畢業(yè)設(shè)計（論文）機械手PLC控制設(shè)計

1、全國全國 plc 程序設(shè)計師畢業(yè)論文程序設(shè)計師畢業(yè)論文（機械手（機械手 plc 控制設(shè)計）控制設(shè)計）設(shè)設(shè) 計計 人：人： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 老老 師：師： 項目負(fù)責(zé)項目負(fù)責(zé) 人：人： 徐州師范大學(xué)現(xiàn)代人教育培訓(xùn)中心徐州師范大學(xué)現(xiàn)代人教育培訓(xùn)中心2011 年年 6 月月摘摘 要要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場

2、惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵字：plc

3、;機械手pickpickin industrial production and other areas, because of work needs, people are often affected by factors such as high temperature, corrosive and toxic gas hazards, increases the labor intensity of workers, and even life-threatening. since the since the development of manipulator, correspond

4、ing with various problems solved. manipulator in the space grasping, and handling objects that movements are flexible and diverse, applies to the transformations in the production of varieties, small batch automation, widely used in flexible automatic production line. manipulator is high temperature

5、, corrosion-resistant materials, to adapt to the harsh environment, greatly reducing the labor intensity of workers, improve the efficiency. manipulator is an important part of industrial robots, in many cases it can be referred to as industrial robots. industrial robot is a mechanical, electrical,

6、control, artificial intelligence, computers, sensors and other multidisciplinary advanced technology in one of the important modern manufacturing automation equipment. extensive use of industrial robots, not only can improve the product quality and productivity, and to protect the personal safety, i

7、mprove the working environment, reduce labor intensity and increase the productivity, conservation of raw materials consumption and lower production costs, has a very important significance. relay control and computer control for programmable controllers are developed on a product, evolved into auto

8、mation based on the micro-processing technology, computer technology, communication technology integrated into new industrial automatic control device.make the system reliable and stable, functional range widely in the period.keywords:plc; manipulator目目 錄錄摘摘 要要.1pick.2第第 1 章引言章引言.5第第 2 章章 plc 的簡介的簡介

9、.82.1plc 的產(chǎn)生.82.2 plc 的定義和特點.82.2.1plc 的定義.82.2.2plc 的特點.92.3plc 的組成與分類.102.3.1plc 的組成.102.3.2plc 的分類.122.4plc 的工作原理與應(yīng)用.122.4.1plc 的工作原理.122.4.2plc 的應(yīng)用.13第第 3 章章 plc 控制方案分析控制方案分析.143.1plc 的選取.143.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計分析.17第第 4 章機械手的簡介章機械手的簡介.174.1 機械手的定義.174.2 機械手的組成.174.3 機械手的分類.184.4 機械手的應(yīng)用.18第第 5 章設(shè)計內(nèi)容章設(shè)計內(nèi)容.

10、195.1 機械結(jié)構(gòu)與控制要求.195.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計.195.2.1 輸入輸出地址分配和外圍接線圖.195.2.2 機械手工作示意圖、功能圖與梯形圖.20第第 6 章相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)調(diào)試章相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)調(diào)試.226.1 系統(tǒng)調(diào)試.226.2 程序的運行與調(diào)試.22第第 7 章設(shè)計總結(jié)章設(shè)計總結(jié).23附錄附錄 1（梯形圖）（梯形圖）.26附錄附錄 2（語句表）（語句表）.33附錄附錄 3（監(jiān)測圖）（監(jiān)測圖）.38參考文獻參考文獻.45感謝信感謝信.46第第 1 1 章引言章引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加

11、工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效的辦法；控制機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹，美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有 75%是小批量生產(chǎn)，金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三有 50 件以下，零件真正在機床上加工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的 5%。從這里看出，裝卸、搬運等工序機械化的迫切性，工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而生產(chǎn)的。自上世紀(jì)六十年代，機械手被實現(xiàn)為一種產(chǎn)品后，對它的開發(fā)應(yīng)用也在不斷發(fā)展，最典型的發(fā)展是生產(chǎn)者將此產(chǎn)品大量應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)（

