畢業(yè)設計--基于s7-300 plc的機械手臂控制系統(tǒng)設計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)設計</b></p><p>　　姓 名： XXX 學 號： 0000000000000</p><p>　　學 院： 信息與電氣工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程與自動化 <

2、/p><p>　　設計題目： 基于S7-300 PLC的機械手臂控制系統(tǒng)設計</p><p>　　指導教師： XXX 職 稱： XX</p><p><b>　　畢業(yè)設計任務書</b></p><p>　　畢業(yè)設計題目：基于S7-300PLC的機械臂控制系統(tǒng)設計 </p><p&g

3、t;　　畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求：</p><p>　　1、掌握機械手臂的工作原理及控制方法；</p><p>　　2、設計一種基于S7-300 PLC的機械手臂控制系統(tǒng)；</p><p>　　3、掌握機械手臂的相關傳感器原理及使用方法；</p><p>　　4、用PLC語言編制控制系統(tǒng)軟件；</p><p>　　5、利

4、用組態(tài)軟件開發(fā)上位機監(jiān)控程序；</p><p>　　6、翻譯電氣自動化方面專業(yè)外文資料約3000字。</p><p>　　院長簽字： 指導教師簽字：</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　機械手臂常被稱作工業(yè)機器人，是工廠現(xiàn)代化的重要設備之一。它涉及到產(chǎn)品生產(chǎn)，

5、加工和輸送的全過程。它的可靠、安全、經(jīng)濟運行，直接關系到工廠的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟利益。機械手臂可以在一些高危險，高污染的地方展開工作；可以實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化程度，減少次品率；減少工廠的工人數(shù)量，帶來良好的經(jīng)濟效益；所以對它進行研究和使用具有很高的價值和現(xiàn)實意義。</p><p>　　在本篇論文中，我主要進行了基于S7-300的機械手臂控制系統(tǒng)設計。它是以圓柱形坐標系為基礎，用PLC進行控制，用組態(tài)王軟件進行監(jiān)控，實現(xiàn)螺

6、絲組合和搬運的工作。</p><p>　　機械手臂分為自動化、手動和檢測三種工作方式，可以方便進行切換和組合。解決了人工上螺絲效率低，標準化程度低等問題，提高了工廠的自動化和標準化水平。</p><p>　　關鍵詞：機械手臂；PLC；組態(tài)軟件；自動控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>

7、;　　The mechanical arm which is one of the most important equipment of the factory modernization is often referred as industrial robots. It involves the whole process of processing and transport. It's reliable, safe a

8、nd economic operation directly related to production safety and economic interests of the factory. Mechanical arm can start working in some high-risk, high pollution and can achieve the degree of standardization of produ

9、cts which reduce the defect rate and reduce the number of factory w</p><p>　　In this paper, the main control system design is based on the S7-300 robot. It is based on cylindrical coordinate system and contr

10、olled by the PLC Configuration software to monitor the work of screw combination and handling.</p><p>　　Robot into the automation of manual and detection of three works, you can easily switch and make up. Ar

11、tificial on the screw, low efficiency, low degree of standardization are factory automation and standardization.</p><p>　　Key words: mechanical arm; PLC; configuration software; automatic control</p>

12、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題的意義1</p><p>　　1.2本文主要做的工作1</p><p>　　1.2.1問題提出1</p><p>　　1.2.2機械手

13、臂的國內(nèi)外狀況及其發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2.3系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容2</p><p>　　2 機械手臂工作原理4</p><p>　　2.1機械臂的運動形式4</p><p>　　2.1.1直角坐標系4</p><p>　　2.1.2圓柱坐標系4</p><p>　　2.

14、1.3關節(jié)型5</p><p>　　2.1.4機械手的技能和特性5</p><p>　　3 PLC系統(tǒng)硬件構成及傳感器選型設計7</p><p>　　3.1 PLC的構成、特點及其工作原理7</p><p><b>　　3.1.1構成7</b></p><p>　　3.1.2PLC的特點

15、9</p><p>　　3.1.3PLC的工作原理9</p><p>　　3.1.4PLC的應用領域10</p><p>　　3.2電器元件、設備的選擇11</p><p>　　3.2.1PLC機型的選擇11</p><p>　　3.2.2輸入輸出模塊11</p><p>　　3.2

16、.3電源模塊的選擇：15</p><p>　　3.2.4導軌（固定各個模塊）15</p><p>　　3.2.5 PLC硬件系統(tǒng)的配置、PLC的I/O配置15</p><p>　　3.2.6步進電動機選型16</p><p>　　3.2.7直流電機選型18</p><p>　　3.2.8壓力傳感器19<

17、;/p><p>　　3.2.9扭矩傳感器19</p><p>　　4系統(tǒng)軟件設計21</p><p>　　4.1控制流程圖21</p><p>　　4.2生成PLC程序塊22</p><p><b>　　4.3語言22</b></p><p>　　4.4編輯符號表2

18、3</p><p>　　4.5編輯PLC程序24</p><p>　　4.6程序的下載28</p><p>　　4.7監(jiān)視PLC的狀態(tài)29</p><p>　　4.8調(diào)試PLC程序29</p><p>　　5 機械手臂監(jiān)控上位機軟件系統(tǒng)設計30</p><p>　　5.1組態(tài)軟件的簡單

