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1、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 Desig of niut Mode
2、 ol tem Based PC BSTRAT modenidutr,te prdtio process of mechnizatn， automationha becoe a prominnttheme. Tday, obon th indusalaplicio abeen vey comon, esecil h manipulaorbe o PL contrl. Maiputor par ca imitat hma body up lim funtn,ane coroleaumaially, mae ts prouctsorrunng tols accordingto tpredeterm
3、ied reuirent or the operaionofauomated productn equment. To the csciosnesf th manpator accordng to the perr t omplteb ech actio, ou need o n thePL nput recnd roceues sociatedit themotion of themniulor. Foeopeatorto read poam, memonics soudbeunderstooand lder diaga,laddr dagram is inttnstic，impl,sron
4、g fexbility,mdif the advtge of conveiet, is a rgrammable cotrolris on of the mo use laguage. EYWRS: Robot，PLC,D 目录 前言1 第 1 章可编程控制器概述3 11 可编程控制器的产生与发展3 1.1可编程控制器的一般概念3 112 可编程控制器的产生和发展过程.4 12 可编程控制器的基本组成5 13 PLC 工作原理及其特点7 .31 LC 的工作原理 1.3.2PLC 的特点8 .4 PL的应用. 第 2 章 PLC 设计方案分析 1 LC 类型的选取.9 2.1.1 西门子 S-
5、200 系列简介9 .2西门子00 系列与三菱 F系列的比较.1 21.3PLC 类型的选取2 2.2 设计方案的整体分析.1 第 3 章 控制系统的控制原理1 .1机械结构和控制要求.4 3.2输入输出地址分配51 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.1 4.2 用步进顺序控制指令设计程序9 43梯形图12 结 论.36 谢辞.37 参考文献83 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5%是小批量生产，金属加工生产批量
6、中 有四分之三是在件以下,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
7、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I 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0,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0 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
8、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
9、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
10、 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可编程控制器的一般概念 可编程逻辑控制器（Prgrammabe Logi Contollr)通常称为可编 程控制器，英文缩写为 PC,是以微处理器为基础
11、,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AD/AM)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
12、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
13、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。 112可编程控制器的产生和发展过程 可编程控制器产生于0 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，6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
14、,即: (）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。 （）体积小于继电器控制装置。 ()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,2以上,能直接驱动电磁阀。 （）扩展时,原有系统只需做很小的改动。 （0）用户程序存储器容量至少可以扩展到 4KB。 199 年美国数字设备公司（DC）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。 197年，日本从美国
15、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 174 年开始研制,并于 177 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。 0 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 NMA(Na
16、tiona Electicl MufacturesAscato)将其正式命名为 PC（Programm ntroller)。后来,为区别个人计算机的简称，可编程控制器命名为 PC(Progmmbl Lgic ontrol)。 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 可编程控制器的基本组成 PL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 11 所示： 图 11C 的硬件系统结构 一直到现在的现场总线控制系统，C 更是其中的主角，其L的各组成 元素的构成及功能： (1)CP的构成及功能。CPU 是LC 的核心,起神经中枢的作用,主要由运 算器、
