机械手模型的PLC控制系统设计

机械手模型的PLC控制系统设计

摘要

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。如今，机械手在工业中的应用已非常普遍，特别是基于PLC控制的机械手。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制，使其按照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。要想机械手按照操作者的意识完成各个动作，就需要在PLC中输入正确的且与机械手的动作相符的程序。对于操作者来说，若想看懂程序，就要懂得助记符和梯形图，梯形图具有直观、易懂、灵活性强、修改方便的优点，是可编程控制器使用最多的一种语言。

关键词：机械手，PLC，梯形图

Design of Manipulator Model Control System Based on PLC

ABSTRACT

In modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. Today, robots in the industrial application has been very common, especially the manipulator based on PLC control. Manipulator is part can imitate human body upper limb function, can be controlled automatically, make its products or running tools according to the predetermined requirement for the operation of automated production equipment. To the consciousness of the manipulator according to the operator to completeb each action, you need to in the PLC input correct and procedures associated with the motion of the manipulator. For the operator to read program, mnemonics should be understood and ladder diagram, ladder diagram is intuitionistic, simple, strong flexibility, modify the advantages of convenient, is a programmable controller is one of the most used language.

KEY WORDS:Robot，PLC，LAD

目录

前言 (1)

第1章可编程控制器概述 (3)

1.1 可编程控制器的产生与发展 (3)

1.1.1 可编程控制器的一般概念 (3)

1.1.2 可编程控制器的产生和发展过程 (4)

1.2 可编程控制器的基本组成 (5)

1.3PLC工作原理及其特点 (7)

1.3.1 PLC的工作原理 (7)

1.3.2PLC的特点 (8)

1.4 PLC的应用 (8)

第2章 PLC设计方案分析 (9)

2.1PLC类型的选取 (9)

2.1.1西门子S7-200系列简介 (9)

2.1.2西门子S7-200系列与三菱FX系列的比较 (12)

2.1.3 PLC类型的选取 (12)

2.2 设计方案的整体分析 (13)

第3章控制系统的控制原理 (14)

3.1 机械结构和控制要求 (14)

3.2 输入输出地址分配 (15)

第4章控制系统的软件设计 (17)

4.1 用逻辑流程图设计程序 (17)

4.2 用步进顺序控制指令设计程序 (19)

4.3 梯形图 (21)

结论 (36)

谢辞 (37)

参考文献 (38)

前言

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为工业发展的趋势。但除切削加工外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三是在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。

自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，它在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产及提高注塑成型机的生产效率、稳定产品质量、降低废品率、降低生产成本和增强企业的竞争力等方面起到了极其重要的作用。近十年来，对它的开发应用也在不断发展，最典型的发展是生产者将其大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而满足了卫生检验中需时间短、样品数据多的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制了产品市场的发展。随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试剂、加热及滤光片的束缚。比如美国OI公司的产品，可针对单一项目，次序加4种试剂，加热温度也提高到50℃，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。有专家估计未来10年，全自动流动分析仪的市场份额中，将有50%被全自动化学分析机械手取代。通过了解上述两类产品的技术特点我们不难看出，机械手具有微试剂消耗，不受模板束缚，分析不同检测项目时可穿插完成，可完成研发性波长扫描优化检测，用户可自行设计新的检测项目，体积小，甚至可做现场快速分析等特点。对卫生行业的快速分析中，也因新型机械手的设计特点而使其取代昂贵的试剂，降低分析成本成为可能。机械手不能完全取代流动分析产品一个重要的原因是：一些特殊样品处理技术不能在线实现，如萃取、高温蒸馏，需要离线进行。相信随着技术的进步，这些方面的技术也会提高。现代化的注塑机也常常配置有机械手，以提高生产效率。注塑机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按照预定要求输送

制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。

随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的优点，气动机械手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到了广泛应用。电气可编程控制技术与气动技术的结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更灵活，性能更加可靠；气动机械手和柔性自动化生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求。气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。在现代汽车制造工厂的生产线上，尤其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的移动和车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位及点焊机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊中，都采用了各种特殊功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。气动机械手还用于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装和烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序中。如酒、油漆灌装气动机械手及自动加盖、安装和拧紧气动机械手和牛奶盒装箱气动机械手等。

第1章可编程控制器概述

1.1 可编程控制器的产生与发展

1.1.1 可编程控制器的一般概念

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)通常称为可编程控制器，英文缩写为PLC,是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的恶劣工业环境适应能力更是得到用户的好评。它将传统的继电接触器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。目前已广泛应用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业，并跃居现代工业控制三大支柱(PLC/机器人和CAD/CAM)的首位。

可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，在可编程控制器问世以前，工业控制领域中以继电接触器控制技术占主导地位。继电器控制的系统由于结构简单、易懂，在工业控制领域中被长期广泛应用，但由于其设备体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高、通用性和灵活性差，已不能满足现代化生产过程中生产工艺复杂多变的控制要求。