19、介紹30</p><p>　　5.2各個主要監(jiān)視畫面30</p><p><b>　　6 總結32</b></p><p>　　6.1 機械手臂設計系統(tǒng)總結32</p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　附錄34<

20、;/b></p><p><b>　　翻譯部分45</b></p><p><b>　　致 謝55</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的意義</p><p>　　每一項性技術的出現(xiàn)總會帶來

21、巨大的產(chǎn)業(yè)變革，機械手臂的出現(xiàn)也不例外。在全世界工業(yè)自動化，及其人口老齡化日益嚴重的中國，招工荒將會日益顯現(xiàn)，接下來的就是人力成本將會顯著上升，那些危險性較高的工作，及其單位利潤較低的行業(yè)將不得不思考企業(yè)轉(zhuǎn)型的良方，機械手臂無疑是首要選擇。</p><p>　　機械手的積極作用正日益為人們所認識。它可以無條件的服從指令所給予的任務，每一次執(zhí)行的過程，在同等條件下幾乎沒有任何的偏差，而且具有很高的可靠性能。靈活性非

22、常強，在產(chǎn)品更新時，在可行的范圍內(nèi)幾乎不需要做任何硬件的改動，就能實現(xiàn)再生產(chǎn)再利用。而且研發(fā)周期非常短，相對于其它工業(yè)控制器而言。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視[1]。 </p><p>　　1.2本文主要做的工作 </p><p>　

23、　1.2.1問題提出 </p><p>　　PLC控制的機械手最主要是應用于自動化生產(chǎn)中，如何綜合地運用前面學過知識點，根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機械手臂的自動和手動操作，滿足控制系統(tǒng)的要求。</p><p>　　1.2.2機械手臂的國內(nèi)外狀況及其發(fā)展趨勢</p><p>　　我國的工業(yè)機械手臂從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下通過

24、“七五”、“八五”科技攻關，目前己基本掌握了機械臂操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機械手臂關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機械臂在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人己應用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機械手技術及其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器手應用工程起步

25、較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器手約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器手產(chǎn)業(yè)，當前我國的機器手生產(chǎn)都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國的智能機器

26、手和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了</p><p>　　國內(nèi)外機械手臂領域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:</p><p>　　(1)工業(yè)機械臂性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。</p><p>　　(2)機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展。例如關節(jié)模塊中的伺

27、服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構造機器人整機;國外已有模塊化裝配機械臂產(chǎn)品問市。</p><p>　　(3)工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標準化、網(wǎng)絡化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結構:大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。</p><p>　　(4)機械臂中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速

28、度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應用。</p><p>　　(5)當代機械手臂系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器手臂的人機交互控制。</p><p>　　(6)機器人化機械開始興起。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸

29、機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應用的領域。</p><p>　　1.2.3系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容 </p><p>　　機械手臂控制系統(tǒng)是由PLC與系統(tǒng)輸入 、輸出設備連接而成。因此，機械手臂控制系統(tǒng)設計應包括以下基本內(nèi)容：</p><p>　?、?擬定控制系統(tǒng)設計的技術條件。技術條件一般以設計任務書的形式來確定，它是整個系統(tǒng)設計

30、的依據(jù)。</p><p>　?、?確定系統(tǒng)運行方式及其控制方式。PLC可構成各種各樣的控制系統(tǒng)，如單機控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)等。在進行應用系統(tǒng)設計時要確定系統(tǒng)的控制形式。</p><p>　?、?選擇系統(tǒng)輸入設備（按鈕、限位開關、傳感器等）、輸出設備（繼電器、接觸器等）以及由輸出設備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等執(zhí)行機構）。</p><p>　　④ PLC型號的選擇

31、。PLC是控制系統(tǒng)的核心，正確選擇PLC對保證整個控制系統(tǒng)的經(jīng)濟技術指標起著重要的作用。選擇PLC主要包括機型選擇、容量選擇、I/O選擇模塊、電源模塊選擇等。</p><p>　?、?編制PLC的輸入輸出分配表，繪制輸入輸出端子接線圖。</p><p>　?、?設計操作臺、電器柜及非標準電路元器件。</p><p>　?、?設計控制程序?？刂瞥绦蚴潜ＷC系統(tǒng)正常、安全

32、、可靠工作的關鍵。因此控制工序應反復調(diào)試、修改，直到滿足要求為止[3]。</p><p>　　圖1.1 PLC應用系統(tǒng)設計的主要步驟</p><p>　　2 機械手臂工作原理</p><p>　　2.1機械臂的運動形式</p><p>　　2.1.1直角坐標系</p><p>　　臂部由三個相互正交的移動副組成。帶動腕

33、部分別沿X、Y、Z三個坐標軸的方向做直線移動。結構簡單，運動位置精度高。但所占空間范圍較大，工作范圍相對較小。</p><p><b>　　圖2.1直角坐標系</b></p><p>　　2.1.2圓柱坐標系 </p><p>　　臂部是由一個轉(zhuǎn)動副和兩個移動副組成，相對來說所占空間較小，工作范圍較大應用較廣泛。</p><

34、p>　　圖2.2 圓柱坐標系</p><p><b>　　2.1.3關節(jié)型 </b></p><p>　　由動力型旋轉(zhuǎn)關節(jié)和前、下兩臂組成。關節(jié)型機器人以臂部各相鄰部件的相對角位移為運動坐標。動作靈活，所占空間小，工作范圍大，能在狹窄空間內(nèi)饒過各種障礙物。</p><p>　　圖2.3 關節(jié)型設計</p><p>

