基于PLC的机械手控制系统设计论文

文华学院

毕业设计(论文)

基于PLC的机械手控制系统设计

目 录

摘 要 .......................................................... 3

关键词3

Abstract4

1. 可编程控制器PLC6

1.1 PLC简介6

1.2 PLC部结构6

1.2.1 中央处理器CPU7

1.2.2 存储器7

1.2.3 输入输出单元7

1.2.4 电源部分9

1.3 PLC的选型9

2. 机械手概况11

2.1 机械手的起源与发展11

2.2 机械手的工作原理11

3. 机械手控制系统12

3.1 基于PLC的机械手控制系统的研究意义12

3.2 基于PLC机械手设计的优点12

3.3 机械手实现的功能 ....................................... 13

4. 基于PLC机械手控制系统设计 ............................... 14

4.1 IO点分配14

4.1.1 电器元件的选择14

1 / 29

4.1.2 IO分配14

4．2 .硬件接线图 ........................................... 15

4.2.1 电气主接线15

4.2.2 PLC输入接线16

4.2.3 PLC输出接线17

4．3 控制流程图18

4．4 程序梯形图18

4．5 人机界面设计23

26 结束语

27 参考文献

27 致

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基于PLC的机械手控制系统设计

摘 要

随着社会的进步，工业自动化发展尤为瞩目，各种机械自动化设备的产生，逐步取

代了传统手工制作。自动化流水线的产生，不仅大大提高了工作效率，也让许多人工操

作存在安全隐患的流程被机械设备替代，让现代工业变得更具人性化。

机械手在当代自动化流行中起着重要的作用，一方面其能够在高温、腐蚀性、有毒

等恶劣环境下持续工作，另一方面其在完成抓取、转移、旋转、释放等动作时候精确度

也较高。机械手的动作是由精确的控制系统来控制完成的，从早期的继电器控制系统发

展到如今的PLC控制系统，机械手技术的更新就是控制系统的发展和完善。

本次课题是选用三菱公司的FX系列PLC，完成对电动工具电机的抓取转移以与零件

的压装动作。电气设备有PLC、触摸屏、传感器、直流电源等。通过可编程控制器的程

序设计，完成相应的动作，实现控制功能。

关键词：机械手；PLC；控制；设计

The design of control system of manipulator bad on

PLC

Abstract

Along with social progress, industrial automation development

is particularly attention, produce a variety of machinery automation

equipment, and gradually replaced the traditional hand-made.

Automated asmbly line production, not only greatly improve the work

efficiency, but also to many unsafe manual process are replaced

by machinery and equipment, so that modern industry to become more

humane.

Robotic automation plays in contemporary popular an important

role, on the one hand it can continue to operate at high temperatures,

corrosive, toxic and other harsh environments, on the other hand its

complete capture, transfer, rotation, and other movements relea

time accuracy also higher. A robot is controlled by a preci system

control is completed, from the early development of the relay control

system to today's PLC control system, the development of robot

technology update is the control system and perfect.

The issue is the choice of Mitsubishi FX ries PLC, the

completion of the press-fit electric power tools and part of the

transfer operation crawl. Electrical equipment PLC, touch screen,

nsors, DC power supplies. By PLC programming, complete the

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appropriate actions to achieve the control function.