随着电子技术的高速发展，集计算机、仪器仪表、电器控制“三电”于一身的可编程控制器在概念、设计、性能价格以及应用领域等方面都有了全新的突破。它将传统的“硬”接线程序控制方式改换为存储程序控制方式，即通过事先编制好并存于程序存储器中的用户程序来完成控制功能，而在控制要求改变时，只需修改存储器中的用户程序的部分语句即可。可编程控制器自问世以来,以其可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维护方便等独特优势被日趋广泛地应用于国民经济的各个控制领域，其应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。

1.1.2 可编程控制器的产生和发展过程

可编程控制器产生于20世纪60年代末期，当时美国的汽车制造工业竞争十分激烈，各生产厂家为适应市场不断更新汽车型号，要求相应的加工生产线亦随之改变，整个继电接触器顺序控制系统也就要重新设计和配置。这样不但造成设备的浪费，而且新系统的安装、调试也十分费时。为了尽可能减少重新设计继电器控制系统和接线所需的成本和时间，1968年美国最大的汽车生产商——通用汽车公司（GM）向全球招标开发研制新型的工业控制装置取代继电控制装置，制定10项招标的技术要求，即：（1）编程简单方便，可在现场修改程序。

（2）硬件维护方便，采用插件式结构。

（3）可靠性要高于继电器控制装置。

（4）体积小于继电器控制装置。

（5）可将数据直接送入管理计算机。

（6）成本上可与继电器控制装置竞争。

（7）输入可以是交流115V。

（8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀。

（9）扩展时，原有系统只需做很小的改动。

（10）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据这些招标技术指标，研制了第一台可编程控制器，投入通用汽车公司的生产线过程控制系统中，取得了极佳的效果，从此开创了可编程控制器的新纪元。

1971年,日本从美国引进了这项技术,并很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，欧洲也研制出了可编程控制器并在工业领域开始使用。我国从1974年开始研制,并于1977年开始工业应用.

由于早期的可编程控制器是用来取代继电器控制的,其控制功能主要是逻辑运算、计时、计数等顺序控制，因此人们称之为可编程控制器，简称PLC。

20世纪70年代末到80年代初，随着微电子技术的发展，微处理技术日趋成熟，使可编程控制器的处理速度大为提高，同时增加了许多特殊的功能，如数值运算、函数运算、查表等，使得可编程控制器不仅可以进行

逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造商协会

NEMA(National Electical Manufacturers Association)将其正式命名为

PC （Programmable Controller ）。后来，为区别个人计算机的简称，可编

程控制器命名为PLC(Programmable Logic Controller)。

目前，世界著名的电气自动化企业几乎都生产可编程控制器。可编程

控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，并成为当代电控装置的

主导。

1.2 可编程控制器的基本组成

PLC 的类型繁多，功能和指令系统也存在一定程度上的差异，但就其

结构和组成原理则大同小异。PLC 的实质就是一个计算机控制系统，属于

过程控制计算机的一个分支，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业

过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。可编程器控制

器的组成与计算机控制系统十分相似，通常由主机、输入/输出接口、电源

扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC 的硬件系统结构如

图1-1所示：

一直到现在的现场总线控制系统，PLC 更是其中的主角，其PLC 的各

组成元素的构成及功能：

(1) CPU 的构成及功能。CPU 是PLC 的核心，起神经中枢的作用，主要

由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线

构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC 至少有

一个CPU ，它按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，

接触器电磁阀指示灯

电源 电源 限位开关选择开关按钮

用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

(2) I/O模块。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。

(3) 存储器。PLC的存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器，而用户程序存储器又包括用户程序存储区和用户数据存储区内存。系统程序存储器通常采用ROM或EPROM芯片存储器，用于存放PLC生产厂商永久存储的程序和指令，称为监控程序；用户程序存储区主要存放用户已编制好的程序或正在调试的应用程序，一般采用EPROM或EEPROM存储器，用户可擦除重新编程；用户数据存储区通常采用RAM存储器，为防止掉电时信息的丢失，有后备电源作保护，用于存储PLC工作过程中经常变化，需要随机存取一些数据，数据存储区包括输入/输出数据映像区、定时器/计数器预置数和当前值数据。

(4) 电源模块。PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为PLC内部提供5V直流电和为输入输出端及各种传感器提供24V直流电。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

(5) 底板或机架。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

(6) PLC系统的其它设备。编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或

触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

(7) PLC的通信联网。依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先,网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

1.3 PLC工作原理及其特点

1.3.1 PLC的工作原理

PLC在结构形式上虽然与微型计算机有许多相同之处，但由于PLC在工业中使用对逻辑运算及稳定性要求相应较高，所以PLC一般不采用微型计算机等待命令和中断工作方式，而是采用不断循环的顺序扫描的工作方式，即PLC工作时对用户程序反复循环扫描，逐条地解释用户程序，并加以处理。每一次扫描所用的时间即扫描时间称为扫描周期或工作时间。PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

