0.2；右行、左行的电磁阀线圈为Q0.3、Q0.4；
3、机械手的夹钳由单线圈电磁阀Q0.1来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；
4、机械手的夹钳的松开、夹紧通过延1S实现；
5、机械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程开关I1.0、I0.5、I1.1、I0.6来实现；
课程设计说明书
3.2操作功能
机械手的操作面板如图2所示。机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
1、手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；
2、连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动安钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止安钮；
3、单步工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手向前执行一步；
4、单周期工作方式时，每按下一次启动安钮，机械手只运行一个周期；
5、传送工件时，机械手必须升到最高点才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他工件；
6、出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止所有的操作。
课程设计说明书 PLC及机械手的选择和论证
4.1 PLC 4.1.1 PLC简介
可编程控制器（简称PLC）：是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
4.1.2 PLC的结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开
课程设计说明书
放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
CPU：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU。与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
存储器：可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的。电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。
PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 1.编程设备2.监控设备3.存储设备.4.输入输出设备.4.2 机械手
4.2.1机械手简介
mechanical hand 也被称为自动手，auto hand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。
机械手简述:机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。
1．执行机构
机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。
2．传动系统
课程设计说明书
执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。
3.控制系统
机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。
4.2.2机械手选择
由于机械手是在搬运中的应用，所以采用传送带加旋转的机械手类型。此机械手易于操作，性能可靠。并且根据要求，我们设计的是气动机械式。硬件电路设计及描述
5.1 操作方式
设备的操作方式一般可分为手动和自动两大类，手动操作方式主要用于设备的调整，自动操作方式用于设备的自动运行。
手动操作方式------手动操作：用单个按钮接通或断开各自对应的负载。
自动操作方式------单步运行：每按一次启动按钮，设备前进一个工步。------单周期运行：在原点位置时，按下启动按钮设备自动运行一个周期后停止原位；途中按下停止按钮，设备停止运行；再按下启动按钮时，设备从断点处继续运行，直到原位停止。
-------连续运行：在原点位置按下启动按钮，设备按既定工序连续反复运行。中途按下停止按钮，设备运行到原位停止。
5.2 PLC的I/O分配接线
I/O分配及接线图I 软件电路设计及描述
课程设计说明书
6.1 主程序设计
主程序是整个程序的开始，系统读取的时候一定从主程序开始，至于之后需执行哪个子程序，都在主程序中体现。SM0.0的常开触点一直闭合，链接公用程序，公用程序是无条件执行的；在手动控制方式中，I2.0为ON时，其常开触点闭合，执行“手动”子程序；在回原点控制方式中，I2.1为ON时，其常开触点闭合，执行“回原点”子程序；在单步、单周期和连续控制方式中，I2.2、I2.3、I2.4并联，其中任何一个为ON时，执行“自动”子程序。主程序梯形图为：
图2-1 主程序梯形图
6.2 公用程序设计
