用三菱FX2N PLC实现机械手的顺序控制
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计
基于三菱PLC的机械手控制系统设计毕业设计机械手是一种广泛应用于工业生产的设备。
在传统工艺中，采用继电器控制时需要使用大量的继电器，接线复杂，容易出现故障，维修困难，费时费工，增加了成本，影响了设备的工效。
因此，采用可编程控制器（PLC）对机械手进行控制是一种更加可靠、方便的方法。
本文介绍了使用XXX生产的F1/F2系列PLC对机械手进行控制的设计方案。
该方案根据机械手的运动规律进行软件编程，实现了手动操作和自动操作。
采用梯形控制直观易懂，PLC控制使接线简化，安装方便，减少了维修量，提高了工效。
第一章 PLC的技术简述1.1 PLC的定义PLC是一种可编程控制器，是一种数字计算机，可用于控制各种工业过程，包括机械手的控制。
PLC通过数字输入和输出模块与外部设备进行通信，通过编程实现对设备的控制。
1.2 PLC的特点PLC具有可编程性、可靠性、灵活性、扩展性等特点。
它可以根据不同的应用需求进行编程，可以适应不同的工业环境，具有较高的可靠性和稳定性，可以方便地进行扩展和升级。
1.3 PLC的一般结构PLC一般由中央处理器、存储器、输入模块、输出模块、通信模块等组成。
其中，中央处理器是PLC的核心部件，负责执行程序和控制设备。
存储器用于存储程序和数据。
输入模块用于接收外部设备的信号，输出模块用于控制外部设备的动作，通信模块用于与其他设备进行通信。
1.4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理是通过输入模块接收外部设备的信号，经过中央处理器进行处理，然后通过输出模块控制外部设备的动作。
PLC的程序是由用户编写的，可以根据实际需求进行修改和升级。
PLC的输入和输出可以根据需要进行扩展，以适应不同的应用场合。
第二章机械手控制系统的控制要求2.1 工作对象的介绍机械手是一种用于自动化生产的设备，可以完成各种物料的搬运、装卸、组装等操作。
机械手的控制需要考虑到其运动规律和工作对象的特点。
2.2 工作原理机械手的工作原理是通过电机驱动各个关节进行运动，实现对工作对象的搬运、装卸、组装等操作。
三菱FX2N系列PLC机械手操作
三菱FX2N系列PLC机械手操作转运机械手设计说明手册系部：专业班级：学生姓名：前言机械手：也被称为自动手，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。
工业机械人是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。
转运机械手是工业机器人的一部分。
它的特点是可通过编程来完成各种预期的搬运任务。
在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。
可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。
本文应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。
使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。
机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。
如何用PLC来控制机械手
输出端口配置
输出设备
输出端口编号 接考核箱对应端口
下降电磁阀KT0
Y00
H01
上升电磁阀KT1
Y01
H02
右移电磁阀KT2
Y02
H03
左移电磁阀KT3
Y03
H04
夹紧电磁阀KT4
Y04
H05
操作要求
• 按工艺要求画出控制流程图；
– 写出梯形图程序或语句程序（考生自选其一） ；
– 用FX2系列PLC简易编程器或计算机软件进行 程序输入；
停止
N 循环3次
Y
Y X1
S20 S22
S26 S24
S21
S25
下降 夹紧 上升
右移 下降 放松 上升 左移
用“PLC仿真软件”调试时，需要输入指令： LD M8000 MOV C0 D0
注意： 用组态王调试时， 触点X4、X6、X7 不要输入电脑； 用PLC仿真软件调 试时，X4、X6、 X7三个触点 都要输入电脑参与 调试
输入端口配置