顺序扫描方式简单直观，便于程序设计和PLC自身的检查。在PLC的不断循环顺序扫描过程中，某一个输出继电器线圈被接通或断开，该线圈的所有常开和常闭触电不会像继电接触控制器控制系统中继电器那样立即

动作，而必须等到扫描到该触点时才会动作。PLC采用循环扫描工作方式的工作过程一般包括6个阶段：以故障诊断和处理为主的公共操作、与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理、响应外设。

1.3.2 PLC的特点

PLC的特点如下：

(1)抗干扰能力强、可靠性高。

(2)通用性强，使用方便。

(3)程序设计简单，易学易懂。

(4)采用模块化结构，系统组合灵活方便。

(5)设计、施工、调试的周期短。

(6)安装简便，调试方便，维护工作量小。

(7)对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。

1.4 PLC的应用

初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，应用面越来越广。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。根据PLC 的特点，可以将应用形式归纳为如下几类种类型：

(1) 开关逻辑控制。

(2) 模拟量控制。

(3) 顺序（步进）控制。

(4) 定时控制。

(5) 计数控制。

(6) 闭环过程控制。

(7) 数据处理。

(8) 通信和联网。

第2章 PLC设计方案分析

2.1 PLC类型的选取

2.1.1西门子S7-200系列简介

S7-200系列PLC是SIEMENS公司推出的一种小型PLC。以紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格，已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。

S7-200 PLC包含了一个单独的S7-200CPU和各种可选择的扩展模块，可以十分方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，从而完成规模更大的工程。

S7-200的STEP7-Micor/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。

图2-1展示了一台S7-200 Micro PLC的 CPU22*系列PLC的CPU外型图。

目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种CPU，其外观结构基本相同。这四种CPU的特点如下：

(1) CPU221。该主机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点（无

I/O扩展能力）、6KB程序和数据存储空间、4个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出、1个RS485通信/编程口（具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力）。适用于小数点控制系统。

(2) CPU222。该主机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点、

6KB程序和数据存储空间。与CPU221相比，增加了扩展能力，可连接2个扩展模块，可扩展最多64个数字量I/O点或8路模拟量I/O点。

(3) CPU224。该主机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点、

13KB程序和数据存储空间、6个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。与CPU222相比，扩展能力大为加强，即可连接7个扩展模块，最大扩展至168个数字量I/O 点或35路模拟量I/O点。

(4) CPU226。该主机在CPU224的基础上功能进一步增强：13KB

程序和数据存储空间、40个数字量I/O点、最大扩展至248个数字量I/O点或35路模拟量I/O点；增加了一个通信口，可以分别进行设置，同时与两个设备进行通信互不干扰，，通信功能大大加强。CPU226适用于较高要求的复杂的中小型控制系统。

S7-200 PLC的I/O扩展模块有：

(1) 输入扩展模块EM221: 共有3种产品，即8点和16点DC、8

点AC。

(2) 输出扩展模块EM222：共有5种产品，即8点DC和4点DC、

8点AC、8点继电器和4点继电器。

(3) 输入/输出混合模块EM223：共有6种产品。其中DC输入/DC

输出的有3种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。

(4) 模拟量输入扩展模块EM231。

(5) 模拟量输出扩展模块EM232。

(6) 模拟量输入/输出扩展模块EM235。

S7-200 CPU模块包括一个中央处理器单元（CPU）、电源以及数字量I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

图2-1 S7-200 CPU外型图

1. CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

2. 输入和输出是系统的控制点，输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号；输出部分则控制泵、电机以及工业过程中的其它设备。

3. 电源向CPU及其所连接的各种模块提供电力。

4. 通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或一些设备连接起来。

5. 状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机I/O点的当前状态，以及检查出来的系统错误。

6. 通过扩展模块可以增加CPU的I/O点数（CPU221不可以扩展）。

7. 通过扩展模块可以提供其通讯功能。

8. 一些CPU具有内置实时时钟，其它CPU需要实时时钟卡。

9. EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。

10. 通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间。

图2-2展示了一个基本的S7-200 Micro PLC。它包括一个S7-200 CPU 模块,一台个人计算机(PC),STEP 7-Micro/win32编程软件,以及一条通讯

电缆。

图2-2 S7-200 Micro PLC 系统的组成

2.1.2西门子S7-200系列与三菱FX系列的比较

(1) 三菱的编程软件从早期的FXGPWIN到近期的GX8.0，和所有的日系品牌一样，该软件的编程思路是自上而下的单一纵向结构；而西门子的MicroWIN则是纵向和横向兼备的结构，而且子程序支持局部变量，相同的功能只需要编一次程序即可，大大减少了开发难度和时间。