12、全自動生化分析儀） ，從而實現(xiàn)了衛(wèi)生檢驗中急需短時間、大量樣品數(shù)據(jù)的要求，但在衛(wèi)生領(lǐng)域的機械手因采用樣品品單一酶試劑顯色法，且采用濾光片結(jié)構(gòu)設(shè)計，造成試劑價格昂貴，限制了產(chǎn)品市場的發(fā)展。 隨著技術(shù)的進步，機械手的設(shè)計已經(jīng)實破了單一試劑、加熱及濾光片的束縛。比如美國 oi 公司的產(chǎn)品，可針對單一項目，次序加 4 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ，檢測器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強大支持。有專家估計未來 10 年，全自動流動分析儀的市場份額中，將有 50 被全自動化學(xué)分析機械手取代。 通過了解上述兩類產(chǎn)品的技術(shù)特點我們不難看出，機械手具有微升級試劑消耗，不受模板束縛，分析中

13、不同檢測項目可穿插完成，可完成研發(fā)性波長掃描優(yōu)化檢測條件，用戶可自行設(shè)計新的檢測項目，體積小，甚至可做現(xiàn)場快速分析等特點。 由此也不難看出，以前流動分析中不適合的用戶群，如樣品檢測單一種類少而樣品量多的情況，為機械手的應(yīng)用提供了可能性。對衛(wèi)生行業(yè)的快速分析中，也因新型機械手的設(shè)計特點而使取代昂貴的試劑，降低分析成本成為可能。機械手不能完全取代流動分析產(chǎn)品一個重要的理由是：一些特殊樣品處理技術(shù)不能在線實現(xiàn)，如萃取、高溫蒸餾，需要離線進行，相信隨著技術(shù)的進步，這些方面的技術(shù)也會提高。正如一句廣告語所講的“沒有最好，只有更好” 。且現(xiàn)代化的注塑機常常配置有機械手，以提高生產(chǎn)效率。注塑機械手是能夠模仿

14、人體上肢的部分功能，可以對其進行自動控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機械手是為注塑生產(chǎn)自動化專門配備的機械，它可以在減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產(chǎn)；提高注塑成型機的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強企業(yè)的競爭力等方面起到及其重要的作用。隨著工業(yè)機械化和自動化的發(fā)展以及氣動技術(shù)自身的一些優(yōu)點，氣動機械手已經(jīng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)自動化的各個行業(yè)。近 20 年來，氣動技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，尤其是在各種自動化生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。電氣可編程控制技術(shù)與氣動技術(shù)相結(jié)合，使整個系統(tǒng)自動化程度更高，控制方式更靈活，性能更加可靠；氣動機械手、柔

15、性自動生產(chǎn)線的迅速發(fā)展，對氣動技術(shù)提出了更多更高的要求；微電子技術(shù)的引入，促進了電氣比例伺服技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，使氣動技術(shù)從開關(guān)控制進入閉環(huán)比例伺服控制，控制精度不斷提高；由于氣動脈寬調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污染能力強和成本低廉等特點，國內(nèi)外都在大力開發(fā)研究。 從各國的行業(yè)統(tǒng)計資料來看，近 30 多年來，氣動行業(yè)發(fā)展很快。20 世紀(jì) 70 年代，液壓與氣動元件的產(chǎn)值比約為 9:1，而 30 多年后的今天，在工業(yè)技術(shù)發(fā)達的歐美、日本等國家，該比例已達到 6:4，甚至接近5:5。我國的氣動行業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。從 20 世紀(jì) 80 年代中期開始，氣動元件產(chǎn)值的年遞增率達 20%以上

16、，高于中國機械工業(yè)產(chǎn)值平均年遞增率。隨著微電子技術(shù)、plc 技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，氣動技術(shù)已成為實現(xiàn)現(xiàn)代傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。 由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作” 。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復(fù)雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、半導(dǎo)體及家電行業(yè)、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等?，F(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝的焊接生產(chǎn)線，大多采用了氣動機械

17、手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點焊機焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點焊，都采用了各種特殊功能的氣動機械手。高頻率的點焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的氣動機械手應(yīng)用之一。在彩電、冰箱等家用電器產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)線上，在半導(dǎo)體芯片、印刷電路等各種電子產(chǎn)品的裝配流水線上，不僅可以看到各種大小不一、形狀不同的氣缸、氣爪，還可以看到許多靈巧的真空吸盤將一般氣爪很難抓起的顯像管、紙箱等物品輕輕地吸住，運送到指定目標(biāo)位置。對加速度限制十分嚴(yán)格的芯片搬運系統(tǒng)，采用了平穩(wěn)加速的 sin 氣缸。氣動機械手用于對食品行業(yè)的粉狀、