输入设备 启动按钮SB1 停止按钮SB2 下降到位ST0 夹紧到位ST1 上升到位ST2 右移到位ST3 放松到位ST4 左移到位ST5 光电检测开关SB7
输入端口编号 X10 X11 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X00
接考核箱对应端口 SB1 SB2
电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接 电脑和PLC自动连接
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BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH
三菱FX2N第六讲顺序控制方法
控制逻辑
01
顺序控制系统中的控制器按照预设的控制逻辑进行工作，根据
输入信号的变化，输出相应的控制信号给执行机构。
控制流程
02
顺序控制系统中的控制流程是由一系列的逻辑顺序组成的，按
照预设的流程进行自动控制。
控制信号
03
控制器输出的控制信号，通过输出设备传递给执行机构，实现
对被控对象的控制。
02
三菱FX2N系列PLC
护和调试。
三菱FX2N系列PLC的硬件组成
中央处理单元（CPU）
三菱FX2N系列PLC的中央处理单元 是整个控制系统的核心，负责执行用 户程序和控制外部设备。
输入输出模块
输入输出模块是连接外部设备和PLC 之间的桥梁，负责接收和发送信号。
通信模块
通信模块用于实现PLC与其他设备之 间的数据交换，如串行通信和以太网 通信等。
顺序控制系统的组成
控制器、输入设备、输出设备、被控 对象和执行机构。
顺序控制的定义
输入设备
接收外部信号，并将其 转换为控制器可以识别
的信号。
输出设备
将控制器的输出信号转 换为执行机构可以识别
的信号。
被控对象
需要被控制的设备或过 程。
执行机构
根据控制信号，对被控 对象进行操作或控制。
顺序控制在工业自动化中的应用
S指令编程实例
选择主程序，实现电机启动和 停止的控I指令编程实例
选择输入信号，实现外部开关 信号的读取和控制。
04
顺序控制程序设计
顺序控制程序设计的步骤
确定控制要求
明确控制系统的输入 和输出信号，以及系 统需要实现的功能。
选择合适的控制器
根据控制要求选择适 合的控制器，如PLC、 单片机等。
三菱PLC-----_SFC顺序功能图
可编程控制器
I/O口 X0 X1 X2 X3
华侨大学电气工程与自动化系
41页
启动按钮 停止按钮 低位传感器L 中位传感器M
X4
X10 Y1 Y2 Y3 Y4
高位传感器H
手动/自动选择，ON=自动 流入液体A,电磁阀YV1 流入液体B,电磁阀YV2 流入液体C,电磁阀YV3 搅拌机M
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
• 在顺序控制中，我 们把每一个工序叫 做一个状态，当一 道工序完成，做下 一道工序时，可以 表达为，从一个状 态转移到另一个状 态。 • 如有4个广告灯， 每个灯亮1秒，循 环进行，则状态转 移图如右图。
可编程控制器
特点：
华侨大学电气工程与自动化系
12页
• 当转移条件满足时， 则会从上一个状态 转移到下一个状态， 而上一个状态自动 复位。
42页
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
43页
可编程控制器
华侨大学电气工程与自动化系
44页
可编程控制器
实例:运输带控制 系统的
华侨大学电气工程与自动化系
45页
5.2使用起保停电路的编程方式
顺序控制梯形图的编程方式有: 使用STL指令的编程方式
a
步3
a
b
步3
a c
步3
b
步4
d
步6
e
步8
f
步4
d
步5
e
步6
f
步4
c
步5
g
步7
h
步9
i
步7
步8
g
步9
步5
d
步10
j
步10
(完整word版)PLC机械手臂课程设计原稿
气动机械手控制系统1 课程设计的任务与要求1。
1 课程设计的任务1。
熟悉三菱FX2N PLC的机构及使用。
2.掌握相关的PLC的编程操作并实现所要求的功能。
3。
具备PLC的硬件设计。
4.熟悉PLC仿真软件的操作和仿真。
