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PLC机械手操作控制系统.doc
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PLC机械手操作控制系统
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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。随着工业现代化
的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等
等。已经随处可见。同时,现代生产中,存在着各种各样的生产环境,如高温、放射性 、
有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这写恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术,是现代控制理论与工业生产自
动化实践相结合的产物。并以为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机
械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和身效益的有效手段之一。
尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。在我
国,近几年来也有较快的发展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重
视。
机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新装置。广泛应用于工业生产和其他领域 。
PLC 已在工业生产过程中得到广泛应用,应用 PLC 控制机械手能实现各种规定工序动
作,对生产过程有着十分重要的意义。论文以介绍 PLC 在机械手搬运控制中的应用,设
计了一套可行的机械手控制系统,并给出了详细的 PLC 程序。设计完成的机械手可以在
空间抓放、搬运物体等,动作灵活多样。
整个搬运机构能完成四个自由度动作,手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。
关键词:可编程控制器,PLC,机械手操作控制系统.
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目 录
第一章 概 述................................................................................................................................1
1.1 PLC 控制系统........................................................................................................................................1
1.1.1 PLC 的产生.................................................................................................................................2
1.1.2 PLC 的特点及应用....................................................................................................................2
1.2 选题背景................................................................................................................................................3
1.2.1 机械手简介.................................................................................................................................3
第二章 PLC 控制系统设计........................................................................................................6
2.1 总体设计................................................................................................................................................6
2.1.1 制定控制方案.............................................................................................................................6
2.1.2 系统配置.....................................................................................................................................6
2.1.3 控制要求.....................................................................................................................................9
2.1.4 控制面板...................................................................................................................................12
2.1.5 外部接线图...............................................................................................................................13
2.2.2 手动方式状态...........................................................................................................................17
2.2.3 回原点状态转移图:..............................................................................................................19
2.2.4 自动方式状态...........................................................................................................................20
第三章 控制系统内部软组件...................................................................................................21
3.1 内部软组件的概述..............................................................................................................................21
3.1.1 输入继电器...............................................................................................................................22
3.1.2 输出继电器...............................................................................................................................22
