基于PLC来控制物体的移动

目 录

摘要 .................................................................................................................................................................... 1 前言 .................................................................................................................................... 错误!未定义书签。 第一章PLC概述 ....................................................................................................................................... 3

1.1 PLC的概述 ............................................................................................................................................ 3

1。1.1 基本原理 ................................................................................................................................................ 3 1。1.2 PLC的发展简介 .................................................................................................................................... 3 1.1.3 PLC的特点 .............................................................................................................................................. 4 1.2 PLC控制 .................................................................................................................................................. 4 1.2。1 PLC的组成 ............................................................................................................................................ 4 1.2.2 PLC控制的工作过程 ............................................................................................................................... 5 1。2.3 PLC控制的优越性 ................................................................................................................................. 6 1。2.4 PLC的分类及编程语言 ......................................................................................................................... 7 1.3 PLC在机械手中的应用 ..................................................................................................................... 8 第二章 西门子S7－200概述 ............................................................................................................ 9 2.1 S7—200概述......................................................................................................................................... 9 2.1。1 SIMATIC S7－200的新特性 ................................................................................................................. 9 2.1。2 S7－200的扩展模块 ............................................................................................................................ 11 2。2 STEP7－Micro/WIN编程软件 .................................................................................................... 12 2。2.1 计算机配置要求................................................................................................................................... 12 2.2.2 安装STEP 7－Micro/WIN .................................................................................................................... 12 2。2。3 通讯方式选择..................................................................................................................................... 12 2.2.4 显示面板 ................................................................................................................................................ 12 2。2。5 TP070和TP170触摸屏 ..................................................................................................................... 12 第三章 硬件介绍..................................................................................................................................... 13 3。1 基本任务 ............................................................................................................................................... 13 3。2 控制要求 ............................................................................................................................................... 13 3.3 机械手移动控制系统的操作步骤 .................................................................................................... 14 第四章 用PLC控制物体移动的控制系统程序设计 .......................................................... 15 4.1 PLC控制机械手输入输出及继电器软元件分配表 ..................................................................... 15 4。2 PLC控制机械手移动物体控制系统源程序 ................................................................................ 16 4.2。1 主程序 .................................................................................................................................................. 16 4。2.2 挡位管理子程序(SBR_0) .................................................................................................................... 18 4。2。3 自动挡子程序（SBR_1） ................................................................................................................. 19 4.2.4 手动调试挡子程序（SBR_2） ............................................................................................................. 25 4.2.5 回原点子程序(SBR_3) .......................................................................................................................... 26 结束语 ............................................................................................................................................................ 32 参考文献 ....................................................................................................................................................... 33 致谢 .................................................................................................................................................................. 34

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摘要

可编程逻辑控制器(PLC）是编程后体现其控制功能的组件。和继电逻辑控制器相比，PLC有着许多优越之处：易编程和安装,有着很高的控制速度、软硬件的安全性、网络工作的兼容性，可以发现并修理故障，而且测试方便，有很高的可靠性.

机械手是一种模拟人手操作的自动机械.它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以实现生产的机械化和自动化,代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件,保证人身安全。本设计使用PLC来控制机械手的运动从而实现自动控制。在PLC的控制下,机械手可以自动完成包括上升,下降，左移,右移，抓紧，放松动作的移动工件任务。

关键词： PLC

Abstract

A Programmable Logic Controller （PLC) is a device that is capable of being programmed to perform control functions. The first PLC was introduced in the late 1960s to replace relay logic controls in the automotive industry. Compared to relay logic controls， the PLC’s advantages include easy programming and installation, high control speed， hardware and software security， network compatibility, troubleshooting and testing convenience, and high reliability.

Manipulator is a manual operation of the automatic machinery. It can be fixed procedures crawling, handling objects or tools to maintain the completion of certain operations。 Manipulator applications can be mechanized and automated production to replace the hazardous environment in the manual to improve the working conditions, to ensure personal safety.

Keywords： PLC

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前言

多级传送带的电气系统由传送系统和控制系统两部分组成.传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰.目前传送带设计使用可编程控制器（PLC)，要求功能变化灵活,编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强,控制箱占地面积少.当物品进入传送带,按下“开始“按钮,传送带自动运行．控制系统进行下列运作：根据物品所处位置及乘员所处层数及当前状态，控制物品的运动。

机械手广泛用于各种行业,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。

本次设计采用PLC来控制机械手的移动，按照各种不同的方式使其完成工件的搬运工作。首先有必要对PLC的工作原理进行了解，其次要进行PLC的选型及对编程软件的了解，然后开始硬件部分的设计，包括步骤的确定和流程的确定，最后是程序设计，包括I/O接口和地址的分配和每个步骤的程序设计。