Key Words：manipulator;PLC;control;design

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1 可编程控制器PLC

1.1 PLC简介

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）由上世纪60年代提

出，首先是为了取代继电器控制装置。经过了半个世纪的发展，PLC的应用围也变得更

加的广泛。随着数字时代的到来，信息技术的飞速发展从而带动了各个行业的自动化进

程。PLC其强大的开关量控制以与逻辑控制，使得自身在现代化行业中的作用变得尤为

突出。

PLC是汽车行业发展所催生出来的。早期的汽车行业自动化进程中，控制主要来自

继电器控制。继电器控制一方面控制电路复杂，一旦产生故障，检修十分困难；另一方

面继电器控制效率较为低下，汽车行业作为自动化应用最为突出的表行业，继电器控制

系统逐渐满足不了更为复杂的逻辑控制要求。顺应了社会的发展，PLC的出现逐步迎来

了一个蓬勃的发展时期。

PLC拥有着强大的逻辑运算、定时、计数和计算等功能，其输入和输出都是采用数

字量的方式，从而控制电气设备进行动作。人们首先将逻辑控制程序写入到PLC中，PLC

以连续扫描的方式，给相应的输出端一定的电信号，电信号控制了外部电路的通断，从

而逐步完成所预想的动作指令。PLC在逐步扫描的过程中，计数器会记录相应的步数，

PLC完成一次扫描动作所需要的时间就是其扫描周期。

世界首台PLC于1969年产生于美国，现在美国和欧盟以生产大型PLC为主，日本、

德国等生产中小型PLC为主，我国在经历了漫长的摸索，也有一些自己的品牌出现，但

是其核心技术仍以掌握在PLC生产大国手中，我国的PLC自主之路仍充满着挑战。

随着工业自动化，PLC控制系统逐步应用于各行各业，其运算速度快、体积小等特

点愈发起到了不可替代的作用。在早期PLC功能的基础上，一些新的功能如网络通讯功

能得以添加，使PLC的功能更加完善。我国工业化相较于西方国家起步较晚，但是自改

革开放以来，工业化进程步伐十分迅速，工业自动化发展在短短几十年走完其他国家百

年走过的路程，基于PLC的控制系统成为了自动化领域的主流。

PLC可靠性高，控制系统稳定，同时在半世纪的发展和总结中，已经形成了完善的

功能，具有很强的适应性。PLC的编程语言相较于其他编程语言更加简单，从而使得系

统设计周期较短，维护也更加方便。PLC众多的功能模块，极大的丰富了PLC的控制领

域，能够满足在不同情况下的控制要求。

1.2 PLC部结构

PLC的的部结构如图2-1所示，组要由CPU、存储器、输入输出接口、电源等组成。

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图1-1 PLC部结构

1.2.1 中央处理器CPU

中央处理器是对数据进行处理的最重要部件，其作用就相当于人体的大脑，在PLC系统

中处于中枢地位。

[1]

CPU能够接收输入单元的信号，并对信号进行识别和处理，同时通过给输出单元施

加电信号，从而实现输入输出的协调配合。CPU能够对自身信息进行检测，识别错误信

息并警告提醒，党PLC在运行的时候，能够控制系统进行扫描，完成相应的计算和逻辑

运算，以循环扫描的方式控制输出。

CPU是逐步读取编写的程序，每一步都进行扫描，当前一步执行完成，则通过存储

区的相应信息，控制输出端信号的产生。在每一个固定的扫毛周期，CPU都重复进行着

一样的动作。

1.2.2存储器

PLC的存储器和电脑的存储器功能一样，都是用来存放相对应的数据。PLC存储器中存

储程序、逻辑变量等。

PLC存储器分为系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区。系统程序和用

户程序在在存储器中有独立的位置划分。

1.2.3 输入输出单元

输入和输出单元是连接外部短路的直接位置，其通过接收信号和发出信号从而控制外部

电路。与三极管的导通方式类似，PLC的输入输出有源形和漏形之分。

[2]

