機械電子工程畢業(yè)設計-基于plc的機械手控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1課題研究背景及意義</p><p

2、>　　工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是一種仿人操作，自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械

3、裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產物，它是工業(yè)以及非產業(yè)界的重要生產和服務性設各，也是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備。</p><p>　　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。機械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工

4、業(yè)生產中應用的機械手被稱為“工業(yè)機械手”。</p><p>　　機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新技術，已經成為現(xiàn)代制造生產系統(tǒng)中的一個重要組成部分。機械手的結構形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機械手。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應性較強，可

5、在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產品種的中、小批量自動化生產，廣泛應用于柔性自動線。</p><p>　　機械手的迅速發(fā)展是由于它具有的積極作用正日益為人們所認識：其一，它能部分地代替人工操作；其二，它能按照生產工藝的要求；遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和卸載；其三，它能操作必要的機具進行輝接和裝配；其四，機械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應現(xiàn)場惡劣的環(huán)境。因此，它能大大地

6、改善工人的勞動條件，保障工人人身安全，顯著地提高勞動生產率，提高產品的質量與產量，節(jié)約原材料消耗以及降低生產成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。</p><p>　　因而,機械手受到各先進工業(yè)國家的重視,并投入了大量的人力物力加以研究和應用，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染性的場所,應用更為廣泛。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產的迅速發(fā)展，機械手在世界范圍內得以廣泛應用。因而對機械手的控制要求也越來越高，

7、若用傳統(tǒng)的繼電器控制方案進行控制，勢必造成系統(tǒng)元件多,接線繁雜、穩(wěn)定性差、故障率高,給工業(yè)生產帶來很多不便。針對這些問題如果采用性能價格比高的可編程序控制器PLC設計其控制系統(tǒng)，可使該系統(tǒng)的運行可靠性高、故障率低、維修方便,取得良好的工作效果[1]。</p><p>　　Programmable Logical Controller簡稱為PLC。但近年來,PLC米用微處理器</p><p>

8、;　　作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能,還有算術運算、模擬量處理甚至通</p><p>　　信聯(lián)網功能，正確應稱為PC，但為了與個人計算機有所區(qū)別,仍稱其為PLC。</p><p>　　PLC有以下幾大優(yōu)點:</p><p>　　(1)可靠性高，抗干擾能力強。工業(yè)生產一般對控制設備的可靠性要求很高，并且要有很強的抗干擾能力。PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，平均

9、無故障時間達到數萬小時以上，已被公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。</p><p>　　PLC本身具有較強的自診斷功能，保證硬件核心設備（CPU、存儲器、I/O總線等）在正常情況下執(zhí)行用戶程序，一旦出現(xiàn)故障則立即給出出錯信號，停止用戶程序的執(zhí)行，切斷所有輸出信號，等待修復。PLC的主要模塊均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路。在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精確的考慮，

10、在硬件上采用隔離，屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，在軟件上采用數字濾波等措施。與繼電器系統(tǒng)和通用計算機相比，PLC更能適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求。</p><p>　　(2)硬件配套齊全，使用方便，適應性強</p><p>　　PLC是通過執(zhí)行程序實現(xiàn)控制的。當控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序即可，最大限度地縮短了工藝更新所需要的時間。PLC的產品已標準化、系列化、模塊化，而且PLC及配套產品的模

11、塊品種多，用戶可以靈活方便地進行系統(tǒng)配置組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應的輸入/輸出信號線即可，不需要進行大量且復雜的硬接線，并且PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。</p><p>　　(3)編程直觀、易學易會</p><p>　　PLC提供了多種編程語言，其中梯形圖使用最普遍。PLC是面向用戶的設備，P

12、LC的設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖的簡單指令形式。梯形圖與繼電原理圖相似，這種編程語言形象直觀，易學易懂，不需要專門的計算機知識和語言，現(xiàn)場工程技術人員可在短時間內學會使用。用戶在購買PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和進行簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。</p><p>　　(4)系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便

13、60;</p><p>　　PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大為減少。同時PLC的用戶程序大部分可以在實驗室進行模擬調試，模擬調試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產現(xiàn)場，進行聯(lián)機調試，既安全，又快捷方便。 </p><p>　　PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。當發(fā)生故障時，可以根據PLC的狀態(tài)指示