18、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝；用于煙草工業(yè)的自動卷煙和自動包裝等許多工序。如酒、油漆灌裝氣動機械手；自動加蓋、安裝和擰緊氣動機械手，牛奶盒裝箱氣動機械手等。此外，氣動系統(tǒng)、氣動機械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：氣動自動調(diào)節(jié)病床，robodoc 機器人，da vinci 外科手術(shù)機器人等。第第 2 2 章章 plcplc 的簡介的簡介2.1plc2.1plc 的產(chǎn)生的產(chǎn)生 1968 年美國通用汽車公司（gm）招標(biāo)要求:軟連接代替硬接線;維護方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜;成本低于繼電器控制柜;有數(shù)據(jù)通訊功能;輸入 115v;可在惡劣環(huán)境下工作;擴展時，原系統(tǒng)變更要少;用

19、戶程序存儲容量可擴展到 4k 。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)，結(jié)構(gòu)易于擴展 ，這是 plc 的雛形。 1969 年美國 dec 公司研制出世界上第一臺 plc（pdp-14），并在 gm 公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功 。2.22.2 plcplc 的定義和特點的定義和特點2.2.1plc 的定義的定義可編程序控制器，英文稱 programmable controller，簡稱 pc。但由于 pc容易和個人計算機（personal computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 plc 作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在

20、工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc 是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 plc 的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的 plc 后，只需

21、按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 plc 應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。美國電氣協(xié)會制造商協(xié)會 nema 和國際電工委員會 iec 對可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動控制裝置。它具有存儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(guān)量（或模擬量）進行邏輯運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等處理后，以開關(guān)量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。早期的可編程控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱 plc，后來隨著計算機計術(shù)不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開關(guān)邏輯控制，所以被稱之為可編程控制

22、器 pc，但這很容易和個人計算機 pc 相混淆，因此，一般仍把 plc 作為可編程控制器的簡稱。2.2.2plc 的特點的特點可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點：（1） 可靠性高，抗干擾能力強 用軟件實現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運算，克服了因繼電器觸點接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，遠遠地超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計算機控制系統(tǒng)。(2) 編程簡單，易于掌握 plc 采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設(shè)計相似，具有直觀、簡單、容易掌握等優(yōu)點。（3）

23、功能完善，靈活方便 隨著 plc 技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進、計算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機使用、也可聯(lián)網(wǎng)運行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運行過程中，可隨時修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。（4） 體積小、質(zhì)量輕、功耗低 由于采用了單片機等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機構(gòu)經(jīng)湊、功耗低。2.3plc2.3plc 的組成與分類的組成與分類2.3.1plc 的組成的組成plc 的構(gòu)成： plc 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口

24、和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。plc 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：圖 2.1 plc 的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)plc 的各組成元素的構(gòu)成及功能：1、cpu 的構(gòu)成及功能-cpu 是 plc 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。每套 plc 至少有一個 cpu，它按 plc 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 plc 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐

25、條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。2、i/o 模塊- 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 種類有開關(guān)量輸入（di） ，開關(guān)量輸出（do） ，模擬量輸入輸入模塊cpu模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關(guān)選擇開關(guān)按鈕 （ai） ，模擬量輸出（ao）等。3、內(nèi)存-內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 plc 不可缺少的組成單元。

26、不同機型的 plc 期內(nèi)存大小也不盡相同，除主機單元的已有的內(nèi)存區(qū)外，大部分機型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴展。4、電源模塊-plc 電源用于為 plc 各模塊的集成電路提供工作電源。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 24vac） 。 5、底板或機架-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(gòu)成一個整體。6、plc 系統(tǒng)的其它設(shè)備-i) 編程設(shè)備：編程器是 plc 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不

27、可缺少的器件，用于編寫程序、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc 及 plc 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。某些 plc也配有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。ii) 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面也非常普及。iii)輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。7、plc 的通信聯(lián)網(wǎng)-依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的

28、重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。 plc 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 plc 與 plc 之間、plc 與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) plc 具有 rs-232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 plc 的通信，還未實現(xiàn)互操作性，iec 規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，plc 各廠家均有采用。對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先,網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)