输入单元是PLC接收外部信号的通道，不同的PLC有不同的输入方式，源形和漏形

输入如图2-2所示。

7 / 29

图2-2 PLC漏形输入和源形输入接线

漏形输入时，PLC公共端接24V，电流由外部流入输入端子；源形输入时，PLC公共

端接0V，电流由端子流出。

输出单元是给外部电路信号的端口，通常有继电器输出和晶体管输出输出方式，晶

闸管输出方式一般不是很常用。继电器输出相较于晶体管输出，其输出端的承受电流更

大，但是其开关量的开关频率没有晶体管输出方式的高，因此在一些开关频率较高、控

制流程较快的场合，晶体管输出方式更加实用。但一般的情况下，继电器输出由于负载

能力更强，所以实用的围更广。

输出单元也有源形输出和漏形输出的区别，图2-3就是两种不同的输出方式。

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图2-3 PLC漏形输出和源形输出接线

漏形输出时候，电流由外部流入端子，公共端接24V;源形输出时候，电流流出端子，

公共端接0V。但是当输出为晶闸管输出时候，交流电源的正负对于输出端没有什么影响，

则可以自由选择。

1.2.4电源部分

PLC运行需要给其供电，其开关量的闭合、断开控制是由直流电源的高低电平来实

现的，所以PLC运行时候需要给其供应直流稳压电源。

PLC有直流供电和交流供电的，但是最终都是将其转化为直流的方式。PLC有自己

的部电源，其稳定性很好但是输出功率较小，直流电源一般采用直流24V电压，保证PLC

的正常运行。

1.3 PLC的选型

PLC型号众多，在进行相关设计和应用的时候，如何准确的选择尤为重要。在PLC

的选型时候，可从以下几个方面进行。

第一，确定输入输出点的个数。以三菱FX系列PLC为例，输入输出点有10点、14

点、20点、30点、32点、64点等等，在进行PLC选型时候，首先就是要确定控制系统

中输入点和输出点的个数，然后来以确定基本的选型方向。同时在选择的同时，应注意

输入输出都要预留总数10%左右数量的触点作为预备点。

第二，选取合适的电源类型。PLC有AC和DC两种型号。DC电源一般为24V，AC有

100-230V。在进行PLC选型时候，应该根据系统的电源实际情况，选取合适的电源类型

的PLC，使其适合设计的要求。

第三，明白输出信号类型。PLC的输出有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。

继电器输出的方式其输出频率较大，在实际的应用中很常见，一般的常见系统中，这种

说出方式能够适应输出信号的给定；晶闸管输出的方式相较与继电器输出，其使用于要

求信号变化频率很快的信号输出，但是其输出功率较小，承载电流较小。

[3]

9 / 29

总之，PLC的选型应该根据实际的情况，综合分析比对，选择最合适的PLC型号，

这样才能在控制系统的设计中少不必要的麻烦。

2 机械手概况

2.1 机械手的起源与发展

机械手顾名思义就是使机械设备拥有手一样的作用，灵活的完成各项动作，对不同

位置、不同环境下的物体有目的的进行操作。

机械手是工业中最早出现的自动化设备之一，因为在复杂的生产环境中，人工操作

已经无法直接进行，最早的机械手设备可追溯到上世纪四十年代，在工业革命过程中，

已经有模仿手关节动作的机械产生，但是早期的机械手自动化程度很低，部分动作需要

靠人力来完成。随着工业发展，机械手的形态和功能也发生了巨大的变化，特别是上世

纪八九十年代，机械手迎来了一个蓬勃发展时期。

早期的机械手主要完成抓取，移动等动作，但是由于工业过程变得更加复杂，所以

这些基本的动作已经无法满足人们的需求，于是机械手的功能得到了很大的扩展，如打

磨机械手、切割机械手、绕线机械手等特殊功能的机械手逐渐产生。

[4]

21世纪是信息化世纪，自动化成为了工业的主流，信息技术的发展使得机械手的工

作容变得更加复杂。如精密机械加工的过程中，机械手由早期扮演的“搬运者”角色，

逐步变为“加工者”角色，由于信息传输更加精确，机械手完成的加工动作也变得更加

精准。

近年来，新兴的机器视觉技术又让自动化领域迎来了一个新的发展变更，由传统的

传感器识别到如今的机器视觉识别，赋予了机械手更大的操作识别空间，以ABB公司生

产的机械手作为代表，世界围的机械手行业竞争也演变为数字控制行业的竞争。

2.2机械手的工作原理

机械手的工作其实就使机械按照人们预设的步骤进行运动，一般的机械手以气缸动

作作为机械手各步动作的基础，特殊功能的机械手也有用电缸、油缸、电机、伺服作为

其动作的动力。无论机械手动作的动力来自于哪一种，其都是通过外部设备力量的施加，

推动机械部分定向的移动，从而完成基本动作。

当然机械手拥有动力只能使其运动，要使得有规律的动作就需要传感设备对动作和

位置进行识别。如机械手完成下降动作时候，其下降的推进气缸只能给机械手向下的推

力，当到达指定的位置时候，气缸的电磁传感器就会得到信号，传感器的电信号会输入

到控制系统，控制系统经过识别、传导、变换，就会输出一个电信号给气缸电磁阀，电

磁阀得到电信号就会关断气流，气缸得不到气流就会停止动作，于是机械手的下降动作

就完成了。

[5]