14、燈顯示或編程器提供的信息迅速查找到故障原因，排除故障。</p><p>　　(5)體積小，能耗低 </p><p>　　由于PLC采用了半導體集成電路，其體積小，重量輕，結構緊湊、功耗低、便于安裝，是機電一體化的理想控制器。對于復雜的控制系統(tǒng)，采用PLC后，一般可將開關柜的體積縮小到原來的1/10--1/2[2]。</p><p>　　1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展

15、趨勢</p><p>　　1.2.1機械手的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　機械手目前多數應用于機床、模鍛壓力機的上下料,以及點輝、噴漆等作業(yè),它可按事先制訂的程序完成操作,但普通不具備傳感反饋能力,不能應付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時,將引起零件甚至機械手本身的損壞。目前工業(yè)機械手的應用逐步擴大,技術性能在不斷提高。由于發(fā)展時間較短,人們對它有一個逐步認識的過程,機械手在技術上還

16、有一個逐步完善的過程:</p><p>　　(1)擴大機械手在熱加工行業(yè)上的應用</p><p>　　目前國內機械手應用在機械工業(yè)冷加工作業(yè)中的較多,而在鑄、鍛、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復雜、環(huán)境溫度高等,給機械手的設計、制造帶來不少困難,這就需要解決技術上的難點,使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務。同時,在其它行業(yè)和工業(yè)部門,也將隨著工業(yè)技術水平

17、的不斷提高,而逐步擴大機械手的使用。</p><p>　　(2)提高工業(yè)機械手的工作性能</p><p>　　機械手工作性能的優(yōu)劣,決定著它能否正常地應用于生產中。機械手工作性能中的重復定位精度和工作速度兩個指標,是決定機械手能否保質保量地完成操作任務的關鍵因素。因此要解決好機械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求,除了從解決緩沖定位措施入手外,還應發(fā)展?jié)M足機械手性能要求價格低廉的電液伺服閥,將伺

18、服控制系統(tǒng)應用于機械手上。</p><p>　　(3)發(fā)展組合式機械手</p><p>　　從機械手本身的特點來說,可變程序的機械手更適應產品改型、設備更新,多品種小批量的要求,但是它的成本高,專用機械手價格低廉,但適用范圍又受到限制。因此,對一些特殊用途的場合,就需要專門設計、專門加工,這樣就提高了產品成本。為了適應應用領域分門別類的要求,可將機械手的結構設計成可以組合的型式。組合式機械

19、手是將一些通用部件(如手臂伸縮部件,升降部件、回轉部件和腕部回轉、俯仰部份等)根據作業(yè)的要求,選擇必要的能完成預定機能的單元部件,以機座為基礎進行組合,配上與其相適應的控制部分,即成為能完成特殊要求的機械手。它可以簡化結構,兼顧了使用上的專用性和設計上的通用性,便于標準化、系列化設計和組織專業(yè)化生產,有利于提高機械手的質量和降低造價,是一種有發(fā)展前途的機械手。</p><p>　　(4)研制具有“視覺”和“觸覺”

20、的所謂“智能機器人”</p><p>　　對于需用人工進行靈巧操作及需要進行判斷的工作場合,工業(yè)機械手很難代替人的勞動。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等,機械手不能自動分辨糾正,而只能停機,待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。因此,人們對機械手提出了更高的要求,希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能,使之對物件進行判斷、選擇,能連續(xù)調節(jié)以適應變化的條件,并能進行“手、腳”協(xié)調動作。這就需要一個能處理大量信息的

21、計算機,要求人與機器“對話”進行信息交流。這種帶“視覺"、觸覺”反饋的,由計算機控制的,具有人的部分“智能”的機械裝置稱為“智能機器人”。所謂“智能”是包括識別、學習、記憶、分析判斷的功能。而識別功能是通過“視覺”、“觸覺”和“聽覺”等感覺“器官”認識對象的。具有感覺功能的機器人,其工作性能是比較完善的,能夠準確地夾持任意方位的物件,判斷物件重量,越過障礙物進行工作,自動測出夾緊力大小,并能自動調節(jié),適用于從事復雜、精密的操作