35、　?。ㄗⅲ罕驹O計采用常見的圓柱形坐標系)</p><p>　　2.1.4機械手的技能和特性</p><p>　　1、根據(jù)古典力學觀點，物體在三維空間的靜止位置是由三個坐標和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機械手，其機能要接近人的上肢，則需要具有27個自由度，而每一個自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27

36、根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉”。就目前的技術狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機械手的功能搞得那么復雜，動作彼此嚴重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機、本體、手臂和手指都得有三個直線運動和三個旋轉(zhuǎn)運動，總共就要有24個自由度。這在實際上也是不必要的，這樣會使機械手結構復雜，費用增多。因此，不應盲目模仿人手的動作，增加過渡的自由度，而應根據(jù)實際需要的動作，設計出最少的自由度就能完成作業(yè)所

37、要求的動作。所以一般專用的機械手（不包括握緊動作）通常具有二到三個自由度。而通用機械手一般取四到五個自由度。</p><p>　　本設計中設計的機械手，它共有五個自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動、手臂左右擺動、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。</p><p>　　2、 軀干和傳動系統(tǒng)</p><p>　　機械手的傳動分為液壓、氣壓、電氣和機械四種，本設計采用綜合傳動方式，即手

38、臂采用電氣傳動，而手爪則采用氣壓傳動。 </p><p><b>　　3、夾緊機構</b></p><p>　　機械手手爪使用來抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準確和可靠的要求。設計制造夾緊機構——手爪時，首先要從機械手的坐標形式、運行速度和加速度的情況來考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計算。同時考慮有足夠的開口尺寸，以適

39、應被抓物體的尺寸變化，為擴大機械手的應用范圍，還需備有多種抓取機構，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動定心結構。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結構。夾緊機構本身則應結構簡單、體積小、重量輕、動作靈活和動作可靠。</p><p>　　夾緊機構形式多樣，有機械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機構還帶有傳感裝置和攜帶工具進行操作的裝置。本設計采用

40、機械式的夾緊機構。</p><p>　　機械式夾緊機構是最基本的一種，應用廣泛，種類繁多。如按手指運動的方式和模仿人手的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓式等。本設計采用二指式氣動手爪。由可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個直流電動機完成，同時通過兩個限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限

41、位，一般可設置在180度。</p><p><b>　　4、軀干</b></p><p>　　軀干由底盤和手臂兩大部分組成。</p><p>　　底盤是支撐機械手全部重量并能帶動手臂旋轉(zhuǎn)的機構。底盤采用一個步進電動機驅(qū)動，根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)的角度和每步的角度計算出所需要的步數(shù)。由PLC給出脈沖數(shù)，就能實現(xiàn)控制，同時，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度

42、可達270度[10]。</p><p>　　手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構。本設計中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運動。手臂采用直流電動機帶動絲杠、螺母來實現(xiàn)伸縮和升降運動。同時在兩軸的兩端分別加限位開關限位。采用絲杠、螺母結構傳動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。</p><p>　　3 PLC系統(tǒng)硬件構成及傳感器選型設計</p&

43、gt;<p>　　3.1PLC的構成、特點及其工作原理</p><p><b>　　3.1.1構成</b></p><p>　　從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以

44、按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：</p><p><b>　　電源：</b></p><p>　　PLC的電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源，在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的

45、制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。</p><p><b>　　CPU：</b></p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制

46、中樞，是PLC的核心起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶

47、程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。</p><p>　　為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。</p><p>　　CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)

48、量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。</p><p><b>　　存儲器：</b></p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。</p><p>　　存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。</p><p><b>　　輸入輸出部分：</b></p><p>

49、　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。</p><p>　　1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口

50、界面的輸入通道。</p><p>　　2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。</p><p>　　常見的I/O分配如下：</p><p>　　開關量量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p>&

51、lt;p>　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。</p>

52、;<p><b>　　底座或機架：</b></p><p>　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。</p><p><b>　　功能模塊：</b></p><p>　　如計數(shù)、定位等功能模塊

53、</p><p><b>　　通信模塊：</b></p><p>　　如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等</p><p><b>　　編程設備：</b></p><p>　　編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所

54、控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。</p><p><b>　　人機界面：</b></p><p>　　最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。</p><p>

55、;　　圖3.1 PLC的組成部分</p><p>　　3.1.2PLC的特點</p><p>　　可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　由于采用大規(guī)模集成電路及微處理器，使系統(tǒng)器件數(shù)大大減少，并且在硬件設計和制作的過程中采用了一系列屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，使PLC能適應惡劣的工作環(huán)境，具有很高的可靠性。它的平均故障間隔時間為3—5萬小時。</p&g

56、t;<p><b>　　變成簡單，使用方便</b></p><p>　　PLC采用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前PLC大多數(shù)采用梯形圖語言編程方式，它繼承了傳統(tǒng)繼電器控制線路清晰直觀的特點，考慮到大多數(shù)電氣控制人員的讀圖習慣及應用微機的水平，很容易被技術人員所接受，易于編程，易于修改。</p><p><b>　　采用

57、模塊化結構</b></p><p>　　為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC采用模塊化結構。PLC的個個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設計，有機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可以根據(jù)系統(tǒng)的需要自行組合。</p><p>　　縮短設計、施工、投產(chǎn)的周期，容易維護</p><p>　　目前，PLC產(chǎn)品

