毕业设计——气动机械手的PLC控制系统设计

1、摘 要气动机械手是一具有抓取和移动工件的功能，在现代应用是越来越广，因为它具有人所不具备的一些能力，它可以在高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害下工作。也可以使整个生产线更有规律性、稳定性、持续性以及保证恒久不变的工作状态，有效的提高生产率，有效计算产品生产数据和生产计划安排。气动机械手PLC的控制系统，有效的提高了气动机械手的整体技术性能起到了良好的作用。控制的对象是由两个机械手组成的机械手群，每个机械手完成八个基本动作，三个机械手互相配合动作。但是本文的重点放在PLC各个部分的设计和介绍、梯形图等。是一个水平或垂直运动的机械设备。机械手能完成左右移动，上下升降和手部的放手夹紧，放取和移动工件。关键词：气动机械手； PLC； 西门子S7-200；AbstractIs kind of pneumatic manipulator has the function of grab and move the artifacts, in the modern application is more and more widely, because it is what man does not h

2、ave some ability, it can be in high temperature, corrosive and toxic gases harm factors such as work. Can also make the whole production line more regularity 、stability、continuity and ensure constant working condition , effectively improve the productivity, the product to calculate the production data and production schedule.This thesis chose, pneumatic manipulator PLC control system, effectively improve the performance of the overall technology of pneumatic manipulator has played a good role. C

3、ontrol object is composed of two robot manipulator, each robot to complete the eight basic movements, two robots to cooperate with each other. But this article focuses on the design of each part of the PLC and introduction, ladder diagram etc.The main content of this paper is a horizontal or vertical movement of the mechanical equipment. Manipulator can be done about moving, lifting up and down and hand grip, take and down movement artifacts.Key words: Pneumatic manipulator; PLC; S7-200;目 录1 绪论1

4、1.1 课题背景及研究意义11.2 国内外现状12 机械手简介12.1 机械手的介绍12.1.1 机械手的构成22.2 机械手控制方式的选择22.2.1 PLC与工业控制计算机和集散控制系统的比较及选型23 可编程控制器33.1 PLC简介33.3.1 PLC的基本结构33.2 PLC的工作原理43.3.3 PLC的分类64 系统的控制方案74.1 输入/输出信号74.1.1 I/0地址分配94.2 PLC类型的选择114.2.1 S7-200基本型号和CPU的选择114.3 PLC外部接线125 气动机械手设计125.1 机械手的构成125.2 气动搬运机械手群结构135.3 软件设计135.3.1 机械手1的控制程序145.3.2 机械手2的控制程序165.3.3 机械手3的控制程序185.3.4 机械手群的控制程序20总结语22参考文献23致谢23IV武汉科技大学高职毕业设计1 绪论1.1 课题背景及研究意义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、机加

5、、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，国内外都十分重视它的应用和发展。由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。1.2 国内外现状近几年来，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广泛应用。电气可编程控制技术（PLC）与气动技术相结合，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、柔性自动生产线的迅速发展，对气动技术提出了更多更高的要求；微电子技术的引进，促进了电气比例伺服技术的发展，现代控制理论的发展，负气动技术从开关控制进进闭环比例伺服控制，控制精度不断进步；由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和本钱低廉等特点，国内外都在大力开发与研究。2 机械手简介2.1 机械手的介绍Mechanical hand也被称为自动手，Auto hand能模仿人手和手臂的动作功能，按固定程序抓

6、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。2.1.1 机械手的构成机械手简述：机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。1. 执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。2. 传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。3. 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作。动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。2.2

7、机械手控制方式的选择2.2.1 PLC与工业控制计算机和集散控制系统的比较及选型1. 各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展

8、功能，开放总线。2. 相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。3. 不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。综上所述，考虑各种情况，本课题选择PLC编程。3 可编程控制器3.1 PLC简介3.3.1 PLC的基本结构其硬件结构基本上与微型计

9、算机相同。1、 中央处理单元中央处理单元（CPU）是PLC控制器的控制中枢1。它按照PLC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PLC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映像区，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映像或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像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。为了进一步提高PLC控制器的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。3、电源PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC控制器直接连接到交流电网上去。4、程式输入装置负责提供操作者输入、修改、监视程式用作的功能。5、 输入输出回路负责接收外部输入元件信号和负责接收外部输出元件信号。3.2 PLC的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用

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