PLC机械手搬运控制课程设计

目 录

第一章 机械手搬运控制工艺分析...........................................................................0

1.1 PLC 简介...................................................................................................................................................0

1.2 机械手简介...............................................................................................................................................2

1.3 控制工艺分析...........................................................................................................................................5

第二章 机械手搬运 PLC 控制系统设计....................................................................6

2.1 I/O 分配及 PLC 类型选择........................................................................................................................6

2.2 PLC 程序设计...........................................................................................................................................7

3.5 动画的连接.............................................................................................................................................14

3.6 组态运行.................................................................................................................................................17

结论与体会.......................................................................................................17

参考文献..........................................................................................................18

附 录 一.......................................................................................................18

附 录 二.......................................................................................................20

附 录 三.......................................................................................................22

第一章 机械手搬运控制工艺分析

1.1 PLC 简介

可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC 或 PC，是从早期的继电器逻辑控制系

构简图如下：

PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。

系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分，由 PLC 厂家提供，用于控制 PLC 本身的运行，系统程

序固化在 EPROM 中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一

个完整的 PLC 系统，他们是相辅相成，缺一不可的。

2. PLC 的特点

可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用

的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在

智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为 PLC 具有以下

的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程

控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活

性、通用性。

(2) 可靠性高、抗干扰能力强

对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条件(如

电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系

统必须考虑的问题。现代 PLC 采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电

路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证 PLC 能在恶劣的工业环境

可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣

的工业应用环境。

输

入

部

件

扩

展

单

元

受

控

元

件

输

入

信

号

外

部

设

备

字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既

可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制 ，

又可远程控制。

(5) 体积小、重量轻和易于实现机电一体化

PLC 是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造

系统(CIMS)内占重要地位。

PLC 系统主要有以下功能：多种控制功能；数据采集、存储与处理功能；通信联网功能；输入、

输出接口调理功能；人机界面功能；编程、调试功能。

1.2 机械手简介

本课题设计使用的是 THWJX-1 型机械手实物教学实验装置。机械手实物教学模型的机械结构采

用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成；电气方面有步进电机、直流电机、步进电机驱动器 、

传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。该模型是 PLC 技术、位置控制技术、气动技术有机结合

成一体的教学仪器。

1. 步进电机

采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手的动作，相比直流电机有更好的制动效果，又加上滚

珠丝杆和滑杆配合，使机械手的运动更加稳定。主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有

定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气接线图如图 1-2 所示：

2. 步进电机驱动器

步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。驱动器参数如下表 1-1、表

1-2、表 1-3、表 1-4 所示。PLC 控制器与步进电机驱动器连接及工作原理，如图 1-3 所示。步进电机驱

动器有电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分等，利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速 、

方向进行控制。驱动器电源由面板上电源模块提供，驱动器信号端采用+24V 供电，需加 1.5K 限流电

阻（见图 1-3 中 1.5K 电阻）。驱动器输入端为低电平有效。PLC 通过控制其输出点来控制驱动器光耦

的开合，当 PLC 输出线圈得电时，晶体管导通，相应的触电输出低电平，使驱动器光耦导通，当 PLC

表 1-1 电气规格

说明 最小值 典型值 最大值 单位

供电电压

— — 100 kHz

表 1-2 电流设定

8 1600 OFF OFF ON

16 3200 ON ON OFF

32 6400 OFF ON OFF

64 12800 OFF ON OFF

由外部确定 动态改细分/禁止工作 OFF OFF OFF

表 1-4 接线信号描述

信 号 功 能

PUL

脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步

DIR 方向信号：用于改变电机转向，TTL 平驱动

直流电源正极，典型值+24V

A+ 电机 A 相

A-

电机 A 相

B+ 电机 B 相

B-

电机 B 相

3. 传感器

本装置中使用的传感器有接近开关和行程开关。基座和气夹的正反转限位采用接近开关（金属传