公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理。左限位开关I0.4、上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手松开的Q0.1的常闭触点串联接通时，“原点条件”M0.5变为ON，机械手处于原点状态，在开始执行用户程序、系统处于手动或自动回原点状态时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步、单周期和连续工作方式作好准备。若M0.5为OFF状态，M0.0被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不能进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。
当系统处于手动工作方式和回原点方式时，必须将单步、单周期以及连续工作方式程序中，除初始步以外的各步对应的存储器位（M2.0~M2.7）复位，否则当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又返回自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动部的异常情况，引起错误的动作。如果不是回原点方式，I2.1的常闭触点闭合，代表回原点中的各步
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M1.0~M1.5复位。在非连续方式，I2.4的常闭触点闭合，表示连续工作状态的标志M0.7复位。公用程序梯形图为：
图2-2 公用程序梯形图
6.3 手动程序设计
在手动程序中，为了保证系统安全运行，设置了上升与下降之间、左行与右行之间的互锁，防止功能相反的两个输出同时为ON；限位开关I1.2的常开触点闭合使得输出Q0.1置位得电，表示工件已夹紧；当左限位开关或右限位开关的常开触点闭合同时限位开关I0.7常开触点闭合时，输出Q0.1复位失电，表示工件已松开；I0.1~I0.4的常闭触点，限制机械手移动的范围；上限位开关I0.2的常开触点与控制左右行的Q0.4和Q0.3的线圈串联，机械手升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞；只允许机械手在最左边或最右边时上升、下降和松开工件。
手动程序梯形图为：
课程设计说明书
图2-3 手动程序梯形图
6．4 自动程序设计
自动程序（包括单步、单周期和连续）采用起保停电路控制。单周期、连续和单步工作方式主要用“连续”标志M0.7和“转换允许”标志M0.6来区分，M0.0表示初始步，M2.0~M2.7分别表示下降、夹紧、上升、右行、下降，松开、上升、左行标志。当系统处于单步工作状态时，I2.2常闭触点断开，只有在每按下一次启动按钮I2.6，M0.6才能得电一个扫描周期，程序执行一步，以此来实现单步执行，此时转换不允许。当系统处于连续工作状态时，M0.6始终得电，按下启动按钮I2.6后同时未按停止按钮I2.7之前，“连续”标志M0.7始终得电，系统首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7始终得电，其常闭触点断开，使得程序执行完一个周期后不在进入初始步M0.0，而是直接进入M2.0，开始了下一个周期的执行，以此来实现连续执行。当系统处于单周期工作状态时，M0.7不得电，M0.6得电，按下启动按钮I2.6后系统也是首先通过M0.0、M0.5、I2.6使M2.0得电，进而开始程序执行，由于M0.7不得电，其常闭触点闭合，当程序执行完一个周期后，返回初始步M0.0，此时程序再要执行必须重新按下启动按钮I2.6，以此来实现单周期执行。自动程序梯形图见附录1。
6.5 自动回原点程序设计
自动回原点程序用起保停电路设计。在此工作方式下，I2.1为ON，按下启动按钮I2.6后，机械手可能处于三种情况下，应分别处理。
Q0.1为0状态，即机械手处于松开状态，应直接返回原点应进入上升步M1.4或左行
课程设计说明书
步M1.5；若Q0.1为1状态同时机械手在最右边此时说明应执行下降步M1.2,；若Q0.1为1状态同时机械手不在最右边，应将工件先送到B点，再返回原点，进入步M1.0。
返回原点后，原点条件满足，公用程序中的原点条件标志M0.5为ON，此时I2.1为ON，M0.0在公用程序中置位，为进入自动工作方式作好准备。因此可以认为自动程序中的初始步M0.0是步M1.5的后续步。自动回原点程序见附录2。心得体会
可编程控制器课程设计是课程当中一个重要环节，通过了2周的课程设计使我对plc设计过程有进一步了解，对plc产品的有关的控制知识有了深刻的认识。
因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用可编程控制器设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。
参考文献
《可编程控制器原理与应用》 主编：周惠文 电子工业出版社 北京，2007.8 《可编程控制器原理与应用》 主编：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.8 《PLC操作实训（三菱）》 主编：孙德胜 李伟 机械工业出版社 北京，2007.9 《PLC应用技术》 主编：冯新强 北京邮电大学出版社 北京，2009.4
课程设计说明书
附录1 自动程序梯形图：
课程设计说明书
课程设计说明书
课程设计说明书
课程设计说明书
课程设计说明书
课程设计说明书
课程设计说明书
附录2 自动回原点程序梯形图：