3机械手控制系统

3.1 基于PLC的机械手控制系统的研究意义

机械设备自动化过程都是由机械部分和控制部分共同构成的，而本次的课题是基于

PLC的机械手控制系统，就是通过PLC程序的控制，来实现机械手预期希望达到的效果

[6]

。

PLC作为当今自动化领域的宠儿，其价格较低，功能强大，众多的模块能够满足不

同情况下的控制要求。而基于PLC的机械手控制系统的研究，首先能够加强机械自动化

的意识。作为信息时代，工业高度自动化必将成为社会发展的趋势，而机械手作为自动

化设备的代表，加强其研究，能够极大的丰富对行业的认知，设计和赋予机械手新的强

大功能，极大的降低人们的劳动量，不仅能够增加效率，同时也能对劳动者有较大的保

护。

其次，基于PLC的机械手控制系统的研究，能够对PLC这主流的控制系统有更加深

刻的认知。PLC控制系统较传统的继电器控制系统功能更加强大，成本也更加低廉，同

时实现的功能也更加复杂。进行机械手控制系统的研究，能够在接受他人设计思想的同

时，举一反三的应用，使设计的容更加丰富。

自动化就就是机械和控制系统的有效配合，而控制系统就是整个系统的指挥者。在

进行控制系统研究的过程中，能够在试验中总结经验，使系统得到进一步完善。

3.2 基于PLC机械手设计的优点

机械手出现较早，应用领域十分广泛，随着信息技术和数字技术的发展，PLC成为

了当代自动控制系统的主流。基于PLC的机械手控制系统设计，有许多自身具备的有点。

1、成本更低

PLC是高度集成的控制器。一般的应用较多的中小型PLC，IO口一般在20-512

点之间，众多的接触触电能够实现输入信号的接收和输出信号的给定，传统的信号反馈

通过开关控制，不仅系统复杂，而且电器元件众多，所占空间很大，系统成本很高。

基于PLC的机械手控制系统，能够通过PLC进行开关量的控制，与传统的开关控制

相比，不需要实际的开关器件作为载体，但能够实现一样甚至更将强大的功能，极大的

节约了控制系统的投入。

[7]

2、操作性较强

基于PLC的控制系统，在实现一样的控制动作的过程中，从硬件的选择和软件程序

的编写，都有很强的变化因素。PLC编程语言较为简单，学习容易，系统设计周期也相

应的变短。

机械手作为机械设备，如果希望其拥有人一样的动作，就需要设计者在其执行动作

之前，大脑中已经有一个完整的动作流程。机械手如何正确的完成动作，需要方方面的

考虑，从基本的电气元件选择，到电气元件的安装位置，再到最终的设备调试，都需要

实际的进行。基于PLC的机械手控制系统设计，能够多角度的进行控制系统的研究，有

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极强的操作性。

3、顺应社会的需求

工业的发展,通讯技术的进步，使得自动控制系统的变化更加明显。PLC是信息技术

与控制技术的结合，通过编程软件进行编程，实现对电路的控制，从而将信号给到制定

的机械系统，从而使机械设备自主的完成相应的动作。

信息技术的发展需要控制系统更加智能化，而基于PLC的控制系统，就能够满足智

能化的特点。系统设计后进行调试，不再仅仅只是硬件设施的调试，软件控制程序成为

了重点，通过数据通讯，可以实现原有的控制要求，这是信息化时代的必然趋势，也是

顺应了社会对于数字化通讯的要求。

[8]

