plc触摸屏毕业设计方案.doc

绪 论

机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand。
能模拟人手和臂一些功效，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具它能够替换人繁重劳动以实现生产机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手关键由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而由多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，被称为机械手自由度。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计关键参数。自由度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。通常专用机械手由2-3个自由度。
机械手种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常见作机床或其它机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传输工件，在加工中心中更换刀具等，通常没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。机械手在铸造工业中应用能深入发展铸造设备生产能力，改善热、累等劳动条件。

第1章 机械手概况

1.1 机械手应用简况
在现代工业中，生产过程机械化、自动化已成为突出专题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续。专用机床是大批量生产自动化有效措施，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效处理多品种小批量生产自动化关键措施。但除切削加工本身外，还有大量装卸、搬运、装配等作业，有待于深入实现机械化。据资料介绍，美国生产全部工业零件中，有75％是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工时间仅占零件生产时间5％。从这里可看出，装卸、搬运等工序机械化迫切性，工业机械手就是为实现这些工序自动化而产生。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适适用于可变换生产品种中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。
1.1.1 机械手应用
中国外机械工业、铁路部门中机械手关键应用于以下几方面：
1. 热加工方面应用
热加工是高温、危险粗笨体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提升工作效率，和确保工人人身安全，尤其对于大件、少许、低速和人力所不能胜任作业就更需要采取机械手操作。
2. 冷加工方面应用
冷加工方面机械手关键用于柴油机配件和轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接关键于段。
3. 拆修装方面
拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多部门之一，促进了机械手发展。现在中国铁路工厂、机务段等部门，已采取机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提升了拆修装效率。多年还研制了一个客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提升喷漆质量和效率。
近些年，伴随计算机技术、电子技术和传感技术等在机械手中越来越多应用，工业机械手已经成为工业生产中提升劳动生产率关键原因。
1.1.2 机械手应用意义
在机械工业中，机械手应用意义能够概括以下：
1. 能够提升生产过程自动化程度
应用机械手，有利于提升材料传送、工件装卸、刀具更换和机器装配等自动化程度，从而能够提升劳动生产率，降低生产成本，加紧实现工业生产机械化和自动化步伐。
2. 能够改善劳动条件
避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染和工作空间狭窄等场所中，用人手直接操作是有危险或根本不可能。而应用机械手即可部分或全部替换人安全地完成作业，大大地改善了工人劳动条件。在部分动作简单但又反复作业操作中，以机械手替换人手进行工作，能够避免因为操作疲惫或疏忽而造成人身事故。
3. 能够降低人力，便于有节奏地生产
应用机械手替换人手进行工作，这是直接降低人力一个侧面，同时因为应用机械手能够连续地工作，这是降低人力另一个侧面。所以，在自动化机床和综合加工自动生产线上，现在几乎全部设有机械手，以降低人力和更正确地控制生产节拍，便于有节奏地进行生产。
1.1.3 机械手发展概况
专用机械手经过几十年发展，现在已进入以通用机械手为标志时代。因为通用机械手应用和发展，进而促进了智能机器人研制。智能机器人包含知识内容，不仅包含通常机械、液压、气动等基础知识，而且还应用部分电子技术、电视技术、通讯技术、计算技术、无线电控制、仿生学和假肢工艺等，所以它是一项综合性较强新技术。
现在中国外对发展这一新技术全部很重视，几十年来，这项技术研究和发展一直比较活跃，设计在不停地修改，品种在不停地增加，应用领域也在不停地扩大。90年代机械手在特殊用途上有较大发展，除了在工业上广泛应用外，农、林、矿业、航天、海洋、文娱、体育、医疗、服务业、军事领域上有较大应用。90年代以后，伴随计算机技术、微电子技术、网络技术等快速发展，机械手技术也得到飞速多元化发展。
总而言之，现在机械手关键经历分为三代：
第一代机械手关键是靠人工进行控制，控制方法为开环式，改善方向关键是将低成本和提升精度；第二代机械手设有电子计算机控制系统，含有视觉、触觉能力，甚至听、想能力。研究安装多种传感器，把接收到信息反馈，使机械手含有感觉机能；第三代机械手能独立完成工作过程中任务。它和电子计算机和电视设备保持联络，并逐步发展成为柔性系统FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造单元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中关键一环。