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第一章PLC概述

1。1 PLC的概述 1。1.1 基本原理

可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械动作过程。

PLC基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信息变换,多只考虑信息本身，信息的入出,只要人机接口好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性以及信息的使用等问题.特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。可编程控制器及其相关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则设计。 1.1.2 PLC的发展简介

在市场经济的推动下，人们要求产品品种齐全且质优价廉。为适应市场的需求,工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线及附属的控制系统不断地修改甚至更换。在20世纪60年代,生产线的控制主要采用继电器控制.修改一条生产线，要更换许多硬件设备，进行复杂的接线,既浪费了许多硬件又大大拖延了施工周期,增加了产品的成本。于是人们寻找研制一种新型的通用控制设备。1968年,美国通用汽车公司（GM）液压部提出了10项招标指标：

A。编程简单，可在现场修改和调试程序; B。维护方便,各部件最好采用插件方式； C.可靠性高于继电器控制系统; D.设备体积小于继电器控制柜； E.数据可以直接送给管理计算机; F。成本可与继电器控制系统相竞争； G.输入电压是115V交流电;

H.输出电压也是115V交流电，输出电流达2A以上,能直接驱动电磁阀； I。系统扩展时，原系统只需做很小的变动; J.用户程序存储容量可扩展到4KB。

美国数字设备公司(DEC）中标,于1969年研制成功了一台符合要求的控制器，称为可编程控制器,在通用汽车公司（GM)的汽车装配生产线上试验并获得成功。

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美国电气制造商协会(NEMA）经过四年的调查，于1980年把这种控制器正式命名为可编程控制器(Programmable Controller)，英文缩写为PC。为与个人计算机PC相区别，就在PC中间加入L(Logical）而写成PLC。

可编程控制器的出现，立即引起了各国的注意.日本于1971年引进可编程控制器技术,德国于1973年引进可编程控制器技术。中国于1973年开始研制可编程控制器,1977年应用到生产线上。 1。1。3 PLC的特点 1.学习PLC编程容易

PLC是面向用户的设备，考虑到现场普通工作人员的知识面及习惯,PLC可以采用梯形图来编程，这种编程方法形象直观,无需专业的计算机知识和语言，所以普通人可以在很短的时间内学会。

2。控制系统简单，更改容易，施工周期短

PLC及外围模块品种多,可灵活组合完成各种要求的控制系统.只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线即可，绝不像传统继电器控制系统那样需使用大批继电器及电子原件和复杂繁多的硬件接线。对比继电器控制系统，PLC系统当控制要求改变时，只需用画图的方法把梯形图改画即可，因此PLC控制系统施工周期明显缩短，施工工作量也大大地减少。 3.系统维护容易

PLC具有完善的监控及自诊断功能，内部各种软元件的工作状态可用编程软件进行监控，配合程序针对性编程及内部特有的诊断功能，可以快速准确地找到故障点并及时排除障碍.还可配合触摸屏显示故障部位或故障属性,因而大大缩短了维修时间。[参考文献:从入门到精通（人民邮电出版社）]

1.2 PLC控制 1.2.1 PLC的组成

PLC型号品种繁多，但实质上都是一种工业控制计算机。学习PLC的编程无需深入细致了解其内部结构，大致上按以下5部分组成就足够了. A.处理器(CPU）

CPU进行逻辑运算及数算，并协调整个系统的工作。 B。存储器

用于存放系统编程程序及监控运行程序、用户程序、逻辑及数算的过程变量及其它所有信息. C.电源

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包括系统电源、备用电源及记忆电源。 D。输入/输出单元

输入单元用来进行输入信号的隔离滤波及电平转换；输出单元用来对PLC的输出进行放大及电平转换，驱动控制对象。输入单元接口是PLC获取控制现场信号的输入通道。输入接口电路由滤波电路、光电隔离电路和输入内部电路组成。 E．通信接口

它是PLC与外界进行通信的通道.如与个人电脑、扩展接口及其它通信设备。 1.2.2 PLC控制的工作过程

PLC系统通电后，首先进行内部处理，包括：1系统的初始化：设置堆栈指针，工作单元清零,初始化编程接口,设置工作标志及工作指针等。2工作状态选择，如编程状态、运动状态等。至于PLC系统工作过程对用户编程来说影响不大。但是PLC在运行用户程序状态时的工作过程对于用户编程者来说关系密切，务必引起用户编程人员注意.