3.3机械手实现的功能

机械手控制系统研究和设计早已经十分成熟，在不同的行业，机械手扮演的角色也各部

一样。搬运、打磨、焊接、剖光等功能性机械手较为常见。本课题是选用对电动器具生

产流水线中机械手的设计。

电动器具流水线中，自动化程度较高，设备实现的功能也较为复杂。电动器具在生

产的过程中，电动马达在绕线的过程中，有高温环境和油渍环境等，人工操作危险较高

并且效率较低。电动马达绕线后在其转轴两端需要压上质地较硬的纺脱落夹片，在流水

线中，一般绕线后马达的转移和冲压夹片是在两个工位上完成的，其不仅操作过程复杂、

效率低下，而且在有限的工厂环境下所占空间大，这是一种极大的浪费。

本次课题的设计，就是将电动器具生产线上马达的转移和冲压夹片在一个动作流程

中完成。高温和充满油污的马达转子在左传动装置上，当其运动到指定的位置，处于原

位的机械手得到信号，这时候水平位置气缸运动，推动机械手水精确的水平移动到左工

位产品的上方，通过上下伸缩气缸和夹紧气缸的动作，将产品夹起来，之后水平位置气

缸反向动作至初始位置。当放下的时候，夹紧气缸保持夹紧动作，处于马达转子上方的

气缸动作，推动冲压器件，将套在产品一端的夹片压紧，机械手就完成了本次动作，系

统回到原来的位置，重复进行下一次操作。

[9]

本次课题就是以自动化生产线设备为载体，具体的实施设备功能的整合，使多重动

作在一台设备中实现。转移动作和夹片冲在一个自动化过程中完成，能够节省劳动力，

4基于PLC机械手控制系统设计

4.1 IO点分配

4.1.1 电器元件的选择

本课题在设计的过程中，如果要实现机械手的正确动作，需要选择适当的电气元件，

在正确的电气元件相互配合下，完成系统动作。

机械手的动力系统主要是气缸，气缸在伸缩过程中，用传感器进行识别是否到达指

定的位置。气缸的活塞端有磁环，所以气缸上的传感器选用磁性开关传感器。传感器固

定在气缸外端，当气缸动作时候，活塞到达传感器固定的位置，磁环就会使得传感器得

到信号。本课题有四个气缸动作，每个气缸装有始端和终端两个磁性开光传感器，工选

用八个此传感器。

当在检测左工位有无产品时候，选用光电传感器。光电传感器有发射端和接收端，

在没有检测到产品时候，接收端一直能够接收到发射端的信号，当有产品时，信号中断，

从而给PLC一个脉冲。通俗来讲，光电传感器就是一个外部的常闭出点。

在冲压夹片时候，需要用接近传感器检测夹片的有无。接近传感器在产品接触到触

头一定距离时候能感受到信号，其相当一个常开触点。接近开关也有不同的感应距离，

接近传感器的不同轴径对应不同的感应距离，一般轴径8mm的接近开关，感应距离在

0.15-1.5mm，12mm的感应距离在0.3-3mm，18mm的感应距离在0.6-6mm，30mm的感应距

离在1-10mm。

由于机械手动作中有冲压过程，为了防止人员操作的过程中，手没有离开冲压台的

安全距离而使操作人员被压伤，所以增加了一个安全光幕。安全光幕也是光电传感器的

一种，一端发射信号，一端接收，其能够呈幕布状挡在冲压台前面。如果有外物在冲压

过程中进入光幕后的区域，就会产生一个脉冲信号，PLC就能识别。本次传感器选用NPN

型。

PLC选用三菱FX1S-30MR-OO1型。PLC选用主要是由输入输出点的数量来确定的。

由于本课题共有14个输入点和4个输出点，所以选用输入有16点，输出有14点的三

菱FX1S-30MR-OO1型PLC。其为R型（继电器）输出，电源为001型（AC电源）。

[10]