29、的協(xié)議和機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。2.3.2plc 的分類的分類通常 plc 產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進行分類。（1）按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的 plc 是將電源、cpu、存儲器、輸入/輸出單元等各個功能部件集成在一個機殼內(nèi)，從而具有結(jié)構(gòu)經(jīng)湊、體積小、價格低等優(yōu)點，許多小型 plc 多采用這種機構(gòu)。模塊式的 plc 將各個功能部件做成獨立模塊，如電源模塊、cpu 模塊、i/o 模塊等，然后進行組合。（2）按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型 plc

30、三種類型。 1）小型 plc。 型 plc 的 i/o 點數(shù)在 256 點以下，存儲容量在 2k 步以內(nèi)，其中輸入輸出點數(shù)小于 64 點的 plc 又稱為超小型或微型 plc，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。 2）中型 plc。 中型 plc 的開關(guān)量 i/o 點數(shù)通常在 2562048 點之間，用戶程序存儲器的容量為 28kb，除具有小型機的功能外，還具有較強的模擬量i/o、數(shù)字計算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)，如比例、積分、微分（pid）調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠程 i/o 及通信聯(lián)網(wǎng)功能。 3）大型 plc。 大型 plc 也稱為高檔 plc，i/o 點數(shù)在

31、2048 點以上，用戶程序存儲容量在 8k 以上，其中 i/o 點數(shù)大于 8192 點的又稱為超大型 plc，除具有中型機的功能外，還具有較強的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠程控制等功能。2.4plc2.4plc 的工作原理與應(yīng)用的工作原理與應(yīng)用2.4.1plc 的工作原理的工作原理plc 的工作原理：plc 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在 plc 運行時，cpu 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用

32、戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。2.4.2plc 的應(yīng)用的應(yīng)用目前，plc 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是 plc 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連

33、續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的 a/d 轉(zhuǎn)換及 d/a 轉(zhuǎn)換。plc 廠家都生產(chǎn)配套的 a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 plc 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 i/o 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 plc 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4、過程控制

34、過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 plc 都有 pid 模塊，目前許多小型 plc也具有此功能模塊。pid 處理一般是運行專用的 pid 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 plc 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別

35、的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 plc 廠商都十分重視 plc 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。第第 3 3 章章 plcplc 控制方案分析控制方案分析3.1plc3.1plc 的選取的選取由于市場的需求和西門子 plc 的廣泛應(yīng)用所以我選取的是 s7-200.我們對其進行簡要說明：s

36、7-200 系列是一類可編程邏輯控制器（micro plc） 。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動化控制需要，下圖展示一臺 s7-200 micro plc 的 cpu22*系列 plc 的 cpu 外型圖如圖 2，具有緊湊的設(shè)計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得 s7-200 可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 cpu 類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應(yīng)性。s7-200 cpu 模塊包括一個中央處理器單元（cpu） 、電源以及數(shù)字量 i/o點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。圖 3.1 s7-200 cpu1）cpu 負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和

37、存儲數(shù)據(jù)，以便對工業(yè)自動控制任務(wù)或過程進行控制。2）輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點：輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備（例如傳感器或開關(guān)）中采集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。3）電源向 cpu 及其所連接的任何模塊提供電力。4）通訊端口允許將 s7-200cpu 同編程器或一些設(shè)備連接起來。5）狀態(tài)信號燈顯示了 cpu 的工作模式（運行或停止） ，本機的 i/o 的當(dāng)前狀態(tài)，以及檢查出來的系統(tǒng)錯誤。6）通過擴展模塊可以增加 cpu 的 i/o 點數(shù)（cpu221 不可以擴展） 。7）通過擴展模塊可以提供其通訊功能。8）一些 cpu 具有內(nèi)置實時時鐘，其他 cpu需要實時時鐘卡。9）eepr

38、om 卡可以存儲 cpu 程序，也可以將一個 cpu 中的程序傳送到另一個cpu 中。10）通過可選的插入式電池盒可延長 ram 中的數(shù)據(jù)存儲時間。 圖 3 展示了一個基本的 s7-200 micro plc.它包括一個 s7-200 cpu 模塊,一臺個人計算機(pc),step 7-micro/win32(3.1 版)編程軟件,以及一條通訊電纜.為了使用個人計算機(pc),你必須以下一種設(shè)備:一條pc/ppi 電纜；一個通訊處理器(pc)和多點接口(mpi)電纜；一塊 mpi 卡,隨mpi 卡提供一根通訊電纜。圖 3.2 s7-200 micro plc 系統(tǒng)的組成plc 模塊的選擇：采用