课程设计说明书
课程设计说明书
第四篇：PLC课程设计指导书_2016
课 程 设 计
指 导 书
东华大学信息学院自动化、电气电子系
2016.8
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可编程控制系统设计与实践
课程设计
一、PLC课程设计目的
（1）通过对实际的 PLC控制系统的编程训练，提高分析问题、解决问题的能力；（2）熟悉工业生产中 PLC的应用和系统构成，了解 PLC控制的电路的设计方法。（3）通过本次课程设计增进实际动手能力的培养。
（4）用 PLC 实现物料分拣、液体混合、码垛堆积、自动挑选放置及自动仓库等模型的
三维虚拟模拟控制系统的程序设计，掌握编程的一般方法和技巧。
二、PLC课程设计要求
（1）理解实际系统的运动过程，分解动作过程使之容易编程。（2）列写 PLC控制系统的 I/O配置。
（3）画出硬件电路图，实现 PLC与控制装置的连线。（4）编写梯形图程序，完成系统的调试。（5）完成课程设计报告。
三、考核方法
（1）平时成绩（2）报告成绩（3）实考成绩
四、报告内容
（1）课程设计的目的和要求（2）所设计系统的技术要求及示意图（3）PLC控制系统原理图（4）I/O配置表（5）程序清单（梯形图）（6）总结体会 30% 30% 40%
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PLC课程设计基础实验
实 验 一
TIA Portal 的使用和基本程序编程及调试
一、实验目的
1、掌握 TIA Portal 的基本使用技巧和方法
2、熟悉 TIA Portal 的基本命令
3、学会和掌握 TIA Portal 程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有 TIA Portal编程软件；西门子 PLC S7-300一台； 各 PC机与 S7-300通过网络电缆连接进行通信。详见附录A。
三、实验内容
熟悉并练习TIA Portal的使用，用选定的编程语言编制、调试控制程序。TIA Portal 是西门子公司为其自动化控制设备 PLC 开发的一种可使用多种编程语言的 PLC开发环境，如附录 B所示。1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用 TIA Portal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录 B。2．实验程序：
试用课堂上的梯形图（LAD）实例，观察程序运行结果，从中理解 LAD的编 程方法。
四.思考题
1．在 TIA Portal中为什么要对 PLC系统硬件进行配置？ 2．为什么要为用户编制的控制程序命名？ 3．为用户程序选择循环周期的原则是什么？
4． TIA Portal为用户提供多种编程语言有什么好处？
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实 验 二
基础实验：系统输入输出控制
一、实验目的
1．熟悉和掌握梯形图（LAD）的基本使用技巧和方法 2．熟悉和掌握 TIA Portal的基本使用技巧和方法 3．学会和掌握 TIA Portal程序的调试方法
二、实验设备
PC机一台，装有 TIA Portal编程软件；西门子 PLC S7-300一台； 各 PC机与 S7-300通过网络电缆连接进行通信。详见附录 A。
三、实验内容
熟悉并练习梯形图（LAD）和 TIA Portal 的基本使用技巧和方法。TIA Portal 是西门子公司为其自动化控制设备 PLC开发的一种编程语言，如附录 B所示。1．PLC硬件配置：
根据所给实验装置，使用 TIA Portal对系统硬件进行配置。配置方法见本指导书附录 B。
2．实验程序 1：
使用 LAD 编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置 上的第一个模拟量旋钮（电位器），来控制模拟量输出，当旋转该电位器时，第 一个模拟量输出随之变化，旋钮逆时针旋到底时（模拟量输入为最小值 0），要 求模拟量输出为 0（光柱无显示），当旋钮顺时针旋到底时（模拟量输入为最大 值 32767），要求模拟量输出为最大值（光柱全显示）；同时，第二个模拟量输出 的状态正好与第一个模拟量输出相反。
3．实验程序 2：
使用 LAD编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置上 的两个开关，来控制模拟量输出，当接通（合上）其中一个开关（另一个应处 于断开状态）时，第一个模拟量输出从 0 开始随时间逐渐增大，达到其最大值 后，再从 0 开始…，周而复始；当接通（合上）另一个开关时，第一个模拟量 输出从 0 开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从 0 开始…，同时，第二
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0后，再从其最大值开始…，周而复始。
四、思考题
1．在 少？ LAD中模拟量输入的最大值和最小值是多2．在LAD中如何实现模拟量的赋值？
3．实验中，模拟量输出指示（LED光条）旁的指示灯正常时应为绿色，但为什么
有时会出现红色？如何才能使该指示灯始终保持绿色？ 4． LAD语言中的数据类型之间如何进行相互转换？