严格地讲,一个扫描周期主要包括：为保障系统正常运行的公共操作占用时间、系统与外界交换信息占用时间及执行用户程序占用时间3部分如图1所示

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上电 内部处理 系统程序 通信处理 STOP RUN 输入刷新 程序执行 用户程序 输出刷新 图1 PLC典型的扫描周期 苏州大学本科生毕业设计（论文）

PLC在运行状态执行用户指令的动作过程可分3个时间段。第一阶段是输入信号采样阶段，第二阶段是用户指令执行阶段，第三阶段是结果输出阶段。

输入信号采样阶段又叫输入刷新（1刷新）阶段.PLC以扫描方式顺序读入外面信号的的输入状态(接通或断开状态)，并将此状态输入到输入映像存储器中。PLC工作在输入刷新阶段，只允许PLC接受输入口的状态信息，对PLC的第二、三阶段的动作是在屏蔽状态。

执行用户程序阶段：PLC执行用户程序总是根据梯形图的顺序先左后右、从上到下地对每条指令进行读取及解释，并从输入映像存储器和输出映像存储器中读取输入和输出的状态，结合原来的各软元件的数据及状态，进行逻辑运算,运算出每条指令的结果，并马上把结果存入相应的寄存器（如果是输出Q的状态就暂存在输出映像存储器）中，然后再执行下一条指令，直至“END”.在进行用户程序执行阶段，PLC的第一、三阶段动作是在屏蔽状态的，即在此时，PLC的输入口信息即使变化，输入数据寄存器的内容也不会改变，输出锁存器的动作也不会改变.

结果输出阶段，也叫输出刷新（O刷新）.当PLC指令执行阶段完成后，输出映像存储器的状态将成批输出到输出锁存寄存器中,输出锁存寄存器一一对应着物理点输出口，这才是PLC的实际输出。在O刷新时，PLC对第一、二阶段是处于屏蔽状态的。

输入刷新、程序执行及输出刷新构成PLC用户程序的一个扫描周期。在PLC内部设置了监视定时器（平时说的看门狗），用来监视每个扫描周期是否超出规定的时间，一旦超时,PLC就停止运行，从而避免了由于PLC内部CPU出故障使程序运行进入死循环(死机现象）。

1。2.3 PLC控制的优越性 a。与继电器控制系统的比较

传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而PLC既可以进行开关进行控制,又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制.

在PLC的编程语言中,梯形图是使用最广泛的语言。梯形图与继电器控制原理图十分相似，沿用了继电器控制电路的元件符号，仅个别地方有些不同。PLC与继电器控制系统相比主要有以下几点区别：

A .组成的器件不同。继电器控制线路是由许多硬件继电器组成的,而PLC则是由许多“软继电器组成”。传统的继电器控制系统本来有很强的抗干扰能力，但其用了大量机械触电，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，系统可靠性大大降低。PLC采用无机械触电的逻辑运算微电子技术，复杂的控制由PLC内部运算器完成，故寿命长、可靠性高。

B．触点的数量不同。继电器的触点数较少,一般只有4~8对；而“软继电器\"可供编程的触点数有无限对.

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C．控制方法不同.继电器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，控制功能就固定在线路中。PLC控制功能是通过软件编程来实现的,只要改变程序，功能即可改变,控制非常灵活.

D．工作方式不同。在继电器控制线路中,当电源接通时,线路中各继电器都处于受制约状态。在PLC中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。 b。与集散控制系统的比较

PLC由继电器逻辑控制系统发展而来，而集散控制系统由回路仪表控制系统发展而来。不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，二者始终是相互渗透、互为补充的。因此，PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多工业生产的控制过程既可以用PLC实现，也可以用集散系统实现。 c.与工业微机控制系统的比较

工业微机在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占有优势。但是,使用工业微机的人员技术水平要求较高,一般应具有一定的计算机专业知识。另外，工业微机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，抗干扰能力及适应性差,这就是工业微机用在工业现场控制的致命弱点。工业生产现场的电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度的变化以及超标的粉尘,每一项足可以使工业微机不能正常工作.

PLC针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。PLC在电路布局、机械结构及软件设计各方面决定了PLC的高抗干扰能力。电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的集成电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路结构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都做了周密的考虑；在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术；在软件上采用了数字滤波及循环扫描、成批输入、成批输出处理技术。所有这些都使PLC具有非常高的抗干扰能力，从而使PLC绝不会出现死机的现象。PLC采用梯形图语言编程，使熟悉电气控制的技术人员易学易懂，便于推广。

随着PLC功能的不断增强，越来越多地采用了微机技术，同时工业微机为了适应用户需要，向提高可靠性、耐用性与便于维修的方向发展，两者间相互渗透，差异越来越小。今后,PLC与工业控制微机将继续共存，在一个控制系统中,使PLC集中在功能控制上，使微机集中在信息处理上，两者相辅相成，共同发展. 1.2。4 PLC的分类及编程语言