39、 cpu224 的主機和輸出擴展模塊 em222簡要介紹對擴展模塊的選?。簊7-200plc 的 i/o 擴展模塊有：1. 輸入擴展模塊 em221: 共有 3 種產(chǎn)品，即 8 點和 16 點 dc、8 點ac。2. 輸出擴展模塊 em222：共有 5 種產(chǎn)品，即 8 點 dc 和 4 點 dc、8 點ac、8 點繼電器和 4 點繼電器。3. 輸入/輸出混合模塊 em223：共有 6 種產(chǎn)品。其中 dc 輸入/dc 輸出的有 3 種，dc 輸入/繼電器輸出的有三種，它們對應(yīng)的輸入/輸出點數(shù)分別為 4 點、8 點和 16 點。4. 模擬量輸入擴展模塊 em231。5. 模擬量輸出擴展模塊 em2

40、32。6.模擬量輸入/輸出擴展模塊 em235。3.23.2 系統(tǒng)的整體設(shè)計分析系統(tǒng)的整體設(shè)計分析整個系統(tǒng)由操控面板來完成整個機械手的的操作，工件通過光電開光進行檢測。機械手的各個動作由汽缸驅(qū)動，而汽缸由相應(yīng)的電磁閥控制。機械手的全部動作由 plc 控制完成。第第 4 4 章機械手的簡介章機械手的簡介4.14.1 機械手的定義機械手的定義m mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、

41、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺機械手。4.24.2 機械手的組成機械手的組成機械手簡述: :機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1 1執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。2 2傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。傳動系統(tǒng)

42、使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6 個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23 個自由度。3.3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機

43、進行控制。4.34.3 機械手的分類機械手的分類機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。4.44.4 機械手的應(yīng)用機械手的應(yīng)用機械手通常用作 機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或 自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在 加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。 另外，機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用 不僅能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力， 而且還能改善熱、累等勞動條件。第第 5 5 章設(shè)計

44、內(nèi)容章設(shè)計內(nèi)容5.15.1 機械結(jié)構(gòu)與控制要求機械結(jié)構(gòu)與控制要求圖中為一個將工件由一處傳送到另一處的機械手，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過程如圖所示，有八個動作且運行方式分為單步，單周期，連續(xù)三種模式。即為： 原位 下降 夾緊 上升 右移 左移 上升 放松 下降 圖 4

45、.1 機械手工作過程5.25.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計5.2.1 輸入輸出地址分配和外圍接線圖輸入輸出地址分配和外圍接線圖1.輸入/輸出點地址分配輸入點： 輸出點：啟動按鈕 sb1 i0.0 原始位開關(guān) hl q0.5停止按鈕 sb2 i0.5 抓球電磁鐵 yv2 q0.1下限為開關(guān) sq1 i0.1 下行接觸器 yv1 q0.0上限位開關(guān) sq2 i0.2 上行接觸器 yv3 q0.2右限位開關(guān) sq3 i0.3 右行接觸器 yv4 q0.3左限位開關(guān) sq4 i0.4 左行接觸器 yv5 q0.42.plc 外圍接線圖如圖 4:圖 5.1 plc 外圍接線圖yv1、yv2、yv3、yv

46、4、yv5、hl 分別接主機的輸出點q0.0、q0.1、q0.2、q0.3、q0.4、q0.5；sb1、sb2 分別接主機的輸入點i0.0、i0.5；sq1、sq2、sq3、sq4 分別接主機的輸入點i0.1、i0.2、i0.3、i0.4。5.2.2 機械手工作示意圖、功能圖與梯形圖機械手工作示意圖、功能圖與梯形圖1 工作示意圖圖 5.2 機械手工作示意圖2 功能圖3 梯形圖（見附錄見附錄 1）4 語句表（見附（見附錄錄2）第第 6 6 章相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)調(diào)試章相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)調(diào)試6.16.1 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動控

