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1、基于PLC多维机械手控制系统的设计 翟文杰江苏科技人学毕业论文（设计）学院：电子信息学院专业：电气工程及其口动化学号：姓名：崔文杰课 题：基于PLC多维机械手控制系统的设计 指导教师：许运飞 职 称：年 月曰江苏科技人学电子信息学院毕业论文（设计）基于PLC多维机械手控制系统的设计摘要伴随着机电一体化在各个领域的应川，机械设备的自动控制成分显得越来越重 要，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的 劳动强度，茯至于危机生命。因此机械于就在这样诞生了，机械手是工业机器人系统中传 统的任务执行机构，是机器人的关键部件込一。其中的工业机械手是近代自动控制领域小 岀现
2、的一项新技术，它的发展是由于其积极作川正日益为人们所认识：它能部分地代替人 工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置來完成工件的传送和装 卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大人改善T人的劳动条件，显著地提高劳动生 产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。本设计采用西门子S7-200系列PLC作 为控制机对工业机械手进行控制及监控。关键词：可编程控制器PLC；机械于；伺服马达1江苏科技人学电子侍息学院毕业论文（设计）PLC-based control system for multi-dimensiorml design ofrobot Abstract Follows
3、the integration of machincry in each domain application, the mechanical device automatic control ingredient is appearing more and more importantly, industry manipulator is a new technology which in the modern automatic control domain appears, its development is because its positive role was knowing
4、day by day for the people: It can the partial zones for the manual control; Can defer to the production eraft the request, follows the certain procedure, the time and the position completes the work piece the transmission and loading and unloading; Can manufacture the essential machines and tools to
5、 carry on the wclding and the assembly thus greatly improves worker，s work condition, remarkably enhances the labor productivity, speeds up realizes the industrial production mechanization and the auto mated step. This design uses grinds the overseas Chinese laborer industry control computer totake
6、on the position machine, PLC carries on the monitoring and the performance data as the lower posi tion machine to freedom industries manipulator files away. Keywords: Programmable controller PLC; Machine hnd; MOTOR2江苏科技人学电子信息学院毕业论文（设计）日录I引4II绪论52.1多维机械手控制系统功能说明52. 2系统主要工作过程6III多维机械手控制系统硬件设计83. 1 PLC
7、 主机93.2各种限位开关.103.3各种电磁阀103.4传送带A的电机接触器11IV人机界血（选择部分）12V多维机械手控制系统软件设计15VI结论23参考文献24致谢253江苏科技人学电子信息学院毕业论文（设计）I引言现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低 成木和高质量的产品，为了满足这要求，生产设备和自动生产生产线的控制系统必须具有 极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这用要求出现的，它是以微处理器为基础 的通用工业控制装置。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展为8位机。 随着微处理器CPU和微型计算机在PLC中