通过本次论文，进一步加强自己对机械手和PLC的认识，以及它们在生活中广泛应用.1.2 课程设计的要求气动机械手动作示意图如下图所示，气动机械手的功能是将工件从A点搬运到B点,控制要求为:（1）气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态,必须驱动反向的线圈才能反向运动；（2)上升、下降的电磁阀线圈分别为MB2、MB1；右行、左行的电磁阀线圈为MB3、MB4；（3）机械手的夹钳由单线圈电磁阀MB5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；（4）机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时2s实现；(5）机械手下降、上升、右行、左行的限位由行程开关BG1、BG2、BG3、BG4来实现。
图1 气动机械手动作示意图2气动机械手控制系统设计方案制定本设计采用三菱系列PLC设计下图为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成.当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降,即使线圈再断电,仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止.另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。
设备装有上、下限位开关和左、右限位开关,它的工作过程如图所示，有八个动作，即为:原位下降夹紧上升右移左移上升放松下降图2 机械手的动作周期3气动机械手控制系统设计方案实施3.1气动机械手控制系统电路元器件选择为实现设计目的，本设计需用到两台三相电机，4个接触器，4个继电器.其中M1三相电机控制机械手臂的上下移动(KM1闭合M1电动机正转,机械手臂下降；KM2闭合M1电动机反转，机械手臂上升）；M2三相电机控制机械手臂的左右移动(KM3闭合M2电动机正转，机械手臂右移;KM4闭合M2电动机反转,机械手臂左移）。
第3章三菱FX2N系列可编程控制器的步进指令
3.2 步进指令及多流程步进顺序控制
3.2.2 单流程步进顺序控制
所谓单流程，是指状态转移只可能有一种顺序，没有 其它可能。
1．状态转移图的设计
（1）将整个工作过程按任务要求分解，其中 的每个工序均对应一个状态，并分配状态元件。
①准备（初始状态） ②启动电动机1 ③启动电动机2 ④启动电动机3 ⑤停止电动机3 ⑥停止电动机2 ⑦停止电动机1 S0 S20 S21 S22 S23 S24 S25
活且转移条件满足时才能被激活，同时一旦下一个状态被激
活，上一个状态自动关闭。因此，对于单流程状态转移图来 说，同一时间，只有一个状态是处于激活状态的。 （4）若为顺序连续转移（即按状态继电器元件编号顺序向 下），使用SET指令进行状态转移；若为顺序不连续转移， 不能使用SET指令，应改用OUT指令进行状态转移。
S0 S20 S21 S22 S23 S24 转移条件 转移条件 转移条件 转移条件 转移条件 转移条件 按下SB1 按下SB2 按下SB3 按下SB4 按下SB5 按下SB6
a）单一条件 b）多条件组合 图3-9 状态的转移条件
3.2.2 单流程步进顺序控制
图3-10 电动机顺序控制系统状态转移图
想一想 练一练
练习思考题：三台电动机的顺序控制（二）。 要求用一只启动按钮（SBl）和一只停止按钮 （SB3）实现三台电动机的顺序启停控制，每按 一次按钮能顺序启停一台电动机。PLC接线及电 气控制原理图参考图3-1 b），工序图如图3-14， 要求1）根据所示的状态转移图，设计梯形图； 2）将梯形图转换成指令表。
2．RET：步进返回指令
RET指令没有操作元件。RET指令的功能是：当步进顺控程序执行完 毕时，使子母线返回到原来主母线的位置，以便非状态程序的操作在 主母线上完成，防止出现逻辑错误。
FX2N系列PLC课件-步进电机实现机械手位置控制
（3）指令说明
• 带加减速功能的脉冲输出指令，按[S1·]指令的最高频率分10级加 速，达到[S2·]所指定的输出脉冲数后分10级减速。
• K1500：指定的最高输出频率（HZ），其值只能是10的倍数， 范围：10---20K（HZ），可以是T，C，D，数值或是位元件组 合