(2) S7-200一直以来支持强大的浮点运算，编程软件直接支持小数点输入输出；而三菱直至近年推出的FX3U系列才具有此功能，以前的FX2N 系列的浮点功能都是假的。

(3) S7-200的模拟量输入输出程序非常简单方便，AD、DA值可以不需编程直接存取的；三菱的FX2N及其以前的系列都需要非常繁琐的FROM TO 指令。

2.1.3 PLC类型的选取

通过以上对S7-200的了解及其与三菱的比较，这次设计我选择S7-200系列的PLC。

从工艺要求中可以看出，从控制方式上需要3个起动按钮，分别完成

自动方式I0.0、单动方式I0.1和手动方式I0.2的起动，还需要一个停止按钮I0.3用来处理在任何情况下的停止运行。机械手运动的限位开关有4个，高位限位开关I0.4、低位限位开关I0.5、左位限位开关I0.6和右位限位开关I0.7。手动控制输入信号有5个按钮组成，下降按钮I1.0、上升按钮I1.1、夹紧按钮I1.2、左移按钮I1.3和右移按钮I1.4。工作台A上有工件检测光耦合器VLC的输入信号I1.5，共育14个输入信号。

输出信号有机械手下降驱动信号Q0.0、上升信号Q0.1、右移信号Q0.2、左移信号Q0.3和机械手夹紧驱动信号Q0.4，共有5个输出信号。

该系统需要输入14点，输出5点。可选择S7-200系列的CPU224就可满足要求，也可以选择CPU222和一个EM223I/O模块组成控制系统。考虑到控制系统在满足要求的前提下尽量简单，最终选择一个CPU224作为本控制系统的控制器。

2.2 设计方案的整体分析

整个机械手系统的操作由操控面板来完成，工件通过光耦合器进行检测。机械手的各个动作由气缸驱动，而气缸由相应的电磁阀控制，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、下限位和左、右限位开关来检测机械手所处位置。机械手的全部动作由PLC控制完成。

第3章控制系统的控制原理

3.1 机械结构和控制要求

图3-1为一个将工件由一处传送到另一处的机械手，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、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示。

机械手一个循环周期可分为八步。第一步是当工作台A上有工件出现时（可以由光电耦合器VLC检测到，当检测到有工件时，I1.5=1）,机械手开始下降。当机械手下降到位时（可以由限位开关检测到，当下降到位时，I0.5=1）,机械手停止下降，第一步结束。第二步是机械手在最低位开始抓紧工件，约10s抓住、抓紧，第二步结束。第三步是机械手夹紧工件上升，当机械手上升到位时（可以有限位开关检测到，当上升到位时，I0.4=1），机械手停止上升，第三步结束。第四步是机械手夹紧工件右移。当机械手右移到位时（可以有限位开关检测到，当右移到位时，I0.7=1）,机械手停止右移，第四步结束。第五步是机械手在最右位开始下降，当机械手下降到工作台B位时（可以由限位开关检测到，当下降到位时，I0.5=1），机械手停止下降，第五步结束。第六步是机械手开始放松工件，所需时间约为10s，10s之后放开工件，第六步结束。第七步是机械手开始上升，机械手上升到位时（可以由限位开关检测到，当上升到位时，I0.4=1），停止上升，第七步结束。第八步是机械手在高位开始左移，当左移到位时（可以由限位开关检测到，左移到位时，I0.6=1），机械手停止左移，第八步结束。机械手工作一个周期完成。等待工件在工作台A上出现转到第一步。工艺要求有三种控制方式，自动、单动和手动。

图3-1 机械手工作示意图

3.2 输入输出地址分配

本系统输入输出地址分配见表3-1

表3-1输入输出地址分配

第4章控制系统的软件设计

4.1 用逻辑流程图设计程序

(1) 程序流程图。为了能用逻辑流程图设计PLC程序，首先要画出控制系统的逻辑流程图，如图4-1所示。根据工艺要求，逻辑流程可分为8个部分。系统起动之前，机械手在原始位置。原始位置的条件是：机械手在高位（I0.4=1）、左位(I0.6=1)。当有工件放在工作台A(I1.5=1)上时，在起动条件允许时，机械手开始下降(Q0.0=1)。当下降到低位时(I0.5=1)，停止下降(Q0.0=0)。机械手下降到位后，开始夹紧工件(Q0.4=1)，同时起动延时10s定时器（可以取T101）。待T101延时时间到时，机械手开始上升，上升到高位时(I0.4=1)，停止上升(Q0.1=0)。这时机械手开始右移(Q0.2=1)，当到右位时(I0.7=1)，停止右移(Q0.2=0)。这时机械手又开始下降(Q0.0=1)，当下降到低位时(I0.5=1)，停止下降(Q0.0=0)。机械手在低位时开始松开工件(Q0.4=0)，同时起动延时10s定时器（T102）.待延时时间到时，机械手又开始上升(Q0.1=1)。上升到高位时(I0.4=1)，停止上升(Q0.1=0)。机械手在高位左移(Q0.3=1)，左移到左位时(I0.6=1)，停止左移(Q0.3=0)。