22、,如裝配作業(yè)等,它有著一定的發(fā)展前途。</p><p>　　智能機器人是一種新興的技術,對它的研究將涉及到電子技術、控制論、通訊技術、電視技術、空間機構和仿生機械學等學科。它是當代自動控制技術的一個新興的領域。隨著科學技術的發(fā)展,智能機器人將會代替人做更多的工作。為此,機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手,設它擁有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化作相應的變更,如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正,并自行檢測。

23、重點是研究“感覺”功能,將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結合,從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)[3]。</p><p>　　1.2.2 PLC的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　微處理器技術、存儲技術的發(fā)展十分迅猛，功能更強大，價格更便宜，研發(fā)的微處理器針對性更強。這為可編程序控制器的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。大型可編程序控制器大多采用多CPU結構，不斷地向高性能、高速

24、度和大容量方向發(fā)展?？删幊绦蚩刂破鱌LC目前的主要應用方面: </p><p><b>　　(1)邏輯控制</b></p><p>　　可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯運算的能力，可以實現(xiàn)邏輯運算，用觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制，定時控制與順序邏輯控制。數字量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產線，其應用領域最為普及，包括微電

25、子、家電行業(yè)也有廣泛的應用。</p><p><b>　　(2)運動控制</b></p><p>　　可編程序控制器使用專用的運動控制模塊，或靈活運用指令，使運動控制與順序控制功能有機地結合在一起。隨著變頻器、電動機起動器的普遍使用，可編程序控制器可以與變頻器結合，運動控制功能更為強大，并廣泛地用于各種機械，如金屬切削機床、裝配機械、機器人、電梯等場合。</p&

26、gt;<p><b>　　(3)過程控制</b></p><p>　　可編程序控制器可以接收溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量，通過模擬量I/0模塊，實現(xiàn)模擬量(Analog)和數字量(Digital)之間的A/D轉換和D/A轉換，并對被控模擬量實行閉環(huán)PID（比例-積分-微分）控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，此功能已經廣泛地應用于工業(yè)生產、加熱爐、

27、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。</p><p><b>　　(4)數據處理</b></p><p>　　可編程序控制器具有數學運算、數據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以是運算的中間參考值，也可以通過通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們保存、打印。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造

28、系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p>　　(5)構建網絡控制。</p><p>　　可編程序控制器的通信包括主機與遠程I/0之間的通信、多臺可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設備(如計算機、變頻器)之間的通信?？删幊绦蚩刂破髋c其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。</p>

29、<p>　　在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的PID指令和智能PID模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應、參數自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高[4]。</p><p>　　PLC的發(fā)展趨勢有以下幾個方面：</p><p>　　(1)向普及化方向發(fā)展</p><p>　　由于微型可編程序控制器的價格便宜，體積小、重量輕、能耗低

30、，很適合于單機自動化，它的外部接線簡單，容易實現(xiàn)或組成控制系統(tǒng)等優(yōu)點，在很多控制領域中得到廣泛應用。</p><p>　　(2)向模塊化、智能化發(fā)展</p><p>　　可編程序控制器采用模塊化的結構，方便了使用和維護。智能I/O模塊主要有模擬量I/O、高速計數輸人、中斷輸入、機械運動控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路BCD碼輸人/輸出、模糊控制器、PID回路控制、通信等模塊

31、。智能I/O模塊本身就是一個小的微型計算機系統(tǒng)，有很強的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨工作。它們可以完成可編程序控制器的主CPU難以兼顧的功能，簡化了某些控制領域的系統(tǒng)設計和編程，提高了可編程序控制器的適應性和可靠性。</p><p><b>　　(3)向軟件化發(fā)展</b></p><p>　　編程軟件可以對可編程序控制器控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即

32、設置硬件的結構和參數，例如設置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊的參數、各串行通信接口的參數等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉換。可編程序控制器編程軟件有調試和監(jiān)控功能，可以在梯形圖中顯示觸點的通斷和線圈的通電情況，查找復雜電路的故障非常方便。歷史數據可以存盤或打印，通過網絡或Modem卡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。</p><p>　　(4)向通