8、的应用，形成了现代意义上的PLC。进入20世纪 80年代以来，随着大规模和超人规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和32位 微处理器构成的微机化PLC得到惊人的发展，使PLC在概念、设计、性能价格以及应川等 方血都有了新的突破。PLC的应用面广、功能强人、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。PLCC经 广泛应用在各种机械设备和生产过程的自动控制中，PLC在其他领域，例如民用和家庭的 自动化的应用也是得到迅速的发展。本文主要从硬件和软件两个方血介绍以S7 200系列PLC为核心的焊丝摆动控制系统的 组成和设计思路，本设计是以电焊机焊丝摆动控制系统为例。在这个控制系统中是用 CPU2
9、26和变频器来控制摆动的的速度，川8位分辨的传感器对速度进行采集，以完成焊丝 的摆动控制功能。文中将分别给出硬件接线图和给出主程序和流程框图。4II绪论可编程序控制器(PLC)已在工业生产过程的自动控制小得到了广泛的应用。它是以微处 理器为核心，综合计算机技术、H动控制技术和通信技术发展起來的-种通用的自动控制 装置，它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一-系列 优点;气动技术也是实现工业自动化的重要于段，并且已广泛地应用于齐工业部门，在机械 产品自动化、工业自动化及企业技术改造方面占有重要的地位。气压传动的介质来自于空 气环境污染小，工程容易实现。机械手在工业自
10、动化生产中得到了很好的利用，它可减少 人的重复操作，并且它还可以完成人无法完成的操作，从而大大地提高工业生产效率。2. 1多维机械手控制系统功能说明机械于系统的实现主要可以分为两个方面：一-个方 血是机械手机械结构的设计，这个属于机构设计的内容不属于木文要讨论的内容，因此不再讲述；而另一个方血是机械于控制系统的设计，属于自动控制领域的内容，而 传统的继电器控制的半自动化装置因设计复杂、接线繁杂、易受干扰，从而存在可靠性 差、故障动、维修困难等问题，U经不能满足机械手控制的需求。pic的出现和发展，为 这些问题的解决指明了方向。本文选择的是两门子S7-200系列的PLCo本文讲述的多维机械于，主
11、要是完成产生电阻的生产线上，产品的多方位转移，图1所 示为一生产线上机械手工作的示意。图1生产线上机械手工作示意图5江苏科技人学电子信息学院毕业论文(设计)此机械手在生产线上，主要的任务是将传送带A上的物品搬运到传送帶B上，这个是某 公司生产电阻生产线上的一个过程。要完成这一任务，根据外界情况机械手在空间上主要 进行以下动作：手指抓紧、于指放开、手臂左旋、手臂右旋、整体上升及整体下降。机械手完成上述这些动作主要是川液压系统来驱动，首先通过S7-200系列PLC对电磁 阀进行控制，然后用电磁阀控制液压系统來驱动机械手的动作。2. 2系统主要工作过程机械手的主要工作过程如下，如图2所示。T=2s整
12、体上升到位手臂kAb A 人応到位整体下降到位上升J TF卜障1图2机械于简单T作图（1）整体上升。是指机械手相对于工作台面做向上运动，使得机械手的高度满足要 求。（2）整体下降。是指机械于相对于工作台血做向下运动，使得机械于的高度满足要 求。（3）手臂左旋。是指保持整体高度不变，机械手相对于工作台面向左旋转到合适位 置，为从传送带A上取物品做好准备。（4）手臂右旋。是指保持整体高度不变，机械手相对于工作台血向右旋到合适位置, 为放物品到传送带B上做好准备。（5）于指抓紧。是指机械于从传送带A上抓取物品。（6）手指放开。是指机械手防物品到传送带B上。从设备的基木功能上來考虑，主要是要求PLC控
13、制的机械手能够在恶劣的工业生产线的 环境下安全而可靠地完成上述任务。基本仪器仪表接至总控制台的操作控制按钮图4电气控制柜的基木结构从设备的附加功能及方便实际中的一些需求，可以在系统这边; 界面，如控制按钮、简单的显示功能等。从生产设备的成本上来考, 虑到整个系统的最优惠、最实际的解决方案。综合这3个方面考虑，设计出如图3所示的多维机械手的功巒电气多维控制柜机械手图3多维机械手的功能框图其中，参维机械于部分在本小节的前面部分已经做详细的介 介绍一下电气控制柜的内部结构。电气控制柜的基本结构如图4所示。在电气控制柜的内部有算 这些仪器仪表用于显示一些机械于匸作的皋本参数，如供电电丿k、哇 在电气控
14、制柜的背后引出的线中，右一部分引到机械T-的整条生产 上，以便操控人员对机械手部分的控制。in多维机械手控制系统硬件设计根据上节的功能分析，可以设计多维机械手控制系统的硕 示。下面将依次详细地介绍硬件系统中的各个部分。图5多维机械手控制系统的硬件框图江苏科技人学电子侍息学院毕业论文（设计）3. 1 PLC主机 选择西门子S7-200系列PLC来作为多维机械手控制系统的控制主机。在 西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226XM等。此多维机械手控 制系统总共有8个数字量输入u, 7个数字量输出，共需15点I/O点数及程序容量，选择 了 CPU224作
15、为其主机。CPU224具有以下特性：（1）8KB程序储存器,典型的为2. 6K条指令。（2）2. 5K字数据储存器。（3）1个可插入的储存子模块。（4）14个数字量输入，有4个可用作硬件中断，10个用于高速功能。（5）10个数字量输出，其中2个可用作本机集成功能。（6）2个8位分辨率的模拟电位器。（7）数字量输入/输出，最多可以扩展成94个数字量输入，74个数字址输出。（8）模拟量输入/输出，最多可以扩展成28个模拟量输入与和7个模拟量输出，或者 是14个模拟量输出。（9）256个计数器,计数范围为032767。（10）具有256个内部标志位。（11）具有256个定时器,其中,分辨率为Ims的有4个，其定时范围为lms30s;分 辨率为10ms的有16个，其定时范围为lOmsSmin;分辨率为100ms的有236个，其定时范 围为 100ms54mino（12）具有4个中断输入。（13）6个32位的高速计数器，可作为加/减计数器用，或将增量编码器的两个互相之 间相移为90。的