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课 程 设 计 内 容
一、机械手自动装配系统
（一）系统示意图
这一机械手自动装配系统模拟了一个工件的自动装配控制系统，目的是用两种不同工件 组装成一个套件。该系统由一个机械手（加工臂）、一个工件推杆、一个装配转盘和一个输 出传送带等组成，如上图所示。
其工作过程如下：一开始，机械手后退到其后限位，再前进至其工作位（0位），同时 转盘转动到装配位置后停止；然后在转盘的 2点位置放入组件，若转盘的
0点位置上的传感
器未检测到有组件，则转盘一直转动，直至 0点位置检测到有组件；然后工件检测传感器检 测到有工件时，气缸动作通过推杆将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘 0 点处的组件第一个孔（1位）上方；机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第一个孔里； 机械手再上升，并后退到其工作位，此时工作台上工件传感器检测到有工件时，推杆气缸动 作将工件推到工作台上；接着机械手下降；机械手到位后，其上的吸盘将工件吸住；机械手 吸住工件后再上升到移动位置；机械手前进至装配转盘 0点处的组件第一个孔（2位）上方； 机械手下降，吸盘释放，将工件放入组件的第二孔位；机械手再上升，并后退到其工作位„„。装配转盘 0点处的组件上两个孔位都装上工件后，启动装配转盘，使已完成装配的组件转动 到输出传送带上方并自行落在输出传送带，由输出传送带送至下一工位„„。如此，周而复 始自动运行。
（二）控制要求：
1.上电运行时，系统处于停止状态。
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2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统停止运行（正在装配中的组件应装配完成并送 至输出传送带上后才停止）。
5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（Y0～Y6）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下 动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用 X0～X6作为相应输出的 命令按钮。）
7.自动运行状态：此时系统作连续工作，其具体动作过程控制如下：当
检测无
物体时系统不工作，当 1、2点检测有物体而 0点检测
有物体时，转盘停转→推杆动作（得电），延时 2秒时间后失电→加工臂前进到 吸
盘下压（保持）延时 1秒时间后→吸盘吸合（保持）延时 延时
1秒时间后→吸盘释放延时
1秒时间后→吸盘上升
0位→0、1、2点
0点检测无物体时，转盘旋转。当
秒时间后→加工臂前进到 1位→吸盘下压（保持）延时 1秒
时间后→吸盘上升延时 1秒时间后→加工臂后退到 秒时间后失
0位→推杆动作，延时
2注：1.为提高生产效率，自动运行时，机械手和装配转盘应同时工作并配合控
延时 1秒时间后→加工臂前进到 电→吸盘下压（保持）延时 1秒时间后→吸盘吸合（保持）延时
1秒时间后→吸盘上升
制！
2位→吸盘下压（保持）延时
1秒时间后→2.装配转盘的 2点处有一个组件箱，当组件箱中没有组件时，系统应发出 吸盘释放延
时 缺料报警；工作台上工件传感器若长时间未检测到有工件，则表明缺工1秒时间后→吸盘上升延时
1秒时间后→加工臂后退到限位→转盘旋转→当 A点检测 件，系统也应发出缺料报警。
到物体（转盘旋转判断）启动传送带 A，延时 5秒后传送带
A自停。3.机械手前进和后退是由同一电机正反转实现，故这两个动作必须互锁！
（三）I/O配置
输入：
X0 X1 X2 X3 启动/停止按钮 转盘 0位有物检测
转盘 1位有物检测
转盘 2位有物检测
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X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 加工臂后退到限位检测 加工臂前进 0位检测 加工臂前进 1位检测 加工臂前进 2位检测 传送带 A有物体检测
手动/自动控制选择开关 启动按钮 停止按钮 复位按钮 紧停按钮
输出：
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 转盘旋转 加工臂前进 加工臂后退 推杆动作 吸盘下压 吸盘吸合 传送带 A运行
自动按钮指示灯 复位按钮指示灯
（四）设计要求
理解动作过程，列写 I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进 行系统调试。
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二、机械手搬运系统
（一）系统示意图
该机械手搬运控制系统由一个四轴机械臂、一个抓手和两条输出传送带组成，如上图所 示。
该系统工作过程如下（参照下图）：在输入传送带 1的A点检测到来自上一工位的物料
后，机械手将该物料抓起，机械手通过转盘旋转一定角度，到达输出传送带 2的上方，机械 手的抓手旋转 900并下降后将该物料放置在输出传送带 2送向
后续工位„„，这样周而复始。
2上（B点），由输出传送带
（二）控制要求
1.上电运行时，系统处于停止状态。