58、朝著標準化，系列化方向發(fā)展，只需根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，選擇相應的模塊進行組合設計即可；同時用軟件編程代替了硬件設計的硬連線，大大減輕了接線工作；PLC還具有故障檢測檢測和顯示功能，使故障處理時間縮短。</p><p><b>　　豐富的I/O接口</b></p><p>　　由于工業(yè)控制機只是工業(yè)控制整個工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)的一個控制中樞，為了實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的

59、控制，它還必須與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的設備相連接才能完成控制任務。因此，PLC除了具有計算機的基本部分（如CPU、存儲器等）以外，還有豐富的I/O接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（如交流、直流、開關量、模擬量、脈沖等）都有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備（如按鈕、行程開關、傳感器及變送器等）直接連接。另外，為了提高PLC的操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)控制網(wǎng)絡，還配備了多種通信聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。</p>

60、<p>　　體積小，重量輕，功耗低</p><p>　　由于采用半導體集成電路，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比較，其體積小，重量輕，功耗低。</p><p>　　3.1.3PLC的工作原理</p><p>　　PLC一般采用循環(huán)掃描的工作方式。</p><p>　　PLC上電后,執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務,周而復始地掃描并執(zhí)行用戶程序。完成一次掃描

61、所用的時間稱為掃描周期。一次循環(huán)過程可歸納為五個階段,循環(huán)掃描過程為公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計算輸入輸出刷新外設端口服務——公共處理。</p><p><b>　　公共處理：</b></p><p>　　在公共處理階段,要進行復位監(jiān)視定時器、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。若有異常情況,故障顯示燈亮,判斷并顯示故障的性質(zhì)。若屬于一般性故障,則只報警,但不需要停機,可

62、等待處理。</p><p><b>　　執(zhí)行用戶程序：</b></p><p>　　執(zhí)行用戶程序階段,逐條解釋和執(zhí)行用戶程序,其所需的全部信息都是從映像寄存器中讀取的.映像寄存器包括輸入映像寄存器和元件映像寄存器。輸入映像寄存器存儲著輸入繼電器的通斷狀態(tài),輸入繼電器接通為1,斷開為0。元件映像寄存器存儲著輸出繼電器、各種輔助繼電器等的狀態(tài),同樣用和表示它們的通斷狀態(tài)。

63、</p><p>　　PLC在執(zhí)行用戶程序時所需的外部輸入信息,不是直接從輸入端讀取的,而是從輸入映像寄存器中讀取的。在每個掃描周期的I/O刷新階段,CPU從PLC輸入端讀取一次信息并存入輸入映像寄存器中。在此后的一個掃描周期中,盡管PLC輸入端的狀態(tài)可能發(fā)生過變化,但輸入映像寄存器中的數(shù)據(jù)也保持不變。同樣,所需的輸出繼電器或其他編程元件的狀態(tài)信息,是從元件映像寄存器中讀取的。在執(zhí)行用戶程序過程中,根據(jù)用戶程序給

64、出的邏輯關系進行邏輯運算,運算結果再寫入元件映像寄存器中?？梢?在一個掃描周期中元件映像寄存器中的內(nèi)容是可變的。</p><p><b>　　掃描周期的運算：</b></p><p>　　在掃描周期的計算階段,若預先設定了掃描周期的值,則進入等待,直至達到該設定值時掃描再往下進行若掃描周期設為不定時,則要進行掃描周期的計算。</p><p>&

65、lt;b>　　刷新：</b></p><p>　　在I/O刷新階段,主要作兩件事情：</p><p>　　(1)讀各輸入點的狀態(tài)</p><p>　　從輸入電路中讀取各輸入點的狀態(tài)并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中,也就是刷新輸入映像寄存器的內(nèi)容"自此輸入映像寄存器就與外界隔離,無論輸入信號的狀態(tài)怎樣變化,輸入映像寄存器的內(nèi)容都保持不變,一直

66、到下一個掃描周期的I/O刷新階段,才會寫進新內(nèi)容；</p><p>　　(2)讀輸出元件映像寄存器中的狀態(tài)</p><p>　　將對應輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到輸出鎖存器電路中,再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大送到的輸出端,驅(qū)動外部執(zhí)行元件動作。</p><p><b>　　外設口服務：</b></p><p>

67、　　在外設口服務階段,完成與外設口連接的外圍設備如編程器或通信適配器的通信處理。完成上述各階段的處理后,又返回公共處理階段,周而復始的進行掃描。</p><p>　　3.1.4PLC的應用領域</p><p>　　PLC廣泛應用于冶金、采礦、石油、化工、電力機械制造等行業(yè)中。特別是在輕工業(yè)行業(yè)中，因其生產(chǎn)門類多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛應用在包裝機械、塑料機械、控制系統(tǒng)、機床、樓與自

68、動化、造紙、電氣制造工業(yè)等電氣設備中。</p><p>　　PLC應用大致可以分為以下幾種類型：</p><p>　　??用于開關邏輯控制。這是PLC最基本的控制場合，用PLC可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，如機床電氣、電動機控制中心；也可以取代順序控制，如高爐上料，電梯控制，貨物存取、運輸檢測等。</p><p>　　??用于機械加工的數(shù)字控制。PLC和計算機機械裝置組