如果是自动运行，机械手则等待工作台A再一次有工件，而进行下一周期操作。如果是单动运行，机械手则等待再一次起动单动操作。如果是手动控制，则由手动输入信号去驱动机械手的操作。

(2) 内存标量分配表。为了便于编制程序和修改程序。需要建立输入输出与内存变量表。这种分配表又叫符号表，见表4-1.从表中可以明显地看出I/O分配、内存分配及它们的功能。分配表如果写入PLC的符号表，就可以用表中的名称代替实际地址去编写程序。

(3) 控制程序控制程序中OB1的任务是根据起动信号分别调用自动控制和单动控制SBR0、手动控制程序SBR1。

PLC控制的工业机械手设计

学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日

摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制。

学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日

毕业设计任务书 机电工程系机电一体化技术专业 学生姓名学号 一、毕业设计题目：PLC控制的工业机械手设计 二、毕业设计时间 2010 年11月1日至2010年 11 月 28日 三、毕业设计地点： 四、毕业设计的内容要求： 1、系统的电路原理图。 2、元器件的明细表。 3、毕业设计说明书包含工作原理、系统结构、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。 4、设计格式按照要求完成。 指导教师年月日

气动机械手的PLC控制系统的设计

毕业设计报告 课题：气动机械手PLC控制系统的设计 系部：电气工程系 专业：机电一体化技术 班级：机电092 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXXX 2011．3

江苏信息职业技术学院毕业设计报告 目录 摘要 (3) 第一章机械手的简介 (4) 1．1 概述 (4) 1．2 机械手的组成 (4) 1．3 机械手的应用 (4) 1．4 机械手应用 (4) 第二章机械手机械设计 (5) 2．1 机械手总体结构设计 (5) 2．2 机械手的工作原理 (6) 2．3 机构模块化设计 (7) 2．4 手部结构设计 (8) 第三章机械手机械控制设计 (10) 3．1 工作过程与控制要求 (10) 3．2 气动驱动设计的简述 (11) 3．3 PLC控制系统设计 (12) 结束语 (20) 谢辞 (21) 参考文献 (22)

气动机械手PLC控制系统的设计 气动机械手PLC控制系统的设计 摘要:气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。再者，冲压自动化是解决冲压生产成本及安全问题、提高冲压生产企业效益的必然选择，而冲压机械手是冲压自动化的重要组成部分。但是，目前冲压机械手高昂的价格却使国内众多的中小冲压企业望而却步。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词：意义，应用，原理，plc，机械手，气动控制技术

机械手的PLC控制 PLC课程设计

一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按

基于西门子S7_200PLC控制的机械手项目技术报告

概要 本文介绍了用PLC S7-200为控制电路主元件，外加电器系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。 左移

目录 前言 第一章机械手简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1．1 机械手概念 1．2 机械手总体结构 第二章PLC介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2．1 PLC发展史 2．2 PLC应用 2．3 PLC特点 第三章汽缸简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3．1汽缸概念与汽缸分类 3．2汽缸结构与工作原理 第四章相关元气件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4．1电磁阀介绍 4．2传感器介绍 第五章项目的实施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 5．1机械手的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .11 5．2机械手总体设计方案. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .11

(完整版)基于plc的机械手控制系统设计

前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。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大等特点，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，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。

基于PLC控制的机械手设计(毕业论文)第一章绪论

第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算

基于PLC的工业机械手控制系统设计

基于PLC的工业机械手控制系统设计 摘要 机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、搬运、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。 本设计描述了基于PLC的机械手控制系统设计，重点介绍了机械手控制系统中的硬件选择方法，软件的设计过程，以及PLC控制装置的工作过程。 本设计实现了机械手在搬运装配线上，通过S7-200PLC控制机械手完成从A传送带搬运物件至B传送带中，然后进入下一个工作流程。机械手的上升/下降和左转/右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制气缸的运动实现；夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制气缸的运动来实现。 【关键词】机械手；PLC；电磁阀

Based on plc industrial manipulator control system design Abstract In the field of industrial automation manipulator is often met in a control object. In recent years, with the development of industrial automation manipulator gradually become a new subject, and with the rapid development. Manipulator widely application and forging, stamping, forging, welding, assembling, handling, spray paint, heat treatment, etc. Especially in heavy, high temperature, toxic and dangerous, radioactive, dust and so on bad work environment, manipulator because of its significant advantages by pay special attention to. In a word, the manipulator is to improve the labor productivity, improve working conditions, reduce labor intensity and realize industrial production automation is an important means. This design based on PLC describes the manipulator control system design, introduced the manipulator control system, the hardware selection method, the software design process, and the working process of the PLC control device. The design and implementation of the manipulator in the handling assembly line, manipulator controlled by the S7-200PLC complete conveyor belt carrying objects from A to B conveyor, and then go to the next workflow. The implementation of the up / down and left / right of the manipulator, respectively, to achieve control movement of the cylinder by a double coil solenoid valve; clamp / unclamp cylinder is controlled by a single coil solenoid valve movement. 【Key Words】Manipulator；PLC；solenoid valve