33、信網絡化發(fā)展</p><p>　　伴隨科技發(fā)展，很多工業(yè)控制產品都加設了智能控制和通信功能，如變頻器、軟啟動器等。可以和現(xiàn)代的可編程序控制器通信聯(lián)網，實現(xiàn)更強大的控制功能。通過雙絞線、同軸電纜或光纖聯(lián)網，信息可以傳送到幾十公里遠的地方，通過Modem和互聯(lián)網可以與世界上其他地方的計算機裝置通信。</p><p>　　相當多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計算機加可編程序控制器的方案，通過串行通信

34、接口或網絡通信模塊，實現(xiàn)上位計算機與可編程序控制器交換數據信息。組態(tài)軟件引發(fā)的上位計算機編程革命，很容易實現(xiàn)兩者的通信，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設計時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。國際上比較著名的組態(tài)軟件有Intouch、Fix等，國內也涌現(xiàn)出了組態(tài)王、力控等一批組態(tài)軟件。有的可編程序控制器廠商也推出了自己的組態(tài)軟件，如西門子公司的WINCC[5]。</p><p><b>　　2.系統(tǒng)硬件設計&l

35、t;/b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)方案分析</b></p><p>　　在工業(yè)自動化生產中常用的控制系統(tǒng)：傳統(tǒng)繼電器——接觸器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)這三種。本設計選用PLC控制系統(tǒng),因為其具有更好的使用性、經濟性、可靠性、通用性，同時使用點位控制，。當機械手動作流程改變時，只需改變PLC程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。</p&g

36、t;<p>　　機械手的設計最終目的是可以完成工件的傳輸，主要動作是下降、夾緊、上升、左移、下降、放松、上升、右移回原位和工序延時控制，控制動作基本上是以簡單的順序邏輯動作為主，屬于典型的繼電邏輯順序動作控制系統(tǒng)。選用兩自由度的機械手</p><p>　　即可完成在平面內任意位置抓取物體并移到下一工位[6]。</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)方案設計</p>

37、<p>　　通過分析機械手選擇二自由度即可滿足需求。本設計中機械手采用上下升平面結構，一個循環(huán)周期可分為八個工步。機械手可實現(xiàn)自動、單動、手動[7]。</p><p>　?。?）自動控制。一旦系統(tǒng)啟動之后，就可以按照工程要求進行控制。整個控制過程無人干預。一個循環(huán)之后可以自啟動下一個循環(huán)。由于整個過程無需人工干預，所以對整個系統(tǒng)的輸入/輸出要求都很嚴格，系統(tǒng)的可靠性、安全性設計尤為重要。</p&g

38、t;<p>　?。?）單動控制。這種控制的特點是，一旦控制系統(tǒng)被啟動起來之后，控制過程將自動完成。不需要人工去干預。但是，當一個周期完成以后，它會停止而不會繼續(xù)啟動系統(tǒng)運行。如果系統(tǒng)需要再次啟動則必須再次人工啟動。所以又把這種控制叫半自動控制。這種控制在實際控制中很常見，它比手動控制方便，速度也很快。雖然它比自動控制速度慢些，在控制過程中進行參數的修改、調整比自動控制更方便。</p><p>　?。?/p>

39、3）手動控制?？刂七^程主要靠手動去實現(xiàn)。只是有個別環(huán)節(jié)，如連鎖保護、過限保護等環(huán)節(jié)可以自動實現(xiàn)。手動控制是一種最基本的控制方法，特別是系統(tǒng)在調試和維修過程中必不可少。</p><p>　　如圖2.1所示，為機械手的結構設計，用電機正反轉來控制機械手的上下移動和左右移動。用限位開關來控制小車的位置，從而把工件從工作臺A移到工作臺B[8]。</p><p>　　I0.6左限位I0.7右限位&

40、lt;/p><p><b>　　I0.4上限位</b></p><p><b>　　夾緊</b></p><p><b>　　放松</b></p><p><b>　　I0.5下限位</b></p><p><b>　　工件&

