机械手控制装置论文.docx

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1、3.1 各电器设备的制方式及控制要求113.2 电器元件设备的选择123.3 控制系统的硬件设计153.4 控制系统的软件设计18第四章设计小结29第五章谢辞30参考文献31目录第一章概要21.1 本课题的意义21.2 本文的主要工作21.3 选择设计方案3第二章PLC的概述42.1 PLC的基本知识42.2 西门子S7-200的编程语言72.3 PLC的应用与前景811第三章PLC控制程序的设计第一章概要1.1 本课题的意义机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代科技的一个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、

2、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。1.2 本文主要做的工作1 .问题提出在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀

3、及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了。机械手的设计与操作也显得日益重要。2 .系统设计的主要内容(1)拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；(2)选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；(3)选定PLC的型号；(4)编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图；(5)根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言(常用梯形图)进行程序设计；3.课题分析机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；本设计中的机械

4、手采用关节式结构。各动作由气压驱动，并由电磁阀控制。动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则。机械手需要将工件从工作台甲移送至工作台乙上，其动作过程为下降，上升，右移，再下降，再上升，左移。这些动作均由电磁阀控制液压系统来驱动完成此外，机械手在夹送工件右行到位后，如果工作台乙上的工件尚未移走，机械手则停止运动，待工作台乙上的工件被运走后，机械手才能下降。限为位开关SQ0.0,SQ0.1,SQ0.2,SQ0.3分别对机械手的上升，下降，左转，右转进行限位,并给出了动作到位的信号。而夹紧，放松动作的转换则由时间继电器控制。另外还有光电开关ST5来检测工件是否移走.为下一个工作准备。1. 3选择设计

5、方案目前机械手的控制有两种方式，一单片机，二PLC.在机械手设计中相对PLC有以下优点：可编程控制器（PLC）由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改,易于扩展和维护，环境要求低、体积小巧，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。S1MATICS7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性价比的小型可编程序控制器，由于它具有结构小巧、可靠性高、运行速度快等特点，在许多行业中得到了广泛的应用。S7-200已有两代产品：第一代CPU模块为CPU21X,配有4种类型主机，它们的CPU是CPU212、214、215、216；第二代CPU模块为CPU22X,也有4种类型主机，它们的CPU是CP

6、U221、222、224、226,不同类型的CPU具有不同的技术特征。S7-200PLC的最大优点在于其灵活性及多功能性。灵活性是指其结构配置灵活，可根据控制任务配置大小、功能不同的扩展系统，使其使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的中小控制系统，应用领域广泛；多功能性一方面指它使用STEP7Micro/Win32,提供不同的编程语言和丰富的指令集，可以充分利用这些指令编写解决复杂任务的程序，另一方面它具有丰富的通信功能，使用户很容易地进行组网，其通信和实时性方面的优点,使它成为解决复杂自动化方案的理想控制设备。也可选择基于PIC16F877单片机的机械手控制系统的设计主要实现的是机械

7、手控制系统在PIC单片机中的实现问题.并从机械部分的工作原理,硬件接口的设计以及软件部分方面进行了设计的构想。但在机械手的设计中单片机有一些缺点1 .电路设计中，由于单片机系统的自保护能力差，因而需要配置较多的保护电路，以避免系统的崩溃。2 .机技术的发展，虽然可以实现单片机的在线编程，但是这远远满足不了机械手殊的系统对程序的增减、修改及运行中的监视等灵活性的要求。这些不灵活方便的话，会导致现场调试与维护变得很麻烦。3 .体技术、微电子技术的发展，使得单片机系统的抗干扰能力得到了很大的提高，但是还是很难满足一些特殊场合，尤其是恶劣的环境下的抗干扰要求。4 .PLC技术的发展，应用PLC就能很好

8、的解决单片机系统摧折的问题。基于PLC的控制系统安全、可靠、使用与维护方便。综上所述本设计中采用PLC设计。第二章PLC的概述2.1PLC基本知识在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解PLC,本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。一、PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进

9、行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）,现在，仍常常将PLC简称PCoPLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

10、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贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输

11、入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外，火力发电厂辅助车间，例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为，辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处

12、理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。二、PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。三、CPU的构成CPU是P

13、LC的核心，起神经中枢的作用，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,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，从用户程序存贮器中逐条读取指令，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。CPU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。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分

14、的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，10数量及软件容量等，因此限制着控制规模。四、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分为开关量输入（DI）,

15、开关量输出（D0）,模拟量输入（AI）,模拟量输出（A0）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（010V,0-5V,10.10V）等，按精度分,有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类字以下CE-I型T1100F、 Fl、 F2C20 C40S7-200EX20 EX40SR-20/21（1） .型PLCI/O点数256点，单CPU,8位或16微处理