基于plc的机械手控制系统设计(毕业设计)

Xinyu University 毕业设计(论文) 基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名:何友良 学号:1201231016 专业:电气工程及其自动化 指导教师:谢富珍副教授 学院:电气与电子工程 江西·新余

独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。 特此声明。 作者签名（手写）：签名日期：年月日 版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。 作者签名（手写）：指导教师签名（手写）： 日期：年月日日期：年月日

摘要 论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：何友良 指导教师：谢富珍副教授 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈

PLC机械手基本控制设计

１．０引言?本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法,本系统涉及的主要硬件是S７-200 PLC和ＳH－２H０57步进驱动器。 (1）Ｓ7-200 PＬC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令,使得Ｓ7-２00 PＬC可以满足小规模的控制要求。此外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。 1台S7－2０0 ＰLC包括一个单独的S7-２0０CＰU,或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 ＣＰU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量Ｉ/Ｏ点,这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。 l CPU负责执行程序和存储数据,以便对工业自动化控制任务或过程进行控制; l 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备； l 电源向ＣＰU 及其所连接的任何设备提供电力; l通讯端口允许将S7－200 CＰU同编程器或其他一些设备连起来；?l 状态信号灯显示了ＣPU 的工作模式(运行或停止),本机I/O的当前状态,以及检查出来的系统错误;?ｌ通过扩展模块可提供其通讯性能; l通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU ２21不扩展);?l 一些CPＵ有内置的实时时钟,或添加实时时钟卡;?ｌEEPROM卡可以存储CPU程序,也可以将一个CPＵ中的程序送到另一个CPU中; 2）SH l 通过可选的插入式电池盒可延长ＲAM中的数据存储时间;?l最大I/O配置。?( -2H057驱动器输入信号共有三路,他们是:步进脉冲信号ＣP、方向电平信号ＤＩR、脱机电平信号FREＥ.他们在驱动器内部分别通过2７０Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电

基于PLC的机械手控制系统设计

基于PLC机械手控制系统设计 摘要：工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。 一、机械手简介 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1、机械手分类 机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“Mechanical Hand”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。 2、机械手控制系统设计步骤 根据工艺要求确定被控系统必须完成的动作,确定这些动作之间的关系及完成这些动作的顺序。(2)分配输入、输出设备,即确定哪些外围设备是送信号给PLC的,哪些外围设备是接收来自PLC的信号的,同时还要将PLC的输入、输出点与之一一对应,对I/O进行分配。在此基础上确定PLC的选型。(3)根据控制系统的控制要求和所选PLC的I/O点的情况及高功能模块的情况,设计PLC用户程序,此时可采用梯形田、助记符或流程图语言形式的用户程序。PLC的用户程序体现

机械手的PLC控制设计及调试

目录 摘要 (2) ABSTRACET (3) 引言 (5) 1 PLC的发展历程和构成 (7) 1.1 PLC的发展史 (7) 1.2 PLC的构成 (8) 1.3 CPU的构成 (8) 1.4 I.O模块 (8) 1.5 电源模块 (9) 1.6 底版和机架 (9) 1.7 PLC系统的其他设备 (9) 2 机械手的组成 (10) 2.1 机械手的发展 (10) 2.2 动力臂的机械构造 (10) 2.3 控制和动力臂的机械构造 (11) 2.4 位置控制系统 (11) 2.5 负载反传系统 (11) 3 机械手PLC的发展历程和构成 (12) 3.1 根据工艺过程分析控制要求 (12) 3.2 确定所需的用户输入/输出设备及I/O点数 (15) 3.3 PLC的选择 (18) 3.4 分配PLCI/O点的编号(定义号) (18) 3.5 PLC程序设计 (18) 4 英文资料 (30) 个人小结 (35) 参考文献 (46)

机械手的PLC控制设计及调试 摘要 机械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。 机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、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；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。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的主从式操作手也常称为机械手 关键词:点控制机械手连续控制机械手可编程控制技术

基于PLC控制的机械手系统控制毕业设计论文开题报告

毕业论文(设计）开题报告

保持的握力的大小，均与油液的压力和活塞的有效工作面积有关。手臂做各种运动的速度决定于流入密封油缸中油液容积的多少。这种借助于运动着的压力油的容积变化来传递动力的液压传动称为容积式液压传动,机械手的液压传动系统都属于容积式液压传动。(3)可编程控制器(PLC) 可编程控制器（简称PLＣ）:是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换,并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点,同时物理实现也是PＬＣ与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场,输出应放大到工业控制的水平,能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器(CＰU)、存储器（RAM／ＲOM)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图所示：?图2-1 PLC基本结构图 ?当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PＬC 的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。如下: (一) 输入采样阶段在输入采样阶段,PLＣ以扫描方式依次地读入所有输入状态和 数据，并将它们存入I／Ｏ映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化，I／Ｏ映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 (二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RＡM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功