1.1.4 机械手发展趋势
现在中国工业机械于关键用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面全部不能满足工业生产发展需要。所以，中国关键是逐步扩大机械手应用范围，关键发展铸锻、热处理方面机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手同时，对应地发展通用机械手，有条件还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。
将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，和适于不一样类型夹紧机构，设计成经典通用机构，方便依据不一样作业要求，选择不用经典部件，即可组成多种不一样用途机械手。既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用范围。同时要提升精度，降低冲击，定位正确，以愈加好地发挥机械手作用。另外还应大力研究伺服型、记忆再现型，和含有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中一个基础单元。
在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。现在关键用于机床、模锻压力机上下料，和点焊、喷漆等作业中，它可根据事先制订作业程序完成要求操作，不过还不含有任何传感反馈能力，不能应付外界改变。如发生一些偏离时，就将引发零部件甚至机械手本身损坏。为此，国外机械手发展趋势是大力研制含有一些智能机械手，使其拥有一定传感能力，能反馈外界条件改变，做出对应变更。如位置发生稍些偏差时，即能更正，并自行检测，关键是研究视觉功效和触觉功效。
视觉功效即在机械手上安装有电视摄影机和光学测距仪（即距离传感器）和卫星计算机。工作时，电视摄影机将物体形象变成视频信号，然后传送给计算机，方便分析物体种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进行工作。
触觉功效即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻求工件，经过装在手指内压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住工件。手抓力大小可经过装在手指内侧压力敏感元件来控制，达成自动调整握力大小。
总而言之，伴随传感技术发展，机械手装配作业能力将深入提升。到1995年，全世界约有50%汽车由机械手装配。现今机械手发展更关键是将机械手和柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变现在机械制造系统人工操作状态。
1.1.5 PLC概况及在机械手中应用
1. 可编程序控制器应用和发展概况
可编程序控制器（programmable controller），现在通常简称为PLC（programmable logic controller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通 信网络技发展起来一个通用工业自动控制装置。以其显著优点在冶金、化工、交通、电力等领域取得了广泛应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。传统继电器控制含有结构简单、易于掌握、价格廉价等优点，在工业生产中应用甚广。不过控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功效少，尤其是因为它靠硬件连线组成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有接线刻控制盘（柜）就必需随之改变或更换，通用性和灵活性较差。
2. PLC应用概况
PLC应用领域很广，并在快速扩大，对于现在PLC几乎能够说通常需要控制系统存在地方就需要PLC，尤其近几年来PLC性价比不停提升已被广泛应用在冶金、机械、石油、化工、轻功、电力等各行业。按PLC控制类型，其应用大致可分为以下多个方面：
（1）用于逻辑控制
这是PLC最基础，也是最广泛应用方面。用PLC替换继电器控制和次序控制器控制。比如机床电气控制、包装机械控制、自动电梯控制等。
（2）用于模拟量控制
PLC经过模拟量I/O模块，可实现模拟量和数字量之间转换，并对模拟量控制。
（3）用于机械加工中数字控制
现代PLC含有很强数据处理功效，它能够和机械加工中数字控制（NC）及计算机控制（CNC）紧密结合，实现数字控制。
（4）用于多层分布式控制系统
高功效PLC含有较强通信联通能力，可实现PLC和PLC之间、PLC和远程I/O之间、PLC和上位机之间通信。从而形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络。
3. PLC特点
（1）可靠性高、抗干扰能力强
PLC能在恶劣环境如电磁干扰、电源电压波动、机械振动、温度改变等中可靠地工作，PLC平均无故障间隔时间高，日本三菱企业F1系列PLC平均无故障时间间隔长达30万h，这是通常微机所不能比拟。
（2）控制系统组成简单、通用性强
因为PLC是采取软件编程来实现控制功效，对同一控制对象，当控制要求改变需改变控制系统功效时，无须改变PLC硬件设备，只需对应改变软件程序。
（3）编程简单、使用、维护方便
（4）组合方便、功效强、应用范围广
PLC既可用于开关量控制又可用于模拟量控制；既可用单片机控制，又可用于组成多级控制系统；既可控制简单系统，又可控制复杂系统。所以，PLC应用范围很广。
（5）体积小、重量轻、功耗低
PLC采取了半导体集成电路，外形尺寸很小，重量轻，同时功耗也很低，空载功耗约1.2KW。
4. PLC在机械手中应用
机械手通常应用于动作复杂场所来替换人反复操作，从而节省人劳动，一般继电器因为其体积和接口等各方面限制，常常被应用于动作简单电气及流水线控制，而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强;控制系统组成简单、通用性强;编程简单、使用、维护方便;组合方便、功效强、应用范围广; 体积小、重量轻、功耗低等有点被广泛应用于类似机械手控制动作复杂场所，本设计正是以PLC控制为基础从而实现机械手多种动。
第2章 机械手总体设计方案