41、lt;/b></p><p>　　圖2.1 機械手結構示意圖</p><p>　　根據系統(tǒng)設計方案，則機械手的控制面板如下圖，圖2.2。控制面板的設計可便于按鍵的選擇，其分為左右兩部分。左為控制方式，右為手動控制按鈕。當選擇了手動控制后，可根據需要通過右部分控制對機械手進行控制。當按停止鍵時，所有的程序都停止[9]。</p><p>　　圖2.2 機械手控制面

42、板設計</p><p><b>　　2.1.2控制要求</b></p><p><b>　　機械手的順序控制：</b></p><p>　　(1)下降：當傳送帶上有工件時，機械手由原點位置開始下降，下降到位時，碰到下極限開關機械手停止下降，同時接通夾緊電磁閥線圈。</p><p>　　(2)夾緊工件

43、：當機械手夾緊到位時，夾緊工件并延時十秒，然后機械手上升</p><p>　　(3)上升：當工件被夾緊時，機械手開始上升，上升到位時，碰到上極限開關，機械手停止上升。</p><p>　　(4)右移：當機械手上升到位時，機械手開始右移，右移到位時，碰到右極限開關，機械手停止右移</p><p>　　(5)下降：當機械手右移到位時，機械手重新開始下降，下降到位時，碰到

44、下極限開關，機械手停止下降，同時斷開夾緊電磁閥。</p><p>　　(6)放松工件：當下降停止時，斷開夾緊電磁閥，放開工件并延時十秒。</p><p>　　(7)上升：工件松開后，機械手開始上升，上升到位時，碰到上極限開關，機械手停止上升。</p><p>　　(8)左移：當機械手上升到位時，碰到上極限開關，機械手停止上升，同時機械手開始左移，當左移碰到左極限開關

45、時，機械手回到原位。</p><p>　　手回到原點，機械手工作一個周期完成，完成一次送料。機械手工作流程圖如下所示。</p><p><b>　　下限上限</b></p><p>　　啟動 右限</p><p>

46、<b>　　左限上限下限</b></p><p>　　圖2.3 機械手工作流程圖</p><p>　　2.2 PLC的選型和連接</p><p>　　2.2.1輸入/輸出端子地址分派</p><p>　　從工藝要求中可以看出，從控制方式選擇上需要三個啟動按鈕，分別完成自動方式I0.0、單動方式I0.1、手動方式I0.

47、2的啟動，還需要一個停止按鈕來處理在任何情況下的停止運行。機械手的運動限位開關有四個，即上限位開關I0.4，下限位開關I0.5，左限位開關I0.6，右限位開關I0.7。手動控制輸入信號由五個按鈕組成，下降按鈕I1.0，上升按鈕I1.1，夾緊按鈕I1.2，左移按鈕I1.3，右移按鈕I1.4。工作臺上有工件檢測的輸入信號I1.5,共有14個輸入信號[10]。</p><p>　　輸出信號有機械手下降驅動信號，上升驅動

48、信號，右移驅動信號，左移驅動信號和機械手夾緊驅動信號，原位指示信號，共有6個輸出信號。故輸入輸出表如下表2.1所示。</p><p>　　表2.1 機械手輸入/輸出分派表</p><p>　　2.2.2 PLC的選型</p><p>　　根據機械手的輸入/輸出分派可知，機械手共有14個輸入和6個輸出，故選擇cpu224可滿足要求。</p><p&

49、gt;　　cpu224：它有14輸入/10輸出，I/O共計24點。和cpu221和cpu222相比，存儲容量擴大一倍，它可以有7個擴展模塊，有內置時鐘，有更強的模擬量和高數計數的處理能力，是使用的最多的s7—200產品。</p><p>　　圖2.4 cpu224實體圖</p><p>　　2.2.3 PLC接線圖</p><p>　　圖2.5 cpu224的外部

50、接線圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)程序設計</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)程序的總體結構</p><p>　　S7-200的程序結構有兩種，即線性結構和分塊結構。在程序設計中叫線性程序設計和分塊程序設計。由于線性程序結構簡單不易用于分支較多的控制程序。所以選擇分塊程序設計方法。</p><p>　　分塊程