69、合在一起，可實行數(shù)字控制，組成數(shù)控機床。</p><p>　　??用于機器人或機械手控制。</p><p>　　??用于閉環(huán)過程控制。大中型PLC都配有PID模塊和A/D、D/A模塊，可實現(xiàn)單回路、多回路的可調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　??PLC可與集散控制系統(tǒng)DCS進行通信連接，組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化網(wǎng)絡。</p><p>　

70、　總之，PLC應用面廣，功能強大，使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領域得到了廣泛的應用。</p><p>　　3.2電器元件、設備的選擇</p><p>　　3.2.1PLC機型的選擇</p><p>　　根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進行PLC型號的選定。進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修

71、、備件的通用性。對開關量控制的系統(tǒng)，當控制速度要求不高時，一般的PLC都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。當控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。本文采用西門子S7-300PLC,這里選用CPU314（標準型）。作為中央處理單元，用于輸入信號狀態(tài)，處理控制程序及控制信號的輸出，該模塊具有豐富的邏輯運算指令和算術功能，可以滿足對處理速度有快速要求的場合。CP

72、U314在300 ns內(nèi)執(zhí)行一條二進制指令，為用戶提供了充足的工作內(nèi)存，24R字節(jié)RAM(相當于8K語句)，而且可用最大為雙2K字節(jié)的插入型存儲器卡簡單地進行掉電程序備份。</p><p>　　圖3.2 CPU314模塊實物</p><p>　　3.2.2輸入輸出模塊</p><p><b>　　數(shù)字量輸入模塊</b></p>&

73、lt;p>　　數(shù)字量輸入模塊SM321有四種型號模塊可供選擇，即直流16點輸入，直流32點輸入、交流16點輸入、交流8點輸入。輸入電壓類型有直流電壓24V、48～125V，交流電壓120V、120V/230V。輸入模塊的輸入點通常要分成若干組，每組在模塊內(nèi)部有其公共端，選型時要考慮外部開關信號的電壓等級和形式，不同電壓等級的信號必須分配在不同的組。下面是它的接線圖：</p><p>　　圖3.3 數(shù)字量輸入

74、接線</p><p>　　圖3.4 SM321模塊實物圖</p><p>　　數(shù)字量輸出模塊SM322 </p><p>　　數(shù)字量輸出模塊SM322有32點、16點、8點，輸出開關器件有晶體管、閘流管、繼電器三種輸出方式。負載電壓等級有24VDC、48～125V（DC）、120V（AC）、120V/230V（AC）等。下面是它的接線圖：</p>&l

75、t;p>　　圖3.5數(shù)字量輸出接線</p><p>　　圖3.6 SM322模塊實物圖</p><p>　　數(shù)字量輸入輸出模塊SM323</p><p>　　數(shù)字量輸入輸出模塊SM323有兩種類型，一種是8點輸入，8點輸出的模塊，輸入點和輸出點只有一個公共端；另一種有16點輸入和16點輸出，輸入點和輸出點只有一個公共端。這兩種模型的輸入輸出特性相同。輸入、輸出

76、的額定電壓均為DC24V，輸入電壓“1”信號電平為11～30V，“0”信號電平為-3～+5V，輸入電流為7mA，最大輸出電流為0.5A，每組總輸出電流為4A。輸入電路與輸出電路通過光耦合器與背板相連，輸出電路為晶體管型，有電子短路保護功能。在額定輸入電壓下，輸入延遲為1.2～4.8ms。SM323數(shù)字量輸入輸出模塊是在一塊模塊上同時具備輸入點和輸出點的信號模塊。S7-300系列PLC有兩種類型的數(shù)字量輸入輸出模塊。</p>

77、<p><b>　　模擬量輸入模塊</b></p><p>　　SM331模擬量輸入模塊主要用于連接電壓和電流傳感器、熱電偶、電阻器和電阻式溫度計，然后將控制過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為S7-300系列PLC內(nèi)部處理的數(shù)字信號。轉(zhuǎn)換精度有12位、13位、14位、和16位；輸入通道有2通道、8通道和16通道3種。下面是它的接線圖：</p><p>　　圖3.7 模

78、擬量輸入接線</p><p>　　圖3.8 SM332模塊實物圖</p><p><b>　　模擬量輸出模塊</b></p><p>　　SM322模擬量輸出模塊用于將S7-300系列PLC的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需要的模擬量信號，以控制模擬量調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機械，或者作為其他設備的模擬量的給定信號，其核心部件位D/A轉(zhuǎn)換器。SM322模擬量輸出模塊

79、目前有三種規(guī)格：AO8×12位、AO4×12位、AO2×12位、AO4×16位，所有模塊內(nèi)均設有光電隔離電路，其轉(zhuǎn)換精度有12位和15位兩種；輸出通道有兩通道和四通道兩種形式。</p><p>　　輸出信號可為電壓和電流輸出。輸出的電流和電壓范圍可調(diào)，用參數(shù)化軟件可以為每個設定獨立的調(diào)節(jié)范圍。電壓的輸出范圍可調(diào)為1～5V、0～10V、+10V～-10；電流的輸出范圍可調(diào)為0

80、～20mA、4～20mA、-20～20mA。</p><p>　　模擬量輸入/輸出模塊</p><p>　　SM334在一塊模塊上同時具有模擬量輸入輸出功能，目前有兩種規(guī)格，都是4AI/2AO.一種是輸入輸出精度為8位，另一種是輸入輸出精度為12位。輸入測量范圍為0～10V或0～20mA，輸出范圍是0～10V或0～20mA。</p><p>　　3.2.3電源模塊的