2.1 机械手结构
机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方法。工作方法选择能够很方便地再操作面板上表示出来。当旋钮打向原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成个工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步全部要按下该工步按钮才能实现。
2.1.1 实施机构
包含手部、手腕、手臂和立柱等部件，有还增设行走机构。
1. 手部
即和物体接触部件。因为和物体接触形式不一样，可分为加持式和吸附式，在本课题中我们采取加持式结构。加持式手部由手指（或手爪）和传动机构所组成。手指是和物体直接接触构件，常见手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造轻易，故应用广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径改变不影响其轴心位置，所以适宜夹持直径改变范围大工件。手指结构取决于被抓取物体表面形状、被抓部位（是外廓或是内孔）和物件重量及尺寸。常见指形有平面、V形面和曲面；手指有外夹式和内撑式；指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则经过手指产生夹紧力来完成夹放物体任务。传力机构型较多时常见有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。
2. 手腕
手部是连接手部和手臂部件，并可用来调整被抓取物体方位（即姿势）。
3. 手臂
手臂是支撑被抓物体、手部、手腕关键部位。手臂作用是带动手指去抓取物体，并按预定要求将其搬运到指定位置。工业机械手手臂通常由驱动手臂运动部件（如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、和凸轮机构等）和驱动源（如液压、气压或电机等）相配合，以实现手臂多种运动。
4. 立柱
立柱是支撑手臂部件，立柱也能够是手臂一部分，手臂回转运动和升降（或俯仰）运动均和立柱有亲密联络。机械手立柱因工作需要，有时也能够横向移动，即称为可移式立柱。
5. 行走机构
当工业机械手需要完成较远距离操作，或扩大使用范围时，可在机座上滚轮式行走机构可分装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手整机运动。滚轮式被分为有轨和无轨两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。
6. 机座
机座是机械手基础部分，机械手实施机构各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接作用。
2.1.2 驱动机构
驱动机构是由驱动工业机械手实施机构运动动力装置、调整装置和辅助装置组成。常见驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。
2.1.3 控制系统
控制系统是支配着工业机械手按要求要求运动系统。现在工业机械手控制系统通常由程序控制系统和电气定位（或机械挡块定位）系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按要求程序运动，并记忆大家给机械手指令信息（如运动次序、运动轨迹、运动速度立即间），同时按其控制系统信息对实施机构发出指令，必需时对机械手动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
2.1.4 位置检测装置
控制机械手实施机构运动装置，并随时将实施机构实际位置反馈给控制系统，并和设定位置进行比较，然后经过控制系统进行调整，从而使实施机构以一定精度达成设定位置。
2.2 机械手分类
工业机械手种类很多，相关分类问题，现在在中国尚无统一分类标准，在此临时按使用范围、驱动方法和控制系统等进行分类。
2.2.1 按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种：
1. 专用机械手
它是隶属于主机、含有固定程序而无独立控制系统机械装置。专用机械手含有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适适用于大批量自动化生产自动换刀机械手，如自动机床、自动线上、下料机械手。
2. 通用机械手
它是一个含有独立控制系统、程序可变、动作灵活多样机械手。各性能范围内，其动作程序是可变，经过调整可在不一样场所使用，驱动系统和控制系统是独立。通用机械手工作范围大、定位精度高、通用性强，适适用于不停变换生产品种中小批量自动化生产。通用机械手按其控制订位方法不一样可分为简易型和伺服型两种：简易型以“开-关”式控制订位，只能是点位控制;伺服型含有伺服系统定位控制系统，通常伺服型利用机械手属于数控类型。
2.2.2 按驱动方法分
1. 液压传动机械手
液压传动机械手是以液压压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是：抓重可达几百千克以上、传动平稳、机构紧凑、动作灵活。但对密封装置要求严格，不然油泄露对机械手工作性能有很大影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采取电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手通用性扩大，不过电液伺服阀制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
2. 气压传动机械手
气压传动机械手是以压缩空气压力来驱动实施机构运动机械手。其关键特点是：介质源极为方便，输出力小，气动动作快速，结构简单，成本低。不过，因为空气含有可压缩特征，工作速度稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重通常在30千克以下，在一样抓重条件下它比液压机械手结构大，所以适适用于高温、高速、轻载和粉尘大环境中进行工作。
3. 机械传动机械手
机械传动机械手是由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动机械手。它是一个隶属于工作主机专用机械手，其动力是由工作机械传输。它关键特点是运动正确可靠，用于工作上、下料，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。
4. 电力传动机械手
电力传动机械手是有特殊结构感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动实施机构运动机械手，因为不需要中间转换机构，故机构结构简单。其中直线电机机械手运动速度快和行程长，维护和使用方便。这类机械手现在还不多，但有发展前途。
2.2.3 按控制方法分
1. 点位控制
它运动为空间点到点之间移动，只能控制运动过程中多个点位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制点数多，则肯定增加电气控制系统复杂性。现在使用专用和通用工业机械手均属于这类。
2. 连续轨迹控制
它运动轨迹为空间任意连续曲线，其特点是设定点为无限，整个移动过程处于控制之下，能够实现平稳和正确运动，而且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手通常采取小型计算机进行控制。
2.3 气动机械手控制要求