2.紧停按钮：任何时候按下后，立即停止（或关闭）所有动作部件，释放后才可继续运行。
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3.启动按钮可实现启动控制：系统开始运行。
4.停止按钮可实现停止控制：按下后，系统在将当前物料放在输出传送带 行。
2上后停止运5.切换开关可实现手动/自动控制的切换：初始状态为手动状态。
6.手动运行状态：按下各输出按钮（Y0～Y7）可分别控制图中系统各部分的动作，按一下 动作，再按一下停止。（在无虚拟场景配合的情况下，此时可用 X0～X7作为相应输出的 命令按钮。）
7.自动运行状态：此时系统作连续工作，其具体工作过程控制如下：系统启动且机械手在 初始位置时进入自动运行状态，当 A点检测到有物料时，机械手的工作过程为：机械手 前进到位→机械手下降到位→机械手夹紧延时 2秒时间后→机械手上升到位→机械手顺 转到位→机械手后退到位→转盘顺转（计数 10个脉冲后）到位→机械手前进到位→机械 手下降到位→机械手放松延时 2秒时间后→机械手上升到位→机械手后退到位（同时启 动传送带 2延时
2秒后自停）→机械手逆转到位（转盘逆转到 制过程结束。
这样周而复始，连续运行„„ 下降、转盘顺转/逆转是由相应电机正反转实现，注：机械手前进/后退、上升/
0位），一个控故相应电机的这两个动作必须互锁！
（三）I/O配置
输入：
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14 X15 手动/自动控制选择开关 启动按钮 停止按钮 复位按钮 紧停按钮
第
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10页，共 A点物料检测 转盘 0位检测
转盘顺转脉冲输入 机械手前进到位检测 机械手后退到位检测 机械手上升到位检测 机械手下降到位检测 机械手抓手顺转到位检测 机械手抓手逆转到位检测
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 转盘顺转输出控制 转盘逆转输出控制 机械手前进输出控制 机械手后退输出控制 机械手上升输出控制 机械手下降输出控制 机械手顺转输出控制 机械手逆转输出控制 机械手夹紧控制
Y9 传送带 2运行输出控制
Y10系统运行指示
（四）设计要求
理解动作过程，列写 I/O配置表，画出硬件电路图，编写梯形图程序，进行系统调试。
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附录 A实验设备简介
东华大学信息学院“西门子公司与东华大学工业自动化联合实验室”（在建）
中西门子公司的 S7-300 PLC共有 35套，分为两组，每组各自用 ProfiNet现 场总线相互连接（模拟工业控制网络中的现场控制级）；每台 PLC与工控操作站 之间用工业 Ethernet相互连接（模拟工业控制网络中的企业生产管理级），整 个系统安置在一个实验室中，实验系统的网络结构图如图 A-2所示。
每台 S7-300 PLC旁都配有 1台 PC机作为该
PLC的编程及监控设备（内
装各种所需软件）。每台 S7-300 PLC下方还都配置相应的实验装置：16个扭子 开关（用于数字量的输入）、2个电位器（用于模拟量的输入）和 柱
（用于模拟量的输出显示）。每台 indows7S7-300 PLC上均配置了
CPU模块、数在每台 PC机中已装有 W操作系统，以及实验所需的西门子
字、PLC 的编程软件 TIA Portal（V13），用于对 PLC系统的配置编程及人机界面的组态 模拟量输入输出模块，见图 A-1。
设计监控，各台 PC机分别与各自对应的 PLC之间通过工业 Ethernet接口相连 接。
2个
LED光图 A-1单套
S7-300 PLC实验系统结构图
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A-2工业自动化实验室系统网络结构图
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附录B 西门子TIA Portal环境及其操作
一、TIA Portal简介
TIA Portal是德国西门子公司推出的，基于
Windows平台上的，支持用户开发西 门子 PLC（可编程计算机控制器）应用程序的软件包。TIA Portal集系统配置、程序编 制/编译、调试/诊断、监控画面配置为一体，使用户开发、输入、调试和修改应用控制 程序都极为方便。TIA Portal提供的 令表
IL 和高级编程语言：结构文本 SCL，顺序功能图 FBC等，用户可选择一种语言编程，必要 时，也可混合使用几种语言来进行编程。
PLC编程语言非常丰富，有梯形图
LAD，指
二、TIA Portal集成开发环境
TIA Portal的操作界面包含标题栏、菜单条、工具栏、硬件配置窗体、软件配置窗 体、信息窗口和状态行等，如下图所示。
图 B-1 TIA Portal桌面
图中窗体分为三个部分。
左半部分是工程项目中用到的所有硬件的总览，是关于硬件的配置。当选定左边窗 口中的一个模块时，右边窗口中就会出现相应的硬件模块信息与参数配置。
界面的下方是输出显示窗口及状态栏。在运行程序后，该窗口可以给出关于程序的 一些输出、调试、查找信息。状态栏给出的是帮助、串口、在线/离线及控制器的类型、操作系统版本的相关信息。
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STEP 7 工程项目的建立及系统配置