81、選擇：</p><p>　　電源模塊將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，為S7-300的CPU、I/O口、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流由2A、5A、10A 3種，在本例中，采用PS 307 5A。電源模塊安裝在DIN導軌上的插槽1。</p><p>　　3.2.4導軌（固定各個模塊） </p><p>　　3.2.5 PLC硬件系統(tǒng)的配置、PLC的I/O

82、配置</p><p>　　根據(jù)控制要求，確定系統(tǒng)需要的出入輸出信號，據(jù)此選擇組成PLC系統(tǒng)需要的硬件。然后在根據(jù)控制要求和組成PLC系統(tǒng)配置的硬件組態(tài)時提供的出入輸出繼電器的字節(jié)地址，確定PLC的I/O地址分配表。</p><p>　　根據(jù)控制要求，該系統(tǒng)既需要數(shù)字量控制，又需要模擬量控制，需要數(shù)字量輸入點7個，8個數(shù)字量輸出點，2個模擬量輸入點，1個模擬量輸出點。綜合考慮個方面因素和進一

83、步發(fā)展的要求，因此選擇S7-300作為主控制器。CPU模塊選擇CPU314、電源模塊選擇PS307 5A、數(shù)字量輸入模塊選擇SM321 16×DC 24V、數(shù)字量輸出模塊選擇一塊SM322 16點×230V繼電器輸出，模擬量輸入采用SM331AI2×12Bit[20] 。</p><p>　　表3.1 PLC硬件配置</p><p>　　表3.2 PLC的數(shù)字

84、量I/O配置</p><p>　　表3.3 PLC的模擬量I/O配置</p><p>　　3.2.6步進電動機選型</p><p>　　因為步進電動機能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，在底盤的控制中我選用步進電動機做控制。步進電動機采用86系列兩相混合式步進電動機。</p><p>　　電機驅(qū)動器采用北京張前蘇電子科技有限公司ST-4HB05XA驅(qū)動器<

85、;/p><p>　　電源采用24DCV，step因為需要5V的脈沖信號，所以由設置CPU的clock memory 產(chǎn)生脈沖信號控制一個開關M100，本例中采用M100.0。外接一個5V的穩(wěn)壓電源與輸入端相連接即可。CPU的設置表如下：</p><p>　　表3.4時鐘存儲器各位及對應的周期和頻率</p><p>　　DIR由數(shù)字量Q給出，開關12345678均處于開的

86、狀態(tài)，自動開關5處于ON 狀態(tài)。一圈是200步，所以90°是50步。就是發(fā)出50個脈沖，就可以了。</p><p>　　表3.5步進電動機驅(qū)動器技術數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2.7直流電機選型</p><p>　　直流電動機具有控制精度高，操作簡單等優(yōu)點，在機械手臂的運行方面，本文采用北京華達和利科技有限公司的產(chǎn)品，型號：J60LYX01</p&

87、gt;<p><b>　　技術參數(shù)：</b></p><p>　　表 3.6 直流電動機技術數(shù)據(jù)</p><p>　　本文中需要3臺直流電動機。</p><p>　　3.2.8壓力傳感器 </p><p>　　本例采用兩線制模擬量輸入4-20mA 供給電源24DCV（無需另加電源設計）</p>

88、<p>　　佛山市順德區(qū)昊勝科技有限公司</p><p>　　表3.7壓力傳感器技術數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2.9扭矩傳感器</p><p>　　扭矩傳感器是一種精確測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速和各種機械功率的測量器件。</p><p><b>　　廣泛，主要用于：</b></p><p>

89、;　　1、電動機。發(fā)動機、內(nèi)燃機等旋轉(zhuǎn)動力設備輸出扭矩及功率的檢測；</p><p>　　2、風機、水泵、齒輪箱、扭力扳手的扭矩及功率的檢測；</p><p>　　3、鐵路機車、汽車、拖拉機、飛機、船舶、礦山機械中的扭矩及功率的檢測；</p><p>　　4、可用于污水處理系統(tǒng)中的扭矩及功率的檢測；</p><p>　　5、可用于制造粘度計；

90、</p><p>　　6、可用于過程工業(yè)和流程工業(yè)中。</p><p>　　北京昆瑞測控技術有限公司的KR-814型動態(tài)扭矩傳感器扭矩傳感器具有單電源24DCV供電，且具有4—20mA標準模擬信號輸出，很好的適應了控制要求，本文將采用之，也是采用兩線制。</p><p>　　主要功能及性能指標：</p><p>　　表 3.9扭矩傳感器技術數(shù)

91、據(jù)</p><p>　　表 3.10扭矩傳感器技術數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　4.1控制流程圖</b></p><p>　　機械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機上的開關放在RUN位置，如果機械手不在初始位置，首先回到初始位置；首先

92、電動機動作，橫軸延伸，橫軸延伸到位，限位開關動作，然后電磁閥動作機械手張開，延時一段時間，機械手臂豎直下降，限位開關動作，電磁閥動作手閉合，加緊螺母，當壓力達到，壓力傳感器動作，橫軸收縮的同時，豎軸上升，底盤旋轉(zhuǎn)；當橫軸豎軸達到限位開關底盤已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了90°時，橫軸延伸限位，豎軸下降直到接近開關動作，手加緊旋轉(zhuǎn)，檢測扭矩傳感器是否動作，如果不動作，接著轉(zhuǎn)，當動作時，電動機提起工件放在C位置，然后返回初始位置，等待命令是否連續(xù)進行