图2.1 气动机械手动作
气动机械手动作示意图图2.1所表示，气动机械手功效是将工件从A处移动到B处。控制要求为：
① 气动机械手升降和左右移动分别有不一样双线圈电磁阀来实现，电磁阀线圈失电时能保持原来状态，必需驱动反向线圈才能反向运动；
② 上升、下降电磁阀线圈分别为YV2、YV1；右行、左行电磁阀线圈为YV3、YV4；
③ 机械手夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电时夹紧工件，线圈断电时松开工件；
④ 机械手夹钳松开、夹紧经过延时1S实现；
⑤ 机械手下降、上升、右行、左行限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现；

2.4. 机械手操作功效

图2.2 机械手操作面板

图2.3 机械手显示面板

机械手操作面板图2.2所表示。机械手能实现手动、回原位、单周期和连续等四种工作方法。
① 手动工作方法时，用个按钮电动实现对应动作；
② 回原位工作方法时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；
③ 单周期工作方法时，每按下一次开启按钮，机械手只运行一个周期；
④ 连续工作方法时，机械手在原位，只要按下开启按钮，机械手就会连续循环工作，直到按下停止按钮；
⑤ 传送工件时，机械手必需升到最高点才能左右移动，以预防机械手在较低位置运行时碰到其它工件；
⑥ 出现紧急情况，按下紧急停车按钮时，机械手停止全部操作。