PLC控制机械手课程设计要点

1.课程设计目的 1.机械手的工作原理 1.1.1机械手的概述 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。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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大等特点，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。 例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5)宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 1.1.2 机械手的工作方式 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式。工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。当旋钮打向回原点时，系统自动地回到左上角位置待命。当旋钮打向自动时，系统自动完成各工步操作，且循环动作。当旋钮打向手动时，每一工步都要按下该工步按钮才能实现。以下是设计该机械手控制程序的步骤和方法。 1、机械手传送工件系统示意图，如图1所示。

图1 机械手传送示意及操作面板图 2.课程设计题目和要求 机械手顺序动作的要求是： 1) 按下起动按钮SB1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作。 2) 左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作。

机械手plc控制系统

电气控制设计 题目：机械手plc控制系统 课程：电气控制及可编程控制器 专业：电气工程及其自动化 学号： 班级： 姓名： 指导教师： 完成日期： 目录 一、任务书.................................................................................. 错误！未定义书签。

二、课程设计报告含输入输出设备清单、主电路.................. 错误！未定义书签。 三、控制流程图.......................................................................... 错误！未定义书签。 四、I/O地址分配表................................................................... 错误！未定义书签。 五、I/O接线图........................................................................... 错误！未定义书签。 六、梯形图及程序说明.............................................................. 错误！未定义书签。 七、指令助记符程序.................................................................. 错误！未定义书签。 八、课程设计总结...................................................................... 错误！未定义书签。 九、参考文献.............................................................................. 错误！未定义书签。 一．任务书 （一）、课程设计的目的和要求

基于PLC控制的机械手设计毕业论文PLC控制流程图设计

第三章 PLC控制流程图设计 3.1 PLC 选型及I/O分配点 基于PLC的机械手运动控制设计中所用到17个输入点，6个输出点分别对机械手的各种动作进行控制，其I/O分配表如下: 输入输出 SQ1 下限位I0.1 YV1 下降Q0.0 SQ2 上限位I0.2 YV2 上升Q0.2 SQ2 右限位I0.3 YV3 右移Q0.3 SQ4 左限位I0.4 YV4 左移Q0.4 SB1 上升I0.5 YV5 夹紧Q0.1 SB2 左移I0.6 YV5 原味指示灯Q0.5 SB3 松开I0.7 M1.4 回原点开始步第一种情况 SB4 下降I1.0 M12.2 回原点开始步第二种情况 SB5 右移I1.1 M1.0 回原点开始步第三种情况 SB6 夹紧I1.2 M0.5 原点标志 T37 2秒I1.3 M0.0 初始步 T38 2秒I1.4 M0.6 转换标志 T39 2秒I1.5 SM0.0 启动步 SA1 手动I2.0 SA2 回原点I2.1 SA3 单步I2.2 SA4 单周期I2.3 SA5 连续I2.4 SB7 启动I2.6 SB8 停止I1.7 表3-1

3.2 PLC选型 介于I/O分配点为17个输入6个输出点，I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据，选用西门子S7-200 PLC，S7系列PLC分为S7-200小型机、 S7-300中型机、S7-400大型机。S7-200系列PLC是西门子公司20世纪90年代推出的整体式小型机，其结构紧凑、功能强，具有很高的性能价格比，在中小规模控制系统中应用广泛。S7-200 CPU的类型发展至今，大致经历了两代，第一代产品，其CPU模块为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，本书不介绍该产品。第二代产品，其CPU模块为CPU 22X，主机都可进行扩展，它具有五种不同配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226和CPU226XM，除CPU 221之外，其它都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。该实验我们采用的是CPU226型PLC，其增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。CPU 226具备了24个输入点和16个输出点，能够满足设计需求。设计中的选用的电源为交流220V输入，而输出为直流24VDC晶体管型。为保证PLC安全，在安装和拆除S7-200之前，必须确认该设备的电源已断开。 3.3 PLC S7-200的工作方式和工作过程 S7-200有两种操作模式：停止模式和运行模式。CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作模式。在停止模式下，S7--200不执行程序，可以下载程序和CPU组态。在运行模式下，S7-200将运行程序。S7-200提供一个方式开关来改变操作模式，可以用方式开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作模式：当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当方式开关拨在运行模式，启动程序的执行；也可以将方式开关拨在TERM（终端）（暂态）模式，允许通过编程软件来切换CPU的工作模式，即停止模式或运行模式。如果方式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果方式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。

PLC机械手控制系统文献综述(包括外文翻译)复习过程

基于PLC的机械手控制系统 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一(张志献，2002)。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的牛产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故(杨永清等，2008)。 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义。 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 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以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术也越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。 目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有