除了PLC和传感器，本课题还需要一个启动按钮，一个复位按钮，一个急停按钮和

一个白色的电源信号灯。

4.1.2 IO分配

确定了课题电气元器件的选择，合理的IO分配能够在编程的时候更具有条理性，

表4-1为PLC的IO分配表。

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FX1S-30MR-001

input 名称 备注 output 名称 备注

x0 启动按钮 y0 水平气缸电磁阀

x1 复位按钮 y1 伸缩气缸电磁阀

x2 急停按钮 接NC y2 夹取气缸电磁阀

x3 y3 压制气缸电磁阀 左工位产品有无检测传感器 光电传感器

x4 水平位置气缸始端传感器 磁性开关

x5 水平位置终端传感器 磁性开关

x6 伸缩气缸上传感器 磁性开关

x7 伸缩气缸下传感器 磁性开关

x10 夹取气缸始端传感器 磁性开关

x11 夹取气缸终端传感器 磁性开关

x12 压制气缸始端传感器 磁性开关

x13 压制气缸终端传感器 磁性开关

x14 夹片有无检测传感器 接近传感器

x15 光幕传感器 光电传感器

表4-1 PLC输入输出分配

一般情况下，输入端开关都置于端口的靠前位置，在进行输入和输出的端口分配时，

一定要有预留一定数量的触点，以便于在某些触点发生故障时候备用。在分配触点时候，

功能一样的触点位置尽量在一起，在工程项目中尽量使其更有条理性。

4．2 硬件接线图

4.2.1电气主接线

本课题总是控制系统的设计，对于基于PLC的控制系统来说，电气主接线是完成控

制的基础，图4-1是本课题的电气主接线图。

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图4-1 机械手控制体统主接线图

主电路图上，主线上先接一个10A的空气开关QF1，保证在电流过大的时候会自动

断开保护主电路路。之后接一个急停按钮，其接常闭触点，也就是在通常情况下急停按

钮保持电流通畅，在遇到紧急情况时候按下急停按钮，常闭触点断开导致主回路关段，

起到手动应急关断效果。图最左侧是并在主回路上的插座，保证在进行设备调试需要用

电时候的便利。插座旁是并在回路上的24V开关电源，其是为了给PLC、触摸屏以与传

感器提供直流电源。因为开关电源接在主回路上，所以在其L线上加一个6A的空气开

关。24V开关电源的输出端接一个白色的指示灯，在其有电流时候，直观的显示通电状

态。24V直流电源旁是触摸屏，通入24V直流电压。PLC为交流电源供电，加一个6A的

空气开关QF3，通讯线W接通触摸屏和PLC，实现通讯顺畅。

[12]