第3章 气动机械手系统设计

3.1输入和输出点分配表
表3.1输入点分配表
名 称
代 号
输 入
名 称
代 号
输 入
开启
SB1
M20.0
夹紧
SB7
M20.4
停止
SB2
M20.1
单步右移
SB5
M21.0
下限行程
SQ1
M21.5
放松
SB8
M20.5
上限行程
SQ2
M21.6
单步上升
SB4
M20.6
右限行程
SQ3
M21.7
单步下降
SB3
M20.7
左限行程
SQ4
M22.0
单步左移
SB6
M21.1
急停
SQ5
M21.2
回原位
SQ6
M21.4
手动
SQ7
M25.0
自动
SQ8
M25.1
单周期
SQ9
M21.3

表3.2 输出点分配表
名 称
代 号
输 出
名 称
代 号
输 出
电磁阀下降
YV1
Q0.0
电磁阀右行
YV3
Q0.2
电磁阀夹紧
YV5
Q0.4
电磁阀左行
YV4
Q0.3
电磁阀上升
YV2
Q0.1
原点指示
H L
Q0.5
3.2 原理接线图

图3.1 原理接线图

第4章 触摸屏制作

4.1 制作过程

图4.1 方案设定

图4.2 下载

图4.3 设备属性

图4.4 设备属性

图4.5 通讯口设置

图4.6 窗口设置

图4.7 位状态设置元件属性

图4.8 位状态切换开关元件

图4.9 机械手操作面板

图4.10 机械手显示面板
第5章 系统调试

5.1 设计注意事项
设计时关键应注意以下几方面：
1. PLC输出电路中没有保护，所以在外部电路中应设置串联熔断器等保护装置，以预防负载短路造成PLC损坏，熔断器容量通常为0.5A。
2. PLC存在I/O响应延迟问题，所以在快速响应设备中应加以注意。
3. 编制控制程序时，最好用模块结构程序。这么既可增强程序可读性，方便调试和维持工作；又能使数据库结构统一，方便组态时变量标签统一编制和设备状态统一显示。
4. 硬件资源。要合理配置硬件资源，以提升系统可靠性。如PLC电源配电系统要配置冗余USB不间断电源，以排除停电对全线运行不利影响。又如对电机控制回路要进行继电器隔离，以消除外部负载对I/O模板可能损坏。另外，系统设备要采取独立接地系统，以降低杂波干扰。
5.2 使用关键点
1. 抗干扰方法。来自电源线杂波，能造成系统电压畸形，造成系统内电气设备过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，在电源入口处最好应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中，电源滤波器地线要以最短线路接到中央保护地。对于直流电源，则可加装微分电容加以干扰抑制。
2. 保护接地。可采取用大于10mm保护导线接好配电板保护地；相邻控制柜也应良好接触并和地可靠连接。同时要做好防雷保护接地，通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地，或模拟信号电缆采取两层屏蔽，外层屏蔽两端接地等方法。另外，为预防感应雷进入系统，可采取浪涌吸收器。
3. 做好信号屏蔽。信号屏蔽很关键，通常可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时，信号间一定要做好屏蔽，而且电缆屏蔽层一端（通常在控制柜端）要可靠接地。
4. 当现场没有或无法设置硬点时，可在操作界面上采取软按键方法处理走向选择或控制方法选择等问题。另外，和变频器、智能仪表等连接，最好还是采取信号线直接相连方法。