PLC已成为工业控制领域中最常见、最重要的控制装置，它代表着一个国家的工业水平。

以美国GM公司为例，1987年其工业区安装近2万台PLC、2000台工业机器人，若包括编程智能设备，总数近4万台。至1990年上述设备增至20万台之多，实现了工厂自动化的全面要求。

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世界上生产PLC的厂家非常多,其中著名的有美国的A·B，日本的三菱，德国的西门子等公司。

PLC通常以输入输出点(I/O）总数的多少进行分类。I/O点数在128点以下为小型机；I/O点数在129～512点为中型机；I/O点数在513点以上为大型机。PLC的I/O点数越多，其存储容量也越大。

PLC的编程语言常用的有梯形图、指令表和SFC图。由于梯形图比较直观，容易掌握，因而很受普通技术人员的欢迎。

PLC的常用编程工具有：1、手持式编程器,一般供现场调试及修改使用；2、个人电脑,利用专用的编程软件进行编程。［参考文献:从入门到精通(人民邮电出版社）］

1.3 PLC在机械手中的应用 a。 PLC在物料分拣机械手中的应用

主要介绍了物料分拣机械手的结构和工作原理。该系统把气压系统与步进电机相结合.其中控制部分，阐述了PLC 的I/O口的分配,以及利用PLC对机械手的控制、对步进电机的定位控制。机械手在PLC的控制下能达到预定的动作以及在任意位置停止。[文章编号：1003－0794(2007）04－0192－03］ b。 PLC在工业取料机械手中的应用

根据机械手在工业取料系统中的特点,采用PLC对其进行控制，详细论述了控制系统的软硬件实现方法.脉冲输出模块FX2N－1PG对步进电机精确的定位控制，提高了控制系统的可靠性和控制精度.［文章编号：1671－5276（2007）04－0119－02] c. PLC在液压机械手控制中的应用

介绍了管料冷弯机液压机械手的控制系统改造．主要包括冷弯机液压机械手的液压传动系统、PLC控制系统的设计、机型选择等改造内容。[文章编号：1671－4792－（2008）7－0043－02]

d. PLC在控制机械手运动中的应用

主要介绍对搬运机械手系统设计的过程，论述了运动轨迹规划的过程、PLC与位置控制模块对步进电机进行控制.[文章编号：1672－545X（2008)08－0073－02］ e。 PLC在自动供料机械手控制中的应用

描述了自动供料机械手的整体结构、工作原理、气压传动系统、驱动装置和控制系统进行了分析和设计.在自动供料机械手控制系统设计中，根据机械手的工作流程，选用S7－200 PLC作为控制核心，制定了可编程序控制器的控制方案。通过以上各部分的工作，得出了经济型、实用化、高可靠性自动供料机械手的设计方案对其他类型的自动控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

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第二章 西门子S7－200概述

2.1 S7-200概述

S7-200系列是一种可编程序逻辑控制器（Micro PLCs）。它能够控制各种设备以满足自动化控制需求.S7—200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7—200成为各种控制应用的理想解决方案。

2。1.1 SIMATIC S7－200的新特性

S7－200 CPU包括CPU 221、CPU 222、CPU 224、CPU 224XP和CPU 226等型号（如表2－1所示），它们有如下特性：

1。 新CPU硬件支持：通过关闭在运行模式下编辑程序的可选功能来获取更多的程序存储区.CPU 224XP支持集成的模拟量I/O和两个通讯端口。CPU 226带有附加的输入滤波器和脉冲捕获功能。

2。 新型存储卡支持；S7—200资源浏览器的使用、存储卡的转换、比较以及编程选择. 3。 STEP 7--Micro/WIN 4.0版是用于S7-—200的32位编程软件包，它包括:

a。支持最新CPU增强功能的新软件工具和改进过的软件工具：PID整定控制面板、PLC内置位控向导、数据归档向导和配方向导; b. 新的诊断工具：可组态诊断LED；

c。 新指令：夏令时（READ_RTCX和SET_RTCX）、间隔定时器(BITIM，CITIM）、清除中断事件（CLR_EVNT）以及诊断LED(DIAG_LED）；

d. POU和库的增强功能：新型字符串常量和添加的间接寻址支持更多存储类型，增强了使用USS库函数对西门子变频器读写参数功能的支持； e. 改进的数据块：数据块页、数据块自动增量; f。 改进的STEP 7--Micro/WIN可用性。

表2-1 S7—-200 CPU

CPU 221 DC/DC/DC 6输入/4输出 CPU 221 AC/DC/继电器6输入/4继电器输出 CPU 222 DC/DC/DC 8输入/6输出 CPU 222 AC/DC/继电器8输入/6继电器输出 CPU 224 DC/DC/DC 14输入/10输出 CPU 224 AC/DC/继电器14输入/10继电器输出 CPU 224XP DC/DC/DC 14输入/10输出 CPU 224XP AC/DC/继电器14输入/10继电器输出 CPU 226 DC/DC/DC 24输入/16输出 CPU 226 AC/DC/继电器24输入/16继电器输出