• D10：指定的输出脉冲数），范围：110--2147483647，脉冲数 小于110时，脉冲不能正常输出，可以是T，C，D，数值或是位 元件组合
• （7）电源模块：
• 输入交流电压：110V～220V/50HZ、60HZ； 输出直流电压：24V/6.5A； 最大功率： 156W。
• （8）旋转码盘：
• 机械手每旋转3°发出一个脉冲。
3、控制机械手PLC的I/O地址分配表）
步进电机控制机械手模型梯形图（续）
5、系统调试
• （1)接上实验台上控制板的各模块所需的直流电源（ DC24V），同时接上PLC主机电源及COM点[COM（±） 接电源的正极，COM（—）接电源的负极]。
• （2)定义实验板上的步进驱动器，上为1号下为2号。 将1号的步进驱动器输出的信号与机械手横轴的步进 电机线相连。将2号的步进驱动器输出的信号与机械 手竖轴的步进电机线相连。其它的线，根据线标接在 实验板或主机上的相应位置。注：Out（X0）表示传 感器的输出与主机输入X0端子相连，不要与主机输 出Y0端子相连。
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用三菱FX2N PLC实现机械手的顺序控制
一、训练内容
1、项目描述
如图10-7所示是一气动机械手动作示意图，其功能是将工件从A处移送到B处。
气动机械手的升降和左右移行分别使用了双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线圈失电时能保持在原位，必须驱动反方向的线圈才能反向运动。
上升、下降对应的电磁阀线圈分别是YV2、YV1，右行、左行对应的电磁阀线圈分别是YV3、YV4。
机械手的夹钳使用单线圈电磁阀YV5，线圈通电时夹紧工件，断电时松开工件。
通过设置限位开关SQ1 、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手的下降、上升、右行、左行进行限位，而夹钳不带限位开关，它是通过延时1.7s来表示夹紧、松开动作的完成的。
如图10-8所示为机械手的操作面板，机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。
手动工作方式时，用各按钮的点动实现相应的动作；回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；单步工作方式时，每按一次起动按钮，机械手向前执行一步；选择单周期工作方式时，每按一次起动按钮，机械手只运行一个周期就停下；连续工作方式时，机械手在原位，只要按下起动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行
到原位并停下；而在传送工件的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其它工件。
2、实训要求
2.1 分配输入/输出点
见表10-4。
表10-4 PLC输入/输出点分配表
2.2 PLC接线图
如图10-9所示。
2.3程序设计
2.3.1 基本指令编程
机械手系统的程序总体结构如图10-10所示，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。
其中自动程序包括单步、单周期和连续运行的程序，因它们的工作顺序相同，所以可
将它们合编在一起。
CJ（FNC00）是条件跳转应用指令（详情见项目十二），指针标号P□是其操作数。
该指令用于某种条件下跳过CJ指令和指针标号之间的程序，从指针标号处继续执行，以减少程序执行时间。
如果选择“手动”工作方式，即X0为ON，X1为OFF，则PLC执行完公用程序后，将跳过自动程序到P0处，由于X0动断触点断开，所以直接执行“手动程序”。
由于P1处的X1的动断触点闭合，所以又跳过回原位程序到P2处。
如果选择“回原位”工作方式，同样只执行公用程序和回原位程序。
如果选择“单步”或“连续”方式，则只执行公用程序和自动程序。
公用程序如图10-11所示，当Y4复位（即松紧电磁阀松开）、左限位X21和上限位X17接通时，辅助继电器M0变为ON，表示机械手在原位。
这时，如果开始执行用户程序（M8002为ON）、系统处于手动或回原位状态（X0或X1为ON），那么初始步对应的M10被置位，为进入单步、单周期、连续工作方式作好准备。
如果M0为OFF，M10被复位，系统不能进入单步、单周期、连续工作方式。