5. 应合理配置PLC使用环境，提升系统抗干扰能力。具体采取方法有：远离高压柜、高频设备、动力屏和高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽可能不和其它屏（盘）或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。另外，PLC虽适合于工业现场，但使用中也应尽可能避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要再有腐蚀性气体、灰尘过多、发烧体周围应用；避免导电性杂物进入控制器。
已广泛应用于各控制领域，尤其是在工业生产过程控制中。它含有其它控制器无可比拟优点，可靠性高、抗干扰能力强，在恶劣生产环境里，仍然能够十分正常地工作。作为PLC本身，它故障发生率很低，但对以PLC为关键控制系统而言，组成系统其它外部元器件（如传感器和实施器）、外部输入信号和软件本身，全部很可能发生故障，从而使整个系统发生故障，有时还会烧坏　　PLC，使整个系统瘫痪，造成极大经济损失，甚至危及人生命安全。所以技术人员必需熟悉PLC技术，并能够熟练地诊疗和排除PLC在运行中故障。PLC控制系统故障诊疗技术基础原理是利用PLC逻辑或运算功效，把连续取得被控过程多种状态不停地和所存放理想（或正确）状态进行比较，发觉它们之间差异，并检验差异是否在所许可范围内（包含时间范围和数值范围）。若差异超出了该范围，则按事先设定方法对该差异进行译码。最终以简单、或较完善方法给出故障信息报警。故障诊疗功效包含故障检测和判定及故障信息输出。常见到PLC控制系统中，其故障情况是多个多样。
PLC控制系统关键由输入部分、CPU、采样部分、输出控制和通讯部分组成 ，输出部分包含控制面板和输入模板；采样部分包含采样控制面模板、AD转换模板和传感器；CPU作为系统关键，完成接收数据，处理数据，输出控制信号；输出部分有系统用到DA模板，将输出信号转换为模拟量信号，经过功放驱动实施器；大多数系统直接将输出信号给输出模板，有输出模板驱动实施器工作；通讯部分由通讯模板和上位机组成。
因为PLC本身故障可能性极小，系统故障关键来自外围元部件，所以它故障可分为以下多个：输入故障，即操作人员操作失误；传感器故障；实施器故障；PLC软件故障。
这些故障，全部能够用适宜故障诊疗方法进行分析和用软件进行实时监测，对故障进行预报和处理。故障自诊疗是系统可维持性设计关键方面，是提升系统可靠性必需考虑关键问题。自诊疗关键采取软件方法判定故障部分和原因，不一样控制系统自诊疗内容不一样，PLC有很强自诊疗能力，当PLC出现本身故障或外围设备故障，全部可用PLC上含有诊疗指示功效发光二极管亮、灭来查找。
5.3 程序调试
PLC程序调试实际为模拟调试过程，在此之前首先对PLC外部接线作仔细检验，这一个步骤很关键。外部接线一定要正确无误。也能够用事先编好试验程序对外部接线做扫描通电检验来查找接线故障。不过，为了安全考虑，最好将主电路断开。当确定接线无误后再连接主电路，将模拟调试好程序送入用户存放器进行调试，直到各部分功效全部正常，并能协调一致地完成整体控制功效为止。
5.3.1 程序模拟调试
将设计好程序写入PLC后，首先逐条仔细检验，并更正写入时出现错误。用户程序通常先在试验室模拟调试，实际输入信号能够用钮子开关和按钮来模拟，各输出量通／断状态用PLC上相关发光二极管来显示，通常不用接PLC实际负载（如接触器、电磁阀等）。能够依据功效表图，在合适时候用开关或按钮来模拟实际反馈信号，如限位开关触点接通和断开。对于次序控制程序，调试程序关键任务是检验程序运行是否符合功效表图要求，即在某一转换条件实现时，是否发生各步活动状态正确改变，即该转换全部前级步是否变为不活动步，全部后续步是否变为活动步，和各步杯驱动负载是否发生对应改变。
在调试时应充足考虑多种可能情况，对系统多种不一样工作方法、有选择序列功效表图中每一条支路、多种可能进展路线，全部应逐一检验，不能遗漏。