51、序是根據工程特點，把一個復雜的控制工程分為多個比較簡單的、規(guī)模較小的控制任務?？梢园堰@些控制任務分給一個一個子程序塊。在子程序中編制具體任務的控制程序，最后由主程序調用的方式把整個控制程序統(tǒng)管起來。</p><p>　　可以看出，分塊程序有更大的靈活性，適用于比較復雜、規(guī)模較大的控制工程的程序設計。由于具體任務的控制程序分別在各自的子程序中編制，而具體任務的控制程序相對來說都比較簡單，用比較簡單的線性程序就能夠實

52、現(xiàn)，因而可以使程序的編制相對的容易。而且當覺得用一個線性程序編制具體任務的控制程序還有困難時，可以在編制具體任務控制程序時，再一次使用分塊結構程序編程，因而使編程簡單容易。另外分塊程序也給程序的調試帶來方便。由于程序是分塊的，調試程序也可以分塊進行，等局部程序調試完之后，再總體合成，可以看出分塊程序便于測試。當工藝發(fā)生變化時，只需要修改變化部分程序。分塊結構的應用最廣泛。</p><p>　　機械手為具有多種工作

53、方式的復雜系統(tǒng)，首先將系統(tǒng)的程序按工作方式和功能分成若干部分，然后分別對每部分經行設計。</p><p>　　運用這種編程思想可根據機械手的工作方式，將程序分為公用程序即主程序、手動程序和自動程序三個部分，其中自動程序包括單動和自動的程序，因為它們的工作都是按照同樣的順序經行，將它們合在一起編程更加簡單。而手動程序單獨編程有利于簡化程序[11]。</p><p>　　程序的總體結構如圖3.

54、1所示。梯形圖中使用子程序調用指令使得手動程序、自動程序不會同時執(zhí)行。</p><p>　　圖3.1 機械手用梯形圖編程的總體結構</p><p><b>　　3.2主程序的設計</b></p><p>　　主程序的梯形圖如下，當機械手在原點時，原位指示燈亮。則按自動開關I0.0,、單動開關I0.1或手動控制開關I0.2，均實現(xiàn)自鎖，并調用各自

55、子程序。而自動、單動和手動不可同時進行，故彼此互鎖，確保安全。與此同時，當自動、手動、單動三個檔，由于誤操作按下任意兩個時PLC都停止工作[12]。</p><p>　　3.3自動、單動程序的設計</p><p>　　3.3.1自動控制、單動流程圖 </p><p>　　圖3.2 自動控制、單動流程圖</p><p>　　3.3.2自動、單

56、動程序梯形圖</p><p>　　自動、單動的條件是機械手在原點，即上限位I0.4，左限位I0.6至1，并檢測到工作臺上有工件時，開始實現(xiàn)程序運行。若機械手不在原點，可以先調到手動控制檔，使機械手回到原位。由于電機驅動信號下降Q0.0和上升Q0.1是兩個驅動信號實現(xiàn)電機正反轉，故不可同時進行，否者可能損壞電機，故在程序中設計互鎖。右移Q0.2、左移Q0.3同理，設置互鎖，確保安全。電機的運動和停止由它相鄰的兩個限

57、位開關控制。用兩個定時器T101、T102來控制夾緊放松的時間[13]。</p><p>　　3.4手動程序的設計</p><p>　　當控制方式選擇手動時，按手動開關下降I1.0、上升I1.1、夾緊I1.2、左移I1.3、右移I1.4則輸出電機驅動信號，機械手實現(xiàn)手動，當遇到限位開關時，機械手停止[14]。</p><p>　　4系統(tǒng)的調試仿真及設計總結</

58、p><p><b>　　4.1系統(tǒng)調試仿真</b></p><p>　　系統(tǒng)程序的設計是通過PLC編程軟件“STEP7-Micro/WIN32”環(huán)境進行編程，該軟件是基于windows平臺的應用軟件。是s7-200plc編程的專用軟件[15]。</p><p>　　圖4.1 STEP7-Micro/WIN32 4.0軟件</p>&l

59、t;p>　　用西門子PLC仿真器對程序進行仿真，下圖為部分監(jiān)控仿真結果。</p><p>　　圖4.2 當機械手在原位時</p><p>　　圖4.3當機械手在左放松下降時</p><p>　　圖4.4 當機械手在左抓緊工件上升</p><p><b>　　4.2設計總結</b></p><p&