基于PLC控制的多轴机械手设计方案

基于PLC控制的多轴机械手设计方案 目前世界高端工业机械手均有高精化、高速化、多轴化、轻量化的发展趋势。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，以减轻劳动强度，改善作业条件。随着社会生产不断进步和人们生活节奏的不断加快，机械手在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能得到广泛的运用。可编程序控制器（PLC）是工业控制中应用最广泛最可靠的控制器。本项目通过对机械手的组装和 PLC 系统的编程，实现多轴机械手可靠稳定的搬运工件。通过本项目的研制，研制人员提高了自主动手能力，掌握机电一体化综合设计技能，学习和掌握 PLC 语言的编写，且借此可以了解学习国内外机械手的发展水平。 1 总体部分 如图 1 所示，本项目研制的机械手教学实训设备的总体结构由机械部分和电气部分组成。 图 1 PLC 多轴机械手总体结构图 1.1 机械部分

机械手的机械部分总体结构由夹持部分、传动机构和旋转机构所组成。（1）夹持部分使用机械夹手与真空吸盘相结合的结构夹持工件，可根据被夹持工件的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头和真空吸盘，以适应操作。真空吸盘一般用橡胶制造，主要作用是将工件吸合便于搬运，最大限度的保护工件的外观，还具有易使用、零污染等优点；（2）传动机构由 XY 轴滚珠丝杠副组成，滚珠丝杠副传递力矩，完成工件在 XY 轴方向上的往复运动，其利用滚珠运动的原理可以具有较高的重复精度，实现运动的微进给，从而保证更准确的将运送工件至指定地点；（3）旋转机构 Z 轴由底座和机械手所组成，旋转机构扩大了机械手的动作范围，提高了机械手在搬运过程中的灵活性。 1.2 电气部分 PLC 控制多轴机械手电气部分主要由变压器，步进电机驱动器，直流电机驱动器，PLC 主机模块，控制面板等部分组成。（1）变压器作用是把 220V 的交流电压转换为电机与 PLC 工作的 24V 直流电压；（2）X 轴 Y 轴直线运动由步进电机实现，步进电机能够达到比较高的重复定位精度。步进电机驱动器将输入的电信号（或者脉冲信号）通过模数处理，转变为电机的步进运动与增量位移，控制机械运动；（3）机械手有两个旋转动作，分别是抓手轴的正反旋转和旋转底盘 Z 轴的正反旋转，其动作由直流无刷电机带动，可回旋 360°，无刷直流电机的驱动器采用 24V 直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护等特点；（4）

机械手PLC控制系统的组态仿真模拟

山西机电职业技术学院 毕业综合实践报告 题目：机械手PLC控制系统的组态仿真模拟 学生姓名段艳荣 学院名称山西机电职业技术学院 专业电气自动化技术 学号28140105 指导教师李潞生 电子电气工程系 二O一一年三月二十日

公司简介 立中车轮集团控股有限公司于2004年6月10日在新加坡注册成立，注册地址为哥烈码头10号海洋大厦19-08号。公司在中国下设六个子公司，分别为保定市立中车轮制造有限公司、秦皇岛戴卡美铝车轮有限公司、天津立中车轮有限公司、天津戴卡轮毂制造有限公司、天津那诺机械制造有限公司及内蒙古立中霍煤车轮有限公司。立中车轮集团控股有限公司于2006年10月在天津滨海新区设立天津车轮项目，项目总投资7.8亿元，注册资本2.6亿元，占地285，000多平方米（427亩）土地。项目分三期建设。计划于2011年前达成年产500万只铝合金汽车车轮的规模，项目建成后立中车轮控股有限公司的年产能将达到1060万只，将成为中国最大的汽车铝合金车轮制造厂商之一。 天津戴卡轮毂制造有限公司是立中车轮集团和中信戴卡强强联合的结晶（天津车轮项目一期工程）。地处于面积达2，270平方公里，继珠江三角洲、长江三角洲经济发展区之后的环渤海经济发展区（天津滨海新区）。 公司成立于2007年10月23日，建筑面积41712m2，投资方共有4家，分别为：中信戴卡轮毂制造股份有限公司、立中车轮集团、天津立中车轮制造有限公司、澳门瑞智投资有限公司；企业注册资本为6000万元人民币，项目总投资为15000万元人民币，专业从事设计，制造，销售汽车铝合金车轮产品，现集团公司产品有1400余种从12in～26in的电镀和喷涂铝合金车轮，销售区域广阔。 公司现有员工750余人,设计产能为年产200万只,并已全面投入生产。公司一直秉承“立中车轮、追求完美、服务用户、奉献社会”的经营方针，本着“诚信、勤勉、合作、发展”的公司理念，在强化内部管理，不断开发新品种的基础上，为用户提供优质的售前、售中、售后服务。