5.3.2 机械手运动过程及其分析
1. 机械手运动过程
机械手传送工件系统示意图，图2.1所表示。它是一个水平、垂直运动机械设备，用来将工件由左工作台（A点）搬运到工作台（B点）。
机械手全部动作由气缸驱动，气缸由对应电磁阀来控制，电磁阀由PLC控制。其中，上升∕下降和左∕右移分别由双线圈两位电磁阀控制。比如，当下降电磁阀通电时，机械手下降；当下降电磁阀断电时，机械手停止下降。只有当上升电磁阀通电时，机械手上升；当上升电磁阀断电时，机械手停止上升。一样左移∕右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制。机械手放松∕夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制。当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松。
机械手运动过程图所表示。
（1）从原点开始，按下开启按钮，下降电磁阀通电，机械手下降；下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，停止下降。
（2）同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。
（3）夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升；上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。
（4）同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，停止右移。
（5）下降电磁阀通电，机械手下降；下降到位时，碰到下限位开关，下降电磁阀断电，停止下降。
（6）同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。
（7）放松后，上升电磁阀通电，机械手上升；上升到位时，碰到上限位开关，上升电磁阀断电，停止上升。
（8）同时接通左移电磁阀，机械手左移。左移到位时，碰到左限位开关，左移电磁阀断电，停止左移。
至此，机械手经过8步完成了一个周期动作。即为：
原位→下降→夹紧→上升→右移
↑ ↓
左移 ←上升 ←放松 ←下降
2. 工作过程分析
当机械手处于原位时，上限位开关I0.2、左限位开关I0.4均处于接通（“1”状态），移位寄存器数据输入端接通，使M10.0置“1”，Q0.3线圈接通，原位指示灯亮。
按下开启按钮，SB1置“1”，产生移位信号，M10.0“1”态移至M10.1,下降阀输出继电器I1.0接通，实施下降动作，因为上升限位开关SQ.2断开，M10.0置“0”，原位指示灯灭。
当下降到位时，下限位开关SQ1接通，产生移位信号，M10.0“0”态移位到M10.1,下降阀Q0.0断开，机械手停止下降，M10.0“1”态移到M10.2，M20.0线圈接通，M20.0动合触点闭合，加紧电磁阀Q0.4接通，实施加紧动作，同时开启定时器T37,延时1秒。
机械手加紧工作后，T0触点接通，产生移位信号，使M10.3置“1”，“0”态移位至M10.2,上升电磁阀Q0.1接通，I0.1断开，实施上升运动。因为使用S指令，M20.0线圈含有自保持功效，Q0.0保持接通，机械手继续夹紧工件。
当上升到位时，上限位开关I0.2接通，产生移位信号，“0”态移位至M10.3，Q0.1线圈断开，不再上升，同时移位信号使M10.4置“1”，Q0.2断开，右移电磁阀Q0.2接通，实施右移动作。
待移至右限位开关动作位置，I0.3动合触点接通，产生移位信号，使M10.3d“0”态移位到M10.4，Q0.3线圈断开，停止右移，同时M10.4“1”态移位到M10.5，Q0.4线圈再次接通，实施下降动作。
当下降到使I0.1动合触点接通位置，产生移位信号，“0”态移至M10.6，Q0.4线圈断开，停止下降，R指令使M20.0复位，Q0.0线圈断开，机械手松开工作；同时T38开启延时1秒，T1动合触点接通，产生移位信号，使M10.6变为“0”态，M10.7为“1”态，Q0.1线圈再次接通，I0.1断开，机械手又上升，行至上限位置，I0.2触点接通，M10.7变为“0”态，M1102为“1”态，I0.2线圈断开，停止上升，Y004线圈接通，X003断开，左移。
抵达左限位开关位置，X004触点接通，M11.2变为“0”态，M11.3为“1”态，移位寄存器全部复位，Q0.2线圈断开，机械手回到原位，因为I0.2、I0.4均接通，M10.0又被置“1”，完成一个工作周期。
再次按下开启按钮，将反复上述动作。