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Siemens公司提供多种类型的CPU以适应各种应用，表2－2中对各种CPU的特性作一简单比较:

表2—2 S7—200的技术指标

特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 外形尺90 x 80 x 62 90 x 80 x 62 120。5 x 80 140 x 80 x 190 x 80 x 62 寸（mm） 程序存4096字节 储器:可在运行模式下编辑 程序存4096字节 储器:不可在运行模式下编辑 数据存2048字节 储区 掉电保50小时 持时间 本机I/0 6入/4出 数字量 模拟量 － － 2个模块 － 7个模块 2入/1出 7个模块 － 7个模块 8入/6出 14入/10出 14入/10出 24入/16出 50小时 100小时 100小时 100小时 x 62 4096字节 8192字节 62 12288字节 16384字节 4096字节 12288字节 16384字节 24576字节 2048字节 8192字节 10240字节 10240字节 扩展模0个模块 块数量 高速计4路30KHz 4路30KHz 6路30KHz 4路30KHz 6路30KHz 数器单相 高速计2路20KHz 2路20KHz 4路20KHz 3路20KHz 4路20KHz 数器双相 脉冲输2路20KHz 2路20KHz 2路20KHz 2路100KHz 2路20KHz 出（DC) 模拟电1 位器

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2路200KHz 1路100KHz 1 2 2 2 苏州大学本科生毕业设计（论文）

实时时配时钟卡 钟 配时钟卡 内置 内置 内置 通讯口 1 RS－485 1 RS－485 1 RS－485 2 RS－485 2 RS－485 浮点数有 运算 I/O像区 映256（128入256（128入256（128入256（128入256(128入/128/128出） /128出） /128出） /128出） 出） 有 有 有 有 布尔指0.22us/指0.22us/指0。22us/指0.22us/指0.22us/指令 令执行令 速度 2.1。2 S7－200的扩展模块

为了更好地满足应用要求,S7－200系列为您提供多种类型的扩展模块。您可以利用这些扩展模块完善CPU的功能。表2-3列出了现有的扩展模块：

表2－3 S7－200扩展模块

扩展模块数量 数字量模块 型号 输入:8 x DC输入 8 x AC输入 输出：4 x DC输出 4 x 继电器输出 8 x DC输出 8 x AC输出 16 x DC输入 8 x 继电器输出 令 令 令 混合：4 x DC输入8 x DC输入/4 x 16 x DC输入/16 x DC/4 x DC输出 DC输出 输出 4 x DC输入8 x DC输入/8 x 16 x DC输入/16 x 继电/4 x 继电器输出 模拟量模块 输入:4输入 输出：2输出 混合：4输入/1输出 智能模块 定位 以太网 其它模块

ASI 调制解调器 互联网 PROFIBUS－DP 继电器输出 4热电偶输入 器输出 2热电阻输入 11

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2.2 STEP7－Micro/WIN编程软件

STEP 7－Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。为了能快捷高效地开发应用程序，STEP 7－Micro/WIN软件为您提供了三种程序编辑器.为了便于找到所需信息,STEP 7－Micro/WIN提供了一个详尽的在线帮助以及一个文档光盘，该光盘含有本手册的电子版、应用示例和其它有用的信息。 2。2.1 计算机配置要求

STEP 7－Micro/WIN既可以在PC机上运行，也可以在Siemens公司的编程器上运行。PC机或编程器的最小配置如下:

a。操作系统 Windows 2000, Windows XP（专业版或家庭版）； b.至少100M硬盘空间； c。鼠标（推荐）。

2.2.2 安装STEP 7－Micro/WIN

将STEP 7－Micro/WIN的安装光盘插入您的CD－ROM，安装向导程序将自动启动并引导您完成整个安装过程.关于安装STEP 7－Micro/WIN的更多信息，可以参考Readme文件。若要将STEP 7－Micro/WIN装在Windows 2000或Windows XP（专业版或家庭版）上，您必须以管理员权限登录操作系统。 2。2。3 通讯方式选择

您可以有两种方式连接S7－200和您的编程设备：通过PPI多主站电缆直接连接，或者通过带有MPI电缆的通讯处理器（CP)卡连接。要将计算机连接至S7－200，使用PPI多主站编程电缆是最常用和最经济的方式。它将S7－200的编程口与计算机的RS－232相连。PPI多主站编程电缆也能用来将其它通讯设备连接至S7－200。 2.2。4 显示面板

