2.4 机械手臂搬运控制系统变量定义及I/O地址分配
系统变量定义及I/O地址分配如表1所示。
表1 系统变量定义及I/O地址分配 PLC输入点 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016
所接输入端口 启动按钮 停止按钮 手动/自动切换开关 到达加工位置 下限位开关 上限位开关 传送带A限位开关 工作台1限位开关 工作台2限位开关 传送带B限位开关
下降按钮 上升按钮 右行按钮 左行按钮 松、紧按钮
PLC输出端口
Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 —
所接输出端口 传送带A 下降线圈 夹紧线圈 上升线圈 右行线圈 传送带B 左行线圈 数码管a段 数码管b段 数码管c段 数码管d段 数码管e段 数码管f段 数码管g段
—
2.5 机械手臂搬运控制系统硬件接线图设计
由工况分析可设计出如图2所示的硬件接线图。
FR启动SB0X0图2 硬件接线图COM1 ~220V停止SB1X1COM2SB2手动/自动X2KM1Y0传送带ASQ7加工位置X3KM2下降Y1下限位SQ1X4KM3上限位SQ2夹紧Y2X5SQ3传送带AKM4X6上升Y3SQ4工作台1X7KM5右行Y4工作台2SQ5X10KM6Y5传送带B传送带BSQ6X11KM7左行下降SB3Y6X12 常见的PLC编程语言有以下几种： a上升SB4Y10X13bY11右行SB5X14 （1）梯形图：梯形图语言具有形象、直观、实用的优点，它是在继cY12左行SB6X15dY13SB7松紧电接触器逻辑控制的基础上演变而来，易学易懂。 X16eFU3 机械手臂搬运控制系统软件设计 FX2N—32MR3.1 编程语言的选择 Y14RfCOMY15g （2）指令表：它和单片机程序中的汇编语言有点类似，由语句指令6kΩY16N~220VL一定的顺序排列而成。 FU （3）顺序功能图：常用来编制顺序控制类程序。包含步、动作、转换三个要素。可以将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这
些小的工作状态的功能处理后再依一定的顺序控制要求连接组合成整体的控制程序。
（4）功能块图：一种类似数字逻辑电路的编程语言。
（5）结构文体：用一些高级编程语言来编程的方式称为结构文体。 对于机械手臂搬运控制系统，其控制过程是按顺序一步一步来完成，只有在上一个步骤完成了，才能进入下一个工步。因此决定采用顺序功能图来编写机械手臂搬运控制系统。
3.2 机械手臂搬运控制系统程序流程图设计
由工况分析可得自动模式的程序流程图如图3所示。当传送带A将工件送到加工位置时，机械手下降，碰到下限位开关时，夹紧工件开始上升，碰到上限位开关时，开始右移，到达工作台1时，机械手下降，碰到下限位开关时，松开工件，上升到上限位等待工作台1加工完成。工作台1加工完成之后，机械手下降，碰到下限位开关时，夹紧工件又开始上升，碰到上限位开关时，开始右移，到达工作台2时，机械手下降，碰到下限位开关时，松开工件，上升到上限位等待工作台2加工完成。工作台2加工完成后，机械手下降，碰到下限位开关时，夹紧工件又开始上升，碰到上限位开关时，开始右移，到达传送带B时，机械手开始下降，碰到下限位开关时，松开工件。启动传送带B,将工件送走，同时机械手也开始上升，碰到上限位开关时，开始左移，直到碰到传送带A位置时，停止左移，关传送带B。一个工作周期结束。
图3 自动模式流程图
3.3 PLC控制程序设计及分析
3.3.1 手动模式
当系统发生故障时，需要手动进行调试，寻找故障点。手动按钮
X12~X16分别控制下降、上升、右移、左移、加紧和放松各个动作。梯形图如图4所示。
图4 手动模式梯形图
3.3.2 自动模式
按钮SB2（X002）为手动/自动选择开关，当SB2没有接通时为自动模式，程序进入S0状态，等待启动按钮SB0（X000)接通。当SB0接通时，进入S20状态启动传送带A(Y000)将工件送到加工位置，当传感应元件SQ7（X003）感应工件到达加工位置；进入S21状态接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S22状态置
位夹紧线圈KM3（Y002）机械手夹紧；定时2秒后，进入S23状态，接着接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2（X005）停止上升；进入S24状态，接通右行线圈KM5（Y004）机械手右行，碰到工作台1限位开关SQ4（X007）停止右行；进入S25状态，接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S26状态，复位夹紧线圈KM3（Y002）；定时2秒后，进入S27状态，接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2停止上升；进入S28状态，等待工作台1加工完，假定加工完成需要时间2分钟，2分钟之后；进入S29状态，接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S30状态，置位夹紧线圈KM3（Y002）机械手夹紧；定时2秒后，进入S31状态，接着接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2（X005）停止上升；进入S32状态，接通右行线圈KM5（Y004）机械手右行，碰到工作台2限位开关SQ5（X010）停止右行；进入S33状态，接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S34状态，复位夹紧线圈KM3（Y002）；定时2秒后，进入S35状态，接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2（X005）停止上升；进入S36状态，等待工作台2加工完，假定加工完成需要时间2分钟，2分钟之后；进入S37状态，接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S38状态，置位夹紧线圈KM3（Y002）机械手夹紧；定时2秒后，进入S39状态，接着接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2（X005）停止上升；进入S40状态，接通右行线圈KM5（Y004）机械手右行，碰到传送带B限位开关SQ6（X011）停止右行；进入S41状态，接通下降线圈KM2（Y001）机械手下降，碰到下限位开关SQ1（X004），停止下降；进入S42状态，复位夹紧线圈KM3（Y002）；定时2秒后，进入S43状态，置位传送带启动线圈KM6（Y005）将加工完的工件送走，工件计数器加一，同时接着接通上升线圈KM4（Y003）机械手上升，碰到上限位开关SQ2（X005）停止上升；进入S44状态，接通左行线圈KM7（Y006）机械手左行，碰到传送带A限位开关SQ3（X006）停止左行，进入S45状态，复位传送带B的工作，定时2秒之后，跳转到S0状态，一个工作周期完成。梯形图如图5所示。