总 结

1.此次设计是气动通用机械手，相对于专用机械手，通用机械手自由度可变，控制程序可调，所以适用面广。
2.采取气压传动，动作快速，反应灵敏，能实现过载保护，便于自动控制。工作环境适应性好，不会应为环境改变影响传动及控制性能。阻力损失和泄露较少，不会污染环境，同时成本低廉。
3.经过对气压传动系统工作原理图参数化绘制，大大提升了绘图速度，节省了大量时间和避免了无须要反复动作，同时做到了图纸统一规范。
4.机械手采取PLC控制，含有可靠性高、改变程序灵活等特点，不管是进行时间控制还是行程控制或混合控制，全部可经过设定PLC程序来实现。能够依据机械手动作次序修改程序，使机械手通用性更强。

致 谢

经过一个多月时间我最终完成了论文。从开始接到论文题目到系统实现，再到论文文章完成，每走一步对我来说全部是新尝试和挑战，这也是我在 大学期间独立完成最大项目。
当刚拿到课题时，对这次课题实际内容和方法还是很模糊，只能到图书馆、上网，和平时做试验中找突破口，在经过几天查找和学习，对此次课题有了初步设计思绪和方法，接下来几天里，经过对资料分析，有了初步模块，在PLC设计和应用上也得到了一定使用方法，接下来就是对程序编写，在平时课堂上即使老师全部有讲解，但真正到了应用时还是存在很多问题，再经过资料辅助和老师细心讲解，知道了怎样编程，怎样设置主从，和主从间连接方法和使用方法，在接下来对程序调试过程中即使出现了部分大大小小问题，但全部能够自己找出原因并处理，我认为这是这次毕业设计最好收获，最终结果基础符合设计要求。
不积跬步何以至千里，本设计能够顺利完成，也归功于各位任课老师认真负责，使我能够很好掌握和利用专业知识，并在设计中得以表现。正是有了她们悉心帮助和支持，才使我毕业论文顺利完成，在此向全体老师表示由衷感谢。感谢她们三年辛勤栽培。
在论文完成之际，我心情无法平静，从开始进入课题到论文顺利完成，有多少可敬师长、同学、好友给了我无言帮助，在这里请接收我真挚谢意。

附 录（程序）

参考文件

[1] 王永华编著. 现代电气控制及PLC应用技术. 北京：北京航空航天大学出版社，
[2] 刘锴 周海编著. 深入浅出西门子S7-300PLC. 北京：北京航空航天大学出版社，
[3] 钱文伟编著. 工程制图（非机类）. 北京：高等教育出版社，
[4] 黄坚编著. 自动控制原理及其应用. 北京：高等教育出版社，
[5] 常文平编著. 工厂供电技术. 北京：中国电力出版社，
[6] 许晓峰编著. 电机及拖动. 北京：高等教育出版社，
[7] 田效伍. 电气控制和PLC应用技术. 北京: 机械工业出版社，
[8] 戚新波. 检测技术和智能仪器. 北京： 电子工业出版社，
[9] 邵惠鹤. 工业过程高级控制. 上海：上海交通大学出版社，1997
[10] 郝海清. 串联关节式机械手控制系统分析和设计. 万方数据库硕博士论文，
[11] 蔡萍等. 现代检测技术和系统. 北京：高等教育出版社，
[12] 王家桢. 传感器和变送器. 北京：清华大学出版社，1996
[13] 侯国章. 测试和传感技术. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998
[14] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，
[15] 杨栓科. 模拟电子技术. 北京：高等教育出版社，
[16] 胡宴如. 电子技术基础. 北京：中国电力出版社，1999
[17] 郭培源. 电子电路及电子器件. 北京：高等教育出版社，
[18] 刘介才. 工厂供电. 北京: 机械工业出版社，