文本显示器（TD200 和 TD00C）

TD 200和TD 200C是20字符双行显示器,可以连接在S7－200上。通过TD 200向导，您可以轻松地在S7－200上实现文本消息和其它应用程序数据的显示。TD 200和TD 200C可以为您提供价格低廉的人机界面，通过它们您将能够查看、监控和改变应用程序的过程变量。在STEP 7－Micro/WIN的TD 200组态向导的辅助下,您将可以轻松快捷地组态TD 200消息。要启动TD 200向导,可点选Tools 〉 TD 200 Wizard菜单命令. 2.2.5 TP070和TP170触摸屏

TP070和TP170触摸屏可以连接至S7-200.通过该触摸屏，您可以自定义操作接口。通过用户友好触摸屏，这些设备可以显示自定义图形、滚动条、应用程序变量、用户自定义按钮等等。

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第三章 硬件介绍

3。1 基本任务

1.了解机械手移动工件的基本结构形式，了解机械物移动工件的单个工作流程. 2.机械手移动工件的单个工作流程由机械手移动到工件、夹紧工件、将工件移动到指定位置、放下工件和回到初始位置共5个过程。机械手移动工件通过PLC控制,要求实现这5个过程。

3。2 控制要求 1。手臂上下直线运动 2。 手臂左右直线运动

下图为机械手的机构示意图，图中为一个将工件由甲地传送到乙地的机械手，上升/下降和左移/右移的执行。上升/下降和左右移动可通过继电器来实现上、下、左、右移动。设备装有上、下限和左、右限位开关，控制移动的最大位置。 3.手爪夹紧动作。

4.按下启动按钮，整个系统按照PLC程序的设定循环运行;正常停车时，按下正常停车按钮,等机械手运行到初始位置，停车。当按下急停按钮时，系统不管运行到什么状态，都要立刻停止.

它的工作过程如图所示，有8个动作，即为：

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I2.0 I1.7 Q0.0 甲地 I1.6 夹紧 Q0.1 Q0.1 放开 Q0.2 原点 Q0.3 Q0.0 乙地 Q0.4 I2.1 I1.7 Q0.2 I2.2 苏州大学本科生毕业设计（论文）

3.3 机械手移动控制系统的操作步骤 a.手动调试操作; b。回原点操作； c.挡位管理操作；

d.自动操作：包括单步操作、半自动操作、全自动操作。 下面以全自动操作为例，详细介绍其正常运行的工作步骤：

（1）从初始位置开始,按下启动按钮，系统开始工作.初始位置由上,左，松限位开关来确定. （2）机械手向下运动,由低限位开关控制达到最低处. (3）定时器控制机械手加紧工件。

（4）机械手向上运动，由上限位开关控制达到最高处。 （5）机械手向右运动，由右限位开关控制达到右上方。 (6）机械手向下运动，由下限位开关控制达到右下方。 （7)松开工件，直到松限位开关有效.

(8)机械手向上运动，由上限位开关控制达到右上方。 （9）机械手向左运动,由左限位开关控制达到初始位置。

（10）回到第（1）步开始循环工作.正常停车时机械手要回到初始位置.

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第四章 机械手移动控制系统程序设计

4.1 机械手输入输出及继电器软元件分配表

机械手输入分配表如表4－1所示

表4—1机械手移动控制系统输入分配表

符号 调试挡 回原点挡 单步 半自动 全自动 回原点 启动 停止 下降令 上升令

机械手输出分配表如表4－2所示

表4—2机械手移动控制系统输出分配表

符号 下 夹放 升 右 左 机械手继电器分配表如表4－3所示

表4-3机械手移动控制系统继电器分配表

符号 夹紧右移 空手上升1 空手左移 原点缓冲

地址 I0。0 I0。1 I0.2 I0.3 I0.4 I0。5 I0.6 I0。7 I1.0 I1。1 符号 右移令 左降令 夹紧令 松开令 甲下到位 上到位 左限位 右限位 乙下到位 地址 I1。2 I1.3 I1。4 I1。5 I1.6 I1.7 I2。0 I2.1 I2.2 地址 Q0。0 Q0。1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 地址 S1。0 S1.1 S1。2 S1.3 符号 空手左移状态 单步挡标志 半自动标志 全自动标志 15

地址 S2。7 M0.1 M0.2 M0。3 苏州大学本科生毕业设计（论文）

夹紧上升 空手上升2 夹紧下降 放 符号 自动状态缓冲 左下降 夹紧状态 夹紧上升状态 夹紧右移状态 夹紧下降状态 松开状态 右空手上升

S1。4 S1。5 S1。6 S1。7 地址 S3.1 S2。0 S2.1 S2.2 S2.3 S2。4 S2.5 S2.6 手动挡标志 原定挡标志 已回原点 定义原点 符号 停止标志 回原点停止 启动回原点 转移信号 启动信号 自动转移管理 挡位管理 换档允许 M0.4 M0。5 M0。6 M0。7 地址 M1。0 M1。2 M1.3 M1。4 M1。5 VB0 VB1 VB2 机械手设计程序符号分配表如表4－4所示