60、gt;　　基于PLC的機械手控制系統(tǒng)已經在工業(yè)領域運用的很成熟,它是集機械、液壓、電子、控制等多學科于一體的控制系統(tǒng)。本文較完整的設計了二自由度電動機驅動機械手的控制系統(tǒng),具有普遍性和實用性。在可編程程序控制器(PLC)的控制下,實現(xiàn)把物料從一個工位傳送到下一個工位,能夠準確的定位,可靠的完成各項動作。在工作過程中可以通過PLC監(jiān)控軟件實時顯示出機械手的工作狀態(tài),這樣就可以方便對機械手的控制。在完成畢業(yè)設計的過程中對機械手在工業(yè)領域的運

61、用有了較全面的認識;熟悉了PLC在工業(yè)控制方面的運用，在了解PLC基本工作原理基礎上,設計了以PLC為核心的控制系統(tǒng)。對PLC的編程思路和方法有了進一步的認識和強化。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]黃偉.胡青龍.機械手PLC控制系統(tǒng)的設計[J].2008年</p><p>　　[2]程周.電氣控制與PL

62、C原理及應用[M].電子工業(yè)出版社.2006年</p><p>　　[3]李允文.工業(yè)機械手設計[M].電子版</p><p>　　[4]陳潔.現(xiàn)代PLC控制技術與發(fā)展[J].2004年</p><p>　　[5]陳潔.新技術形勢下PLC的發(fā)展前景[J].2004年</p><p>　　[6]廖常初.PLC編程及應用 第3版.北京.

63、機械工業(yè)出版社.2011.3-4 </p><p>　　[7]張進秋,陳永利,張中民.可編程控制器原理及應用實例.北京.機械工業(yè)出版社.2004.3-4 </p><p>　　[8]柴瑞娟,陳海霞.西門子PLC編程技術及工程應用.北京.機械工業(yè)出版社.2007.90-91 </p><p>　　[9]高欽和,黃焱.PLC應用開發(fā)案例精選

64、(第二版).北京.人民郵電出版社.2008.13-14</p><p>　　[10]高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例.北京.人民郵電出版社.2004.164-165  </p><p>　　[11]何衍慶,黎冰,黃海燕.可編程控制器編程語言及應用.北京.電子工業(yè)出版社.2006.195-196</p><p>　　[12]張宏林.PLC應用

65、開發(fā)技術與工程實踐（第2版）.北京.人民郵電出版社.2008.217-219</p><p>　　[13]龔仲華,付方明.S700-200/300/400PLC應用技術-通用篇.北京.人民郵電出版社.2007.  </p><p>　　[14]孫同景,陳桂友.PLC原理及工程應用.北京.機械工業(yè)出版社.2008.18-19  </p>

66、<p>　　[15]晁陽,胡軍,熊偉.可編程控制器原理應用與實例解析,北京.清華大學出版社.45-47 </p><p>　　[16]洪志育,陳昇.例說PLC.人民郵電出版社. 北京.2006.250-260 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是在張煥梅老師的親切關懷和悉

67、心指導下完成的。張煥梅老師總是給予我學術上的指導和幫助。從設計硬件方案的制定、到軟件程序的編寫都給予了精心的指導和督促。張煥梅老師淵博的理論知識、嚴謹的治學學風、兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度以及務實奮進和寬厚待人的生活作風,給我極大的鼓舞和啟迪,使我終身受益,將是學生永遠學習的楷模。時值論文完成之際謹向張煥梅老師其家人致以衷心的感謝和真誠的祝福。</p><p>　　此外,太原工業(yè)學院為我提供了學習、設計所需的各類資源,在

68、各個階段我都得到了老師的幫助和指導。在此向偉大的母校表示感謝,感謝給我提供這么良好的學習環(huán)境。特別要感謝孫錫龍老師給予我無私的幫助!</p><p>　　值此論文完成之際,作者謹此向以上所有給予我關心和幫助的人們致以衷心的感謝!</p><p>　　最后,感謝一切關心幫助我的師長、同學和朋友們!</p><p><b>　　附錄</b><