图中的指令ZRST（FNC40）是成批复位的应用指令，当X0为ON时，对M11~M18的辅助继电器复位，以防止系统从自动方式转换到手动方式，再返回自动方式时出现两种不同的活动步。
手动程序如图10-12所示，用X10~X15对应机械手的上下左右移行和夹钳松紧的按钮。
按下不同的按钮，机械手执行相应的动作。
在左、右移行的程序中串联上限位置开关的动合触点是为了避免机械手在较低位置移行时碰撞其它工件。
为保证系统安全运行，程序之间还进行了必要的联锁。
如图10-13所示为回原位程序，在系统处于回原位工作状态时，按下回原位按钮（X5为ON），M3变为ON，机械手松开和上升，当升到上限位（X17变为ON），机械手左行，直到移至左限位（X21变为ON）才停止，并且M3复位。
自动程序如图10-14所示，系统工作为单步方式时，X2为ON，其动断触点断开，辅助继电器一般情况下M2 为OFF 。
X3、X4都为OFF，“单周期”和“连续”工作方式被禁止。
假设系统处于初始状态，M10为ON,当按下起动按钮X6时，M2变为ON,使M11为ON，Y0线圈得电，机械手下降。
放开起动按钮后，M2立即变为OFF。
当机械手下降到下限位时，与Y0线圈串联的X16动断触点断开，Y0线圈失电，机械手停止下降。
此时，M11、X16均为ON，其动合触点接通，再按下起动按钮X6时，M2又变为ON，M12得电并自保持，机械手进入夹紧状态，同时M11也变为OFF。
在完成某一步的动作后，必须按一次起动按钮，系统才能进入下一步。
如果选择的是单周期工作方式，此时X3为ON，X2的动断触点接通，M2为ON，允许转换。
在初始步时按下起动按钮X6，在M11电路中，因M10、X6、M2的动合触点和M12的动断触点都接通，所以M11变为ON，Y0也变为ON，机械手下降。
当机械手碰到下限位开关X16时停止下降，M12变为ON，Y4也变为ON，机械手进入夹紧状态，经过1.7s后，机械手夹紧工件开始上升。
这样，系统就会按工序一步一步向前运行。
当机械手在M18步返回原位时，X4为OFF，其动合触点断开，此时不是连续工作方式，因此机械手不会连续运行。
系统处于连续方式时，X4为ON ，它的动合触点闭合，在初始步时按下起动按钮X6，M1得电自保持，选择连续工作方式，其它工作过程与单周期方式相同。
按下停止按钮X7后，M1变为OFF，但系统不会立即停下，在完成当前的工作周期后，机械手最终停在原位。
2.3.2 基本指令配合步进指令的编程方法
运用步进指令编写机械手顺序控制的程序比用基本指令更容易、更直观。
在机械手的控制系统中，手动和回原位工作方式用基本指令很容易实现，这里不重复。
只介绍图10-15所示的顺序功能图，该图实现了机械手的自动连续运行。
图中特殊辅助继电器M8002仅在运行开始时接通。
S0为初始状态，对应回原位的程序。
在选定连续工作方式后，X4为ON，按下回原位按钮X5，能保证机械手的初始状态在原位。
当机械手在原位时，夹钳松开Y4为OFF，上限位X17、左限位X21都为ON，这时按下起动按钮X6，状态由S0转换到S20，Y0线圈得电，机械手下降。
当机械手碰到下限位开关X16时，X16变为ON，状态由S20转换为S21，Y0线圈失电，机械手停止下降，Y4被置位，夹钳开始夹持，定时器T0启动，经过1.7s后，定时器的触头接通，状态由S21转换为S22，机械手上升。
系统如此一步一步按顺序运行。
当机械手返回到原位时X21变为ON，状态由S27转换为S0，机械手自动进入新的一次运行过程。
因此机械手能自动连续运行。
从图10-15所示的顺序功能图中可以看出，每一状态继电器都对应机械手的一个工序，只要弄清工序之间的转换条件及转移方向就很容易、很直观的画出顺序功能图。
其对应的步进指令梯形图也很容易画出。
2.3.3 基本指令、初始状态指令和步进指令配合的编程方法
初始状态指令顺序控制的程序如图10-16所示。
图（a）为初始化程序，它保证了机械手必须在原位才能进入自动工作方式。
图（b）为手动方式程序，机械手的夹紧、放松及上下左右移行由相应的按钮完成。
在图（c）回原位方式程序中，只需按下回原位按钮即可。
图中除初始状态继电器外，其它状态继电器应使用回零状态继电器S10~ S19。
图（d）为自动方式程序，M8041和M8044都是在初始化程序中设定的，在程序运行中不再改变。
下面是图10-16对应的语句表程序。