表4－4 机械手设计程序符号分配表

符号 DANG_G ZI_D SHOU_D HUI_L INT_0 主

4.2 机械手移动物体控制系统源程序 4。2.1 主程序 如图4－2－1所示 网络1 原点状态定义

地址 SBR0 SBR1 SBR2 SBR3 INT0 OB1

网络2 刚开机运行，复位所有步进指令状态位，以后调用挡位管理子程序SBR_0

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网络3 凡是挡位改变到手动或回原点挡或刚开机运行

网络4 凡是转移回原点挡把回原点的所有状态复位

网络5 已经过回原点操作，并在自动挡位，调用自动挡控制子程序SBR_1，已回原点，接通自动挡缓冲器状态,在回原点操作中，回到原点M0.7＝1后，置位M0.6。

网络6 手动挡调用手动挡子程序SBR_2

网络7 回原点挡调用回原点子程序

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图4－2－1 主程序梯形图

4。2.2 挡位管理子程序(SBR_0） 如图4－2－2所示

网络1 只有在Q0。0、Q0。2、Q0.3、Q0。4都为零时才允许换挡位,也就是上升、下降、右移或左移过程中，不能换挡位

网络2 手动调试挡挡位选择

网络3 回原点挡位选择

网络4 单步挡位选择

网络5 半自动挡位选择

网络6 全自动挡位选择

网络7 手动挡挡位标志

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网络8 回原点挡位标志

网络9 单步运行挡位标志

网络10 半自动挡位标志

网络11 全自动挡位标志

图4－2－2

4.2.3 自动挡子程序(SBR_1) 如图4－2－3所示

自动挡中分三种操作模式:单步、半自动和全自动操作。经过回原点操作后，在自动挡的三种操作模式可以随时转换.

单步操作：经过回原点操作完毕后，把控制面板的挡位开关扳到单步位置，这时I0.2应该接通,监控PLC程序这时执行主程序、自动挡子程序和挡位管理子程序，这时接通I0.6，M1.4和M1.5也接通,当断开I0。6,M1。4和M1.5也断开。

半自动操作：经过回原点操作完毕后，把控制面板的挡位开关扳到半自动挡位置，这时I0.3应该接通，监控PLC程序这时执行主程序、自动挡子程序和挡位管理子程序,这时接通I0.6，M1。5也接通，当断开I0.6, M1.5也断开。

全自动操作：经过回原点操作完毕后，把控制面板的挡位开关扳到全自动挡位置，这时I0.4应该接通,监控PLC程序这时执行主程序、自动挡子程序和挡位管理子程序,这时只接通I0。6一次，M1.4和M1。5接通,机械手就周而复始的运行,一直到接通控制面板的停止键时,机械手暂停；当需要继续运行,按启动键即可。

网络1 允许继续,复位暂停标志位

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网络2 停止转移，相当于暂停，并置位停止标志位

网络3 转移信号

网络4 启动信号

网络5 自动挡缓冲器

网络6 转移管理

网络7 允许转移

网络8

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网络9 空手下降,下降

网络10 一直下降到位

网络11 转移条件

网络12 下降到位，按动启动键往下一步转移

网络13 下降步进程序结束

网络14 下降到位后，开始夹紧程序

网络15 夹紧定时

网络16 夹紧时间3s

网络17 转移条件

网络18 时间到,按动开始键,往下一步转移

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网络19 夹紧程序结束

网络20 上升程序开始

网络21 上升,一直到上限位开关为止

网络22 转移条件

网络23 到了上限位开关,按动启动键往下一步转移

网络24 上升程序结束

网络25 右移程序开始

网络26 一直右移到右限位开关为止

网络27 转移条件

网络28 到达右限位开关后，按动启动键往下一步转移

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网络29 右移程序结束

网络30 手拿着东西下降程序开始

网络31 一直下降到位

网络32 转移条件

网络33 下降到位后,按动启动键往下一步转移

网络34 下降程序结束

网络35 松开手中东西程序开始

网络36 松开定时

网络37 时间未到,一直松开

网络38 转移条件

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网络39 松开时间到,按动启动键往下一步转移

网络40 松开程序结束

网络41 空手上升程序开始

网络42 一直上升到位

网络43 转移条件

网络44 到位后，按动启动键往下一步转移

网络45 上升程序结束

网络46 空手左移程序开始

网络47 一直左移到位

网络48 转移条件

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网络49 左移到位后，按动启动键往下一步转移

网络50 左移程序结束

图4－2－3

4.2.4 手动调试挡子程序（SBR_2)