主电路图实现电气元件的基本连接，在设计的时候，应该充分考虑到实用性和安全

性，保证在发生故障的时候损失最小。

4.2.2 PLC输入接线

PLC的输入端是外部给PLC的信号，每一个输入端回路都是一个独立的系统，不同

的端口起到不同的效果。图4-2是PLC输入接线图。

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图4-2 机械手控制系统PLC输入端接线图

图中，有左边至右依次为输入端的3个公共端、输入X00-X07、输入X10-X17.三个

公共端接24V，X0O接启动按钮SB1，XO1接复位按钮，X03接急停按钮，X04接左侧产

品有无光电传感器，X04-X13为四个气缸的传感器，其公共端接在0V上，X14接夹片有

无检测传感器。

4.2.3 PLC输出接线

PLC的输出端是在其接收到输入信号以后，通过程序的控制，给外部信号的端口，

本课题总共有四个电磁阀为输出端，图4-3为PLC输出接线图。

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图4-3 机械手控制系统PLC输出端接线图

PLC的输出公共端接0V,输出端Y00接水平气缸电磁阀，Y02接伸缩气缸电磁阀，Y03

接夹取气缸电磁阀，以接冲压气缸电磁阀。电磁阀公共端接24V电压。

4．3 控制流程图

控制流程图是显示设计过程的图形，图4-4为本课题的控制流程图。

水平气缸推进2

水平气缸复位6

伸 伸 伸

缩 缩 缩 伸

气 气 气 缩

左工位

右工位（原定）

产品有无1

缸 缸 缸 气

推 复 推 缸

进 位 进 复

加紧4

3 5 7 位

10

放松9

冲压8

图4-4 机械手控制动作流程图

当系统启动时候，首先检测左侧产品有无；当有产品传送来时候，水平气缸推动机械

手向左工位移动；当到达左工位上方，伸缩气缸推动机械手向下；到达指定位置，机械

手夹紧气缸动作夹住产品；然后伸缩气缸回到原定位置；水平气缸向右运动使机械手回

到原来位置；之后机械手伸缩气缸推动机械手下降到右侧工位；夹紧气缸保持动作，投

放夹片，当接触传感器感应到夹片时候，冲压气缸向下冲压；当冲压完成时候机械手放

松；最后伸缩气缸回到原来位置，一次自动化流程完成，当左侧光电传感器再次检测到

产品时候，第二次动作再开始进行。

[]13

4．4 程序梯形图

本次设计，采用三菱PLC专门的编程软件GX Developer，编程采用步进梯形图的方

式，程序如下。

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图4-5 启动步进程序

当程序通电时候M8002给一个脉冲信号，状态寄存器S0置位，步进初始；急停按

钮在外电路持续导通，光幕信号持续有信号接收，当水平气缸、伸缩气缸、加紧气缸、

冲压气缸都处于初始位置时候，它们的初始位置传感器都得到信号的时候，按下启动按

钮，在其导通的一瞬间，步进进入S20状态。

图4-6 水平气缸动作步进程序

急停按钮和光幕传感器都保持原状态没有异常时候，伸缩、夹紧、压制气缸都处于

原始位置，左产品有无检测传感器在检测到有工件的时候，水平气缸导通，当水平气缸

推进到末端时候，定时2s后进入S21状态。

[14]

图4-7 伸缩气缸动作步进程序

急停按钮和光幕传感器都无异常时候，水平气缸定时完成，夹取气缸和冲压气缸还

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没动作时伸缩气缸辅助继电器M1得信号，程序进入S22状态。

图4-8 加紧气缸动作步进程序

当伸缩气缸到达底端，下部的的传感器X007给PLC信号，此时冲压气缸还保持原

有状态，加紧气缸辅助继电器得信号，步进进入S23状态。

图4-9 伸缩气缸复位步进程序

夹取气缸终端传感器得信号，冲压气缸还没有动作时候，伸缩气缸复位，步进进入

S24状态。

图4-10 水平气缸复位步进程序

当伸缩气缸回到原来位置时候，原始位置的传感器X006给PLC信号，水平推进气缸

复位，步进进入S25状态。

20 / 29

图4-11 伸缩气缸动作步进程序

水平气缸回到初始位置的时候，水平气缸初始位置传感器X004给PLC信号，伸缩气缸

动作，步进进入S26状态。

图4-12 冲压气缸动作步进程序

机械手将工件移动至右侧伸缩气缸伸到位，下方传感器的信号，手工将夹片放到原

工件上，光幕在人手缩回来时候有信号输出，夹片被接触传感器感受到，这时候冲压气

缸动作，当冲压气缸到位时候定时3s，保证夹片被压紧。定时时间到，步进进入S27

状态。

图4-13 冲压气缸复位步进程序

当冲压完成，则冲压气缸复位，当冲压气缸复位到达初始位置，初始位置的传感器

给PLC信号，加紧气缸复位，则机械手吧工件放在右侧的工位上，步进进入S28状态。

[15]

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图4-11 伸缩气缸复位步进程序

当夹紧气缸复位到初始位置，初始位置的传感器X010给PLC信号，则伸缩气缸复

位，当伸缩气缸复位到初始位置的时候，则一次全部的机械手动作完成，则程序回到初

始S0状态，步进结束。

图4-14 复位程序

当按下复位按钮时候，在通电瞬间，状态寄存器S20至S28批量复位，同时伸缩气

缸和冲压气缸直接复位。在复位按钮持续导通，伸缩气缸和冲压气缸复位到初始位置时

候，水平气缸复位；水平气缸复位到初始位置时候，伸缩气缸动作；当伸到最低端时候，

夹紧气缸开始复位；当夹紧气缸复位完成后，伸缩气缸再复位。这一些列先后的动作是

由于水品气缸复位必须在冲压气缸和伸缩气缸复位完成后才能进行，而夹紧气缸的复位

必须将夹住的工件放置于右工位后才能进行。

[16]