47、制部分的可靠性。軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和 plc 輸出端的指示燈進行。需要模擬量信號 i/o 時，可用電位器和萬用表進行。調(diào)試時，可利用上述外部設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器的狀態(tài)，然后觀察 plc 的輸出邏輯是否正確。如果有錯誤則修改程序后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在 plc 的主流產(chǎn)品都可在 pc 上編程，并可在pc 上進行模擬調(diào)試。連機調(diào)試時，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場的 plc 中。有時 plc 也許只有一臺，這時就要把 plc 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時一定要先將主電路斷開，只對控制電路進行連機調(diào)試。通過現(xiàn)場連機調(diào)試信號的接入常常會發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問題，有時廠家對某些控制功能進行改造

48、，反復(fù)調(diào)試后，控制系統(tǒng)才能交付使用。6.26.2 程序的運行與調(diào)試程序的運行與調(diào)試機械手 plc 控制系統(tǒng)程序編寫完成后，通過手編程器或在 pc 計算機編好程序后寫入到 plc 存儲器中。編好程序首先要對照步進流程圖進行校對、修改、補充后，然后再進行室內(nèi)模擬調(diào)試。把機械手的各限位開關(guān)、氣動電磁閥負(fù)載，在模擬板上用信號燈代替。運行程序時，要觀察是否符合預(yù)計的動作要求，發(fā)現(xiàn)錯誤立即修改和調(diào)整程序，直到滿足工藝流程要求。室內(nèi)模擬調(diào)試完成后，把程序固化在 plc 中，可以進入現(xiàn)場實際運行調(diào)試階段。這時先不帶負(fù)載，只帶上驅(qū)動電磁閥的線圈，而與之連接的機械負(fù)載則脫開，再連上必要的指示信號燈，即空載運行調(diào)試

49、。在空載運行調(diào)試階段時，可以按運行方式如回原點、點動、手動操作、單周期運行等逐步進行，最后進行連續(xù)運轉(zhuǎn)調(diào)試。在調(diào)試運行中，可借助于步進流程圖，判斷故障原因與部位，隨時查清原因，及時采取修改程序或接線等措施予以排除。如果運行正常了，則可以進入帶負(fù)載運行調(diào)試階段。將各電磁閥連接上機械負(fù)載，并通過操作按鈕按機械手工藝順序，手動運行各機械部份看動作是否正常，如上升、下降、左移、右移、夾緊動作順序，有無機械位置干涉等現(xiàn)象。如有機械干涉可通過調(diào)整各個接近開關(guān)的安裝位置等措施解決，還可以通過調(diào)節(jié)其距離來控制機械手動作的范圍。經(jīng)仔細(xì)調(diào)整一切正常后，就可以啟動 plc 進行自動運轉(zhuǎn)。但在自動運轉(zhuǎn)階段時，必須密切

50、注意觀察機械手各部件動作，如有異常立即按緊急停止按鈕停車檢查。最后再進行考機運行，一般連續(xù)運行 72 小時以上，以考核電氣及機械運行是否穩(wěn)定可靠，如遇干擾一般要采取以下措施來解決如：檢查 plc 控制柜、氣動電磁閥等接地是否良好（一定要分別接地） ；清查接線看強弱電信號線有無分開敷設(shè)；在 plc 輸入通道加接硬件濾波（如阻容濾波）或改變軟件數(shù)字濾波時間常數(shù)；在感性負(fù)載兩端加阻容吸收回路或加接防浪涌反向二極管電路等。通過對機械手 plc 控制系統(tǒng)的室內(nèi)模擬調(diào)試和現(xiàn)場帶負(fù)載運行調(diào)試工作，我深切體會到以上調(diào)試原則和步驟的重要性，往往遇到問題按學(xué)過的知識和方法去處理就能順利解決了。第第 7 7 章設(shè)計

51、總結(jié)章設(shè)計總結(jié)通過這次機械手設(shè)計讓我知道了現(xiàn)代企業(yè)在完成自動化控制中離不開 plc的控制，它可以使企業(yè)在生產(chǎn)的同時減少勞動力和生產(chǎn)成本。目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個生產(chǎn)設(shè)備還比較落后且大部分工序都是通過人工來完成的，而機械手成本比較低且操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā)展要求。但隨著科技不斷進步我相信多功能復(fù)雜的機械手將會在不久的將來出現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不段的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計出更符合現(xiàn)代社會所需求的產(chǎn)品。以下是我對其在未來發(fā)展方向及展望：1、重復(fù)精度化 ：精度是指機器人、機械手到達指定點的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機械手到達同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運行機器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實驗室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等。2、 模塊化：有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機械手稱為現(xiàn)代傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