如图4－2－4所示

把控制面板的挡位开关扳动到调试挡位置，这时I0。0接通，监控PLC的程序，这时执行主程序、手动调试子程序和挡位管理子程序。点动I0.0和I1.1，使机械手上下移动，这时特别注意上限开关和下限开关位置是否合适，如果不合适,小心调整开关位置使其位置合适;再点动I1.2和I1。3，使机械手左右移动，这时特别注意左限开关和右限开关位置是否合适，如果不合适，小心调整开关位置使其位置合适；最后点动I1。4和I1。5，调整甲和乙平台的位置，使机械手的手指能够灵活地夹紧货物和松开货物.当在夹紧货物时要注意要求有机械手连锁装置，以免在途中突然停电货物下落而发生危险事故。

网络1 手动上升

网络2 手动停止上升

网络3 手动下降

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网络4 手动停止下降

网络5 手动右移

网络6 手动停止右移

网络7 手动左移

网络 8 手动停止左移

网络9 手动夹紧

网络10 手动松开

图4－2－4

4。2.5 回原点子程序(SBR_3） 如图4－2－5所示

回原点操作：手动调试结束后，可以把控制面板的挡位开关扳动到回原点挡位置，这时I0。1应该接通，监控PLC程序这时执行主程序、回原点子程序和挡位管理子程序，这时按动控制面板的回原点开始按钮I0.5,机械手自动判断当前的位置找到最优回原点的路径。当需要暂停，可以按动控制面板上的停止按钮，即可停止；需要继续运行按动控制面板的回原点按钮即可。

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回原点的路径按照机械手当前所在位置不同有六种情况：

a. 左限开关接通,手指有货，当接通I0.5时，S1。4状态接通； b. 左限开关接通，手指没货，当接通I0。5时，S1。5状态接通； c. 左限和右限开关都不通，手指有货,当接通I0。5时，S1。0状态接通； d. 左限和右限开关都不通，手指没货，当接通I0。5时，S1。2状态接通； e. 右限开关接通，手指有货，当接通I0.5时，S1.6状态接通； f. 右限开关接通，手指没货，当接通I0.5时,S1.1状态接通； 当机械手回到原点后，监控PLC的程序M0.6和M0。7的状态应该是接通了。

网络1 允许继续回原点

网络2 暂停回原点

网络3 开始回原点

网络4 回原点缓冲,寻找最优回原点路径

网络5 现在机械手的位置即不在左边也不在右边，在中间位置

网络6 现在机械手的位置在右边

网络7 现在机械手的位置在左边

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网络8

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网络28

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网络30

网络31

网络32

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网络35

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网络36

网络37

图4－2－5

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结束语

经过了两个多月的学习和工作，我终于完成了《PLC在机械手控制系统中的应用》的论文.从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成,每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间完成的最大的项目。虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段程序，都有我的劳动。当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。

本设计在何志勇老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水。何老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，确定方案和程序的调试与修改，每个步骤的要求都那么的严谨。从论文开始到毕业设计即将完成，何老师对我们的要求一直很严格,每当我们在实验过程中遇到困难止步不前时，多么希望老师可以直接帮我们完成这一步,但何老师宁愿不厌其烦地跟我们讲解,也要我们亲自完成，从中亦使我的自学能力得到了提升.在此向何老师表示深深的感谢和崇高的敬意.

感谢何志勇导师的悉心指导,感谢我的同学和朋友给我极大的鼓励和参谋，感谢我所参考的文献、著作的作者,给我学习的资料。

同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。 最后，感谢苏州大学,感谢机电学院，我在这里走向了成熟。 谨以此结束全文，感谢所有关心帮助我的人！

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参考文献

（1）齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社，2002。 (2）余雷声等，电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。 （3）高钟旈，机电控制工程（第二版)，清华大学出版社,2002。

（4)张运刚等，从入门到精通-西门子S7-200PLC技术与应用,人民邮电出版社，2005. (5）西门子PLC可编程控制器操作手册。

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致谢

本设计在何志勇老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着老师的心血和汗水，在四年的大学学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀,我受益匪浅。在此向何老师表示深深的感谢和崇高的敬意.

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责,使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现.正是有了他们的悉心帮助和支持,才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向苏州大学，机电系的全体老师表示由衷的谢意.感谢他们四年来的辛勤栽培。

最后要感谢的是我的父母,他们期待的目光、未来的责任和时时可以寻求的慰藉,是我不断进取的力量源泉.

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