3.1.3 辅助继电器...............................................................................................................................23
3.1.4 状态组件...................................................................................................................................23
3.1.5 定时器.......................................................................................................................................24
参考文献.....................................................................................................................................25
第一章 概 述
1.1 PLC 控制系统
可编程控制器是以微处理器为基础,综合计算机技术,自动控制技术和通讯技术而
展起来的一种新型工业控制装置,它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者
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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,并已跃居工业生
产自动化三大支柱(可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位。
可编程控制器(简称 PLC)是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来,并逐渐
发展成以微处理器为核心,集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型
工业控制装置。
可编程控制器以其可靠性高,组合灵活,编程简单,维护方便等独特优势被日趋广
泛应用于国民经济的各个控制领域,它的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。
由于早期的可编程控制器只是用来取代继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺
序 控 制 功 能 , 因 此 人 们 称 之 为 可 编 程 序 逻 辑 控 制 器 ( Programmable Logic
Controller)简称 PLC。
1.1.1 PLC 的产生
PLC 是在激烈的市场竞争中产生的,20 世纪 60 年代么末,美国汽车制造业竞争激
烈。为适应生产工艺不断更新的需要,美国通用汽车公司(GM)对控制系统提出要求
为:(1)能替代由各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系用
导线连接起来的控制系统,由传统的继电——接触器控制,它简单易懂,价格低廉,能
够满足生产工艺改动频繁的需要;(2)编程简单;(3)模块式结构;(4)输入、输
出电压为交流 115V(美国标准),输出能直接驱动继电器和电磁阀;(5)抗电磁干扰强;
(6)具有数据通信功能。就是把继电——接触器控制的优点与计算机的功能齐全、灵
活性、通用性强的特点结合起来,用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电——接
触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司(DEC)在 1969 年根据上述要求,
研制出世界上首台可编程控制器,并在美国通用汽车公司的汽车装配现上应用成功,实
现了生产装配线的自动控制。
1.1.2 PLC 的特点及应用
PLC 能适应工业现场的恶劣环境,可靠性高(平均无故障工作时间可达数万小时,
甚至十几万小时)。在工业生产中一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力(例如:抗
振频率《=16HZ,振幅为 3mm;工作温度为 10~55 摄氏度;湿度为 35%~90%RH,
无凝结)。而 PLC 在这方面由独到之处:硬件上采用光电隔离装置以防止输出对输入的
反馈干扰;采用屏蔽措施防止空间电磁干扰(对高频干扰信号起到良好的抑制作用,抗
干扰强度为:峰值《=1000V,脉宽为 10us 的矩形波》;设置滤波环节,以消除外部
干扰和各模块之间的影响;采用连锁及互锁控制、自诊断电路和模块式结构等措施,以
提高硬件的可性及模块的互换性;在软件上采用了故障自检测、自诊断等措施。
PLC 软件简单易学。它用梯形图编程语言编程,类似于继电器控制线路图。
1. PLC 使用方便。PLC 品种繁多,系统扩展灵活。它采用积木式结构,具有各种
I/O 模块和 A/D、D/A 模块等,便于根据需要配置成各种不同规模上的分布式或集中式
的控制系统。PLC 的端子上接相应的输入、输出信号线即可,使用非常方便。当控制要
求改变时,要变更控制系统的功能,可用编程器修改程序。同一 PLC 装置还可用于不同
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/85177874/bg4.jpg)
的受控对象,只是输入、输出组件和应用的软件不同而已。PLC 的输入、输出可直接与
电压为交流 220V 或直流 24V 的强电相连,并有较强的带负载能力(如继电器输出电
流为 2A)。
2. PLC 体积小,重量轻,便于安装。它还配有自检和监控功能,能检测出自身的
故障,并随时显示给操作人员:能动态地监视控制程序的执行情况,为现场的调试和维
护提供了方便,此外由于接线少,维修时之需更换插入式模块,维护方便。
3. PLC 的应用范围广阔,目前已经应用于汽车装配、数控机床、机械制造、电力
石化、冶金钢铁、交通运输、轻工纺织等各行业。归纳起来,主要应用有 5 个方面:
(1)开关量逻辑控制:即代替继电——接触器控制系统,如冶金行业中的高炉上料系统,
轧钢机、连铸机、飞剪等的控制系统;机械工业中各种自动生产线、自动加工机床、机
械手、龙门羡铣床等的控制;轻工业中的注塑机、包装机、食品机械的控制以及日常生
活中的电梯控制等;化工行业重的各种泵、电磁阀的控制等。(2)模拟量 过程控制:各
种生产规程的自动控制中对温度、压力、流量等连续变化的模拟量进行的监测、调节控
制。;(3)机械件位置控制:主要是指 PLC 使用专用的位置控制模块来控制逼近电动
机或伺服电动机,从而实现对各种机械构建的运动控制,如控制构件的速度、位移、运
动方向等。PLC 的位置控制典型应用有:及其人的运动控制、机械手的位置控制、电梯
运动控制等;PLC 还可与计算机数控装置组成数控机床,以数字控制方式控制零件的加
工、金属的切削等,实现了告警度的加工。(4)现场数据采集处理::数据处理通常
用于诸如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大、中型控制系统中;(5)通信
联网、多级控制:PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机之间通信,要采用其专用通信
模块,并利用 RS——232C 或 RS——422A 接口,用双绞线或同轴电缆或光缆将他们
练成网络。由一台计算机与多台 PLC 组成的分布式控制系统进行“集中管理、分散控制”,
建立工厂的自动化网络。PLC 还可以连接 CRT 显示器或打印机,实现显示和打印。
1.2 选题背景
1.2.1 机械手简介
随着工业生产自动化程度的不断提高,制造系统的飞跃发展,自 80 年代柔性制造
系统进入实用阶段以来,使机械加工的面貌发生了质的变化,随着柔性制造技术、计算
机辅助技术和信息技术的发展,当今机械加工业已进入全盘自动化的时代,然而,装配
技术远落于加工技术,两者已形成了明显的反差,装配工艺已称为现代化生产的薄弱环
节,现代制造技术的发展已使传统的手工装配工艺面临严峻的挑战,因此,发展机械手
进行装配势在必行并日趋柔性化发展,工业机械手被越来越多的应用在涂漆、包装、焊
接、装配等生产环节来代替人工完成恶劣环境下的 劳动。
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