93、；由開關K的開通與斷開決定是否連續(xù)運轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖4.1機械手控制流程圖</p><p>　　4.2生成PLC程序塊</p><p>　　編輯PLC程序的第一步就是要生成PLC程序中需要使用的塊，這些塊包括基本邏輯塊（組織塊OB、程序塊FC、功能塊FB）以及數(shù)據(jù)塊DB、數(shù)據(jù)類型UDT、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、變量表等，系統(tǒng)程序塊SPC、系統(tǒng)功能塊SFB可以根據(jù)需要調(diào)

94、用，無需進行專門編寫與編寫與編輯。在本文中采用了組織塊OB1和OB100，程序塊FC1。其中OB1主要用于主循環(huán)，由于S7-300只能使用暖啟動，所以每次啟動時能執(zhí)行OB100一次，所以OB100主要功能在于復位，意思是每次上電時機械手臂總是在復位狀態(tài)，不然就是它回到初始位置，這一點非常重要。</p><p><b>　　4.3語言</b></p><p>　　1 梯

95、形圖編程語言（LAD）</p><p>　　梯形圖來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結構類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側有兩垂直的電力軌線，左側的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級通過各個觸點、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點是

96、右側的電力軌線。每一個觸點代表了一個布爾變量的狀態(tài)，每一個線圈代表了一個實際設備的狀態(tài)，一個簡單的梯形圖程序如圖3.20所示:</p><p>　　圖4.2 梯形圖程序示例</p><p>　　梯形圖的每個梯級表示一個因果關系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結果表示在梯級的右面。</p><p>　　梯形圖編程語言具有如下特點:</p&g

97、t;<p>　　(1) 與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性;</p><p>　　(2) 與原有繼電器邏輯控制技術相一致，易于掌握和學習;</p><p>　　(3) 對于復雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰;</p><p>　　(4) 可讀性仍不夠好。</p><p>　　幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語言,

98、而且都比較容易理解，只是在梯形圖結構上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒有右邊的電力軌線。有時在有此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。</p><p>　　2 功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram)</p><p>　　功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來表示，每一個功能模塊的左側有不少于

99、一個的輸入端，右側有不少于一個的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點對應的地方。</p><p>　　功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊?；竟δ苣K如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時，脈沖輸出，計數(shù)器等等。功能塊編程語言具有以下特點:</p><p>　　(1) 以功能模塊為單位,從控制功能入手，使控制方案的分析和理

100、解變的容易;</p><p>　　(2) 功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌握，方便組態(tài)，易操作。是有發(fā)展前途的一種編程語言;</p><p>　　(3) 對較復雜系統(tǒng)，由于控制功能關系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時間;</p><p>　　(4) 因為每一個功能模塊要占用一定程序存儲空間，對功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時間，因此，這種語言在大中型

101、可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應用較廣泛。</p><p>　　在PLC邏輯塊創(chuàng)建完成后，可以著手對每一個塊進行PLC程序的輸入。在輸入前一般需要選擇PLC程序編輯所采用的編程語言。Step7V5.3標準版可以任意選擇梯形圖（LAD）指令表（STL）邏輯功能圖（FBD）三種編程語言進行PLC用戶程序的編寫，三種語言間可以自動轉(zhuǎn)換。本例采用梯形圖編程。</p><p><b>　　4

102、.4編輯符號表</b></p><p>　　為了便于程序的閱讀與理解，避免在編程過程中頻繁查閱信號的絕對地址，在程序較復雜、I/O點數(shù)較多時，可以通過STEP 7的符號編輯器生成符號表，將程序的絕對地址用具有含義的符號地址代替，然后在進行編程。當然，當程序較簡單是，也可以直接使用絕對地址進行編程。本文中的符號表如下：</p><p><b>　　表4.1符號表<

103、/b></p><p>　　4.5編輯PLC程序</p><p>　　在編程語言已經(jīng)選定，符號表（如果需要）以創(chuàng)建完成后，即可根據(jù)程序的實際需要，對每一邏輯塊進行輸入和編輯。</p><p>　　PLC程序的編輯以“程序段”（Network）的形式劃分段落、增加注釋，程序段由梯形圖中的觸點、線圈、功能框、連線等基本編程元素和編程指令所組成，以實現(xiàn)邏輯運算和數(shù)學

104、運算等功能。程序變成如下：</p><p>　　OB1主要是主控程序，當按下啟動按鈕，上電，可以選擇自動運行還是手動一步一步控制，當按下停止按鈕時，程序停止運行。再次上電調(diào)用OB100會使系統(tǒng)初始化回到初始位置。它主要是在系統(tǒng)滿足啟動的條件下，選擇開關，是自動化運行還是手動控制。</p><p><b>　　，</b></p><p>　　圖4

105、.3 OB1主程序</p><p><b>　　仿真程序如下：</b></p><p><b>　　圖4.4 模擬控制</b></p><p><b>　　圖4.5 程序測試</b></p><p><b>　　圖4.6 模擬控制</b></p>