通过点击计算机桌面上的 TIA Portal 图标或从“开始”菜单栏中选择“TIA Portal V13”可以直接进入 TIA Portal环境。
第一次使用时将出现如下的画面：
图B-2 第一次进入画面
点击 “创建新项目”，进入新建项目的画面：
图B-3 新建项目
在此用户可为项目命名，按“创建”后，将进入下一步的选择窗口：
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B-4 组态设备等选择
西门子的 TIA环境允许用户在同一项目中配置使用多种自动化设备，用户必须首先 在此选择自己所使用的设备。首先，应组态 PLC系统，所以先点击“组态设备”，如下：
图B-5 组态或显示已组态的设备
再点击“添加新设备”：
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B-6 添加新设备1 点击“控制器”，并根据自己的 PLC硬件型号选择对应的型号设备配置型号信息：
图B-7 添加新设备2 然后按下“添加”，等待片刻，TIA集成环境将进入如下画面：
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B-8 TIA 主界面
用鼠标点中左边窗口中的“程序块”，即可添加用户控制程序，如下画面：
图B-9 添加用户程序
点中“Main【OB1】”，并按鼠标右键，可选择所用的编程语言，再双击“Main【OB1】” 后即进入相应的编程环境。
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B-10 TIA Portal 的 LAD编程环境
图B-11 TIA Portal 的 LAD在线监视
四、STEP7 SCL 编程语言的基本命令
1．基本概念
TIA Portal SCL是一种以文本为基础的高级编程语言，语言的结构符合 IEC1131-3的标准。TIA Portal SCL的命令系列不仅使自动化任务简单化，也使程 序易于阅读，这样 PLC的编程效率在许多情况下远远高于 LAD（梯形图）和 IL
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（语句表）的编程语言。
① 数据类型
在 TIA Portal SCL中编程语言所支持的标准数据类型有：
表 B-1 存储数值
类型名称 BOOL DINT INT REAL 位 32 16 32 宽
0 ～ 1
147483648 ～ 2147483647，减法 ④ *，乘法 ⑤ /，除法 ⑥ mod，取模 ⑵ 比较命令
① =，等于 ② <>，不等于 ③ > , 大于 ④ >=, 大于等于 ⑤ < , 小于 ⑥ <=, 小于等于 ⑶ 逻辑命令
① NOT , 非 ② AND , 与 ③ OR , 或 ④ XOR , 异或 ⑷ “IF THEN”命令
① 简单的 if语句（if 与then 必须在同一行中）
if 条件描述
then
条件满足时执行的操作;end_if;② if else 语句
if 条件描述
then
条件满足时执行的操作;else
条件不满足时执行的操作;end_if;⑸ “case”命令：这是多分支选择语句。
case 表达式 of n0...n1:
条件满足时执行的操作A;n2...n3:
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条件满足时执行的操作B;else:
以上条件均不满足时执行的操作C;end_case;⑹ “FOR”循环命令
for 变量 := 表达式 1 to 表达式 2(by 增量)do 操作语句;end_for；
语句 by可以省略，如果没有指定增量，则自动指定为 1。⑺ “while do”命令
while 表达式 do 操作语句； end_while;⑻ “goto”命令：（无条件跳转命令）
goto
标识符；
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第五篇：搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计
搬运机械手PLC控制系统设计毕业设计
摘 要
随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。
本机械手的机械结构主要包括由两个电磁阀控制的液压钢来实现机械手的上升下降运动及夹紧工件的动作，两个转速不同的电动机分别通过两线圈控制电动机的正反转，从而实现小车的快进、慢进、快退、慢退的运动运动；其动作转换靠设置在各个不同部位的行程开关(SQ1---SQ9)产生的通断信号传输到PLC控制器，通过PLC内部程序输出不同的信号，从而驱动外部线圈来控制电动机或电磁阀产生不同的动作，可实现机械手的精确定位；其动作过程包括：下降、夹紧、上升、慢进、快进、慢进、延时、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手动、单步、单周期、连续；来满足生产中的各种操作要求。
关键词：搬运机械手，可编程控制器（PLC），液压，电磁阀
ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1
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