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图4-15 输出端程序

当复位按钮在断电的一瞬间，程序回到初始状态，辅助继电器直接控制电磁阀，实

现气缸动作的控制。

4．5人机界面设计

本课题采用信捷触摸屏，在自动画面分别显示四个气缸的动作，四个指示灯分别连

接对象Y0、Y1、Y2、Y3，选择取反操作，当运行时候，灯为绿色，当停止运行时候，灯

为红色。当点进行手动的时候，会由部寄存器辅助跳转至下一界面。

图4-16 触摸屏自动画面编程

自动界面离线模拟画面如下。

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图4-17 触摸屏自动画面在线发模拟

当跳转至手动画面，四个气缸进行分开动作，如点击“水平气缸始端”后面面按钮，

则其对应的是PLC寄存器M0，这时候MO强制置位OFF，则水平气缸动作至始端；一样

的点击“水平气缸终端”后面的按钮，其对应PLC寄存器M0,M0强置位ON，则水平气缸

动作。当点击进行自动按钮，则画面返回自动换面。

[17]

图4-18 触摸屏手动画面编程

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手动界面离线模拟画面如下

图4-19 触摸屏手动画面在线模拟

结束语

本次课题重在设计，理论的研究不是很多。对于基于PLC的机械手控制体统设计，

将理论和实际相结合，极大的扩展了自己的视野。同时，以实习阶段从事的行业作为背

景，贴近实际项目的研究对象，使得设计容更加实际。

毕业设计是对四年大学专业知识的总结，所以本课题是对自己学习生涯的一个最好

的阶段性总结。在设计期间，无论是资料的收集和整理，还是设计思路的确立，以与每

一图形的绘制，都需要自己认真思考，独立完成。其囊括了电路理论、PLC技术等专业

课程知识，运用了CAE、GX Developer、Touch Win软件的应用。许多东西都是从无到

有，从不懂到懂，从懂之甚少到融会贯通。

毕业设计也是对自身意志的一种锻炼。在此期间遇到许多的困难，但是每一次逼迫

自己去解决问题的过程，都是一次与自身消极意志搏斗的过程，而经过自己的努力找到

解决办法的时候，胜利的喜悦总能掩盖所有的困难经历。

我相信，本次课题的完成过程必将成为我一笔最丰硕的收获，无论是知识上还是精

神上，都将给以我无限的力量。

参考文献

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[2].电气控制与PLC[M].：西北工业大学 2009

[3]高尚军.PLC自动化控制优化探析[A].：通用（）北盛汽车 2013

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[5]马志溪.电气工程设计[M].：机械工业 2002

[6] 关明.周希伦.马立静.宋蔚 基于PLC的机械手控制系统设计 [J].：中国矿业大学 2012

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[15]王永华主编.现代电气控制与PLC应用技术[M].航空航天大学，2008.

[16]明河.可编程控制器原理与应用[M].：工业大学，2010

[17]奇. 可编程序控制器特点和基本原理[J].：科技资讯,2007

致

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本次课题从从最初的选题，之后到资料的整理，再到论文的初步定稿，以与每

次的答疑，我都得到了指导老师以与同组进行毕业设计同学的帮助和指导，在此期

间遇到困难在所难免，也正是老师的耐心指导，同学的相互鼓励给了我一次次挑战

自我，战胜自己的勇气。对于本次选择设计型课题，需要对于知识进行综合性的应

用，所以在理论知识的收集时候，需要很多的实际经验才能完成，而老师的经验传

授也是我完胜本次设计的重要原因之一。总而言之，没有老师的精心指导，没有同

学的互帮互助，我将面对巨大的困难。四年的大学生活即将画上句号，至此，我向