图5 自动模式梯形图
4 机械手臂搬运控制系统调试及结果分析
4.1 机械手臂搬运控制系统仿真调试
4.1.1 静态调试
按系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，并通过计算机监视，观察其是否与控制要求一致，发现有不符合要求的地方，就认真查找原因，直到指示正确。
4.1.2 动态调试
（1）手动程序调试：按系统接线图正确接好输入、输出设备，进行PLC手动程序调试，观察PLC的输出是否按要求指示，否则，检查并修改程序、调节传感器的位置及灵敏度，直到指示正确。
（2）自动程序调试：按下自动模式选择按钮，进入自动模式，观察机械手是否按控制要求动作，否则，检查电路并修改调试程序，直至机械手按控制要求动作。
4.2 结果分析
按下启动按钮，传送带A开始工作，结果如图6所示。
图6 传送带A工作
工件到达加工位置时，传送带A停止工作，机械手下降，如图7所示。
图7 机械手下降
触发下限位开关，下降停止，机械手夹紧工件，然后上升，如图8所示。
图8 夹紧工件上升
触发上限位开关，上升停止，机械手夹紧工件右移，如图9所示。
图9 机械手右移
触发工作台1限位开关，机械手下降，如图10所示。
图10 机械手在工作台1下降
触发下限位开关，松开工件，然后上升，如图11所示。
图11 松开工件
触发上限位开关，停止上升，等待，工作台1加工完成。如图12所示。
图12 等待加工完
加工完成后直到工件到达传送带B的过程与从加工位置到工作台1加工完成的工序基本一样，这里就不给出图片。当机械手在传送带B上到达下限位时，启动传送带B，加工完成工件数加1，机械手上升。如图13所示。
图13 传送带B送出工件
机械手触发上限位开关时，停止上升，开始右行。如图14所示。
图14 机械手左行
到达传送带A时，关闭传送带A，一个周期完成。如图15所示。
图15 工作结束
5 设计总结
本次电气控制技术课程设计的课题是机械手臂搬运控制系统的设计，接到任务书之后，首先认真阅读和消化设计任务书，明确本次设计的题目、任务和要求，搞清楚已经得到了哪些原始数据，尚缺哪些数据和资料需要自己收集。然后就查阅一些有助于设计的图书资料，并草拟一个大致进程安排。在整个设计过程中，既充分发挥自己的主观能动性，独立设计，又很好地与指导老师配合，积极主动的争取老师的指导，避免了不少的弯路。
机械手臂搬运控制系统设计是一个与生活实际联系较紧密的课题，在明确任务和要求之后，先对系统的工况进行分析，确定输入、输出点数，以及选择外围硬件。由I/O点数再结合系统环境、经济造价等选择PLC型号；接着设计系统的主电路图、控制接线图；然后进行软件设计；最后进行调试、仿真。 通过这次电气控制技术课程设计的训练意识到书本上学到的知识一定要通过实践去巩固，而且这也是一种学习方法，只有这样才能真正轻松的掌握一门学问。同时此次课程设计也对学习PLC更加热情，在认识到PLC的强大的功能和广阔的应用领域。真正体会到了科技带来的震撼。
参考文献
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[3] 阮友德.任务引领型PLC应用技术教程[M]，北京：机械工业出版社，2013. 104～200
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[6] 沈任元.模拟电子技术基础[M]，北京：机械工业出版,2000.44～230 [7] 三菱公司编.三菱FX系列可编程序控制器编程手册[M]，北京：机械工业出
版社，2001.34～230
[8] 三菱公司编.三菱可编程序控制器应用101例[M]，北京：机械工业出 版,1994.1～230
[9] 杨杰忠.PLC应用技术（三菱）[M]，北京：机械工业出版,2013.278～371
致 谢
在完成机械手臂搬运控制系统课程设计这个过程中，我遇到了很多的难题，
但经过自己的努力和同学老师的帮助，克服了所以难题。因此，我要深深的感谢我的指导老师董海兵老师，帮助我的同学及朋友。
附 录
附录A 系统接线图 附录B 程序梯形图
X002自动/手动切换CJP0X2接通，跳到P0处执行手动程序S35Y003上限位开关X005机械手上升M8000SEGDD0K2Y10显示已加工的工件数S36T1SETS36X001停止按钮ZRSTS20S45复位各个状态T1K 1200工作台2的加工时间为T1M8002SETS0S37SETS37X002Y001下限位开关X004机械手下降X000S0SETS38X000启动按钮SETS20S38SETY002机械手夹紧工件S20X003加工位置感应开关S21Y001下限位开关X004机械手下降S39Y003上限位开关X005机械手上升Y000传送带A开始工作T0T0K 20SETS21SETS39SETS22S40SETS40S22SETY002夹紧工件Y004传送带B限位开关X011机械手右行T0T0K 20S41SETS41SETS23Y001下限位开关X004机械手下降S23Y003上限位开关X005机械手上升S42SETS42SETS24RSTY002机械手松开工件S24Y004工作台1限位开关X007机械手右行T0T0K 20SETS25S43SETS43S25Y001下限位开关X004机械手下降SETY005启动传送带BSETS26Y003机械手上升完成工件数加一S26RSTY002松开工件上限位开关X005INCPD0T0T0K 20S44SETS44
机械手臂搬运加工流程控制设计