106、;<p><b>　　圖4.7 程序測試</b></p><p>　　OB100中的程序，因為S7-300是暖啟動所以首先會執(zhí)行其中的程序，首先是手抓回到最右端，然后機械手臂后退，下降，步進電動機旋轉(zhuǎn)回到初始位置，手抓展開。 </p><p>　　圖4.8 OB100 初始化程序</p><p>　　FC1中的程序主要是自動化程序

107、首先手抓夾緊工件，當壓力傳感器動作之后，機械臂帶動工件上升，達到上限位開關以后，底座旋轉(zhuǎn)，限位，正傳前進限位，然后下降，到達接近開關，開始上螺絲，直到扭矩傳感器動作，才提起工件放在C位置，然后調(diào)用FC3回到初始位置；下面給出流程圖</p><p>　　圖4.9 FC1 流程圖</p><p>　　4、FC2程序是手動和測試用程序I1.0 手動或測試用開關 ，按下一次計數(shù)一次相應的執(zhí)行操作&

108、lt;/p><p>　　手抓加緊 Q5.1復位</p><p>　　電動機1正傳上升 Q4.2 上限位I0.4</p><p>　　電動機2正傳前進 Q4.4 前限位 I0.6</p><p>　　步進電動機反轉(zhuǎn)Q4.1 計時50s停止</p><p>　　電動機1反轉(zhuǎn)下降Q4.3 接近開關I1.7</p>

109、<p>　　電動機3正轉(zhuǎn)Q4.6 左限位 I1.6 扭矩是否動作 手抓Q5.1置為延時2s</p><p>　　電動機3反轉(zhuǎn)Q4.7 右限位I1.5 手抓復位電動機3正轉(zhuǎn)</p><p>　　步進電動機反轉(zhuǎn)Q4.1 計時50s停止</p><p>　　調(diào)用FC3回到初始位置</p><p><b>　　.流程圖如下：&

110、lt;/b></p><p>　　圖4.10 FC2流程圖</p><p><b>　　4.6程序的下載</b></p><p>　　將編程器中編制完成的邏輯塊（數(shù)據(jù)塊和系統(tǒng)塊）寫入到PLC的實際系統(tǒng)中稱為下載；反之，將PLC的CPU中的程序傳送到編程器中，稱為上傳。在程序編程編制完成后，應將Step7中創(chuàng)建的程序，通過相應的接口與電纜傳

111、送到PLC的CPU中。由于在本例中，沒有實物所以只能進行PLC仿真。</p><p>　　4.7監(jiān)視PLC的狀態(tài)</p><p>　　當PLC系統(tǒng)外部安裝、連接完成強電控制電路（特別是安全電路）正常工作后，控制對象處于調(diào)試狀態(tài)時，可以進行PLC程序的試運行。在試運行階段，為了清晰反映PLC的實際工作情況，一般可以通過step7直接在編程器上進行監(jiān)控。通過編程器，可以通過梯形圖的形式形象、直

112、觀的顯示PLC的實際工作狀態(tài)。</p><p>　　4.8調(diào)試PLC程序</p><p>　　通過對PLC程序的試運行，可以發(fā)現(xiàn)程序在使用過程中存在的問題，發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤，并通過修改完善PLC程序，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　5 機械手臂監(jiān)控上位機軟件系統(tǒng)設計</p><p>　　5.1組態(tài)軟件的簡單介紹</p>

113、<p>　　組態(tài)軟件是工業(yè)可控制應用軟件的開發(fā)平臺，它提供了一個良好開發(fā)環(huán)境，如：提供了許多繪圖元素、控件、報表格式、報警方式等，使開發(fā)人員不必把精力集中在繪制人機界面上，而專心考慮如何實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，使開發(fā)工作變得輕松容易，簡單高效。</p><p>　　目前我國引進的組態(tài)軟件有：美國的FIX32、IFIX、德國的Wincc等。國產(chǎn)的組態(tài)軟件有組態(tài)王、開物、世紀星、力控、FameView、MCGS等，

114、其中亞控公司開發(fā)的組態(tài)王是一個非常優(yōu)秀的軟件。</p><p>　　5.2各個主要監(jiān)視畫面</p><p><b>　　圖5.1 登錄圖</b></p><p>　　圖5.2 監(jiān)視主界面</p><p><b>　　圖5.3 報警圖</b></p><p>　　圖5.4 機械

115、手臂實時曲線</p><p><b>　　6 總結</b></p><p>　　6.1 機械手臂設計系統(tǒng)總結</p><p>　　在目前的中國，由于人口紅利等因素的影響，人力相對來說投入小，靈活性高，等優(yōu)點，機械手臂的使用程度還不高，但在一些高危險，高輻射等場合，已經(jīng)獲得廣泛使用。隨著中國迎來老齡化時代，人口紅利不復存在時，人力資源價格將會大幅

116、度提高，將迎來自動化大幅度使用的時代。無疑，機械手臂在其中將占據(jù)重要的位置?；赑LC的機械手臂設計，工期短，靈活性高，可根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的變化做出軟件程序的改變，而不需要或只需要極少的硬件變動，增加了投入產(chǎn)出比，很好的滿足了工業(yè)控制要求。PLC與觸摸屏的結合是一大趨勢，本文中用組態(tài)王對它進行了組態(tài)。經(jīng)過一段時間的設計，基本實現(xiàn)了預期目標。機械手臂的設計很順利，仿真也如期完成，設計工作完滿結束。在設計過程中，同時會遇到這樣那樣的問題，比如說