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1、PLC在机械手控制系统中的应用PLC在机械手控制系统中的应用摘 要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。它是集自动控制技术、计量技术、新型传感器技术、计算机管理技术于一体的自动控制产品。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，广泛应用在工业生产及其它领域。应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。本文首先对机械手控制的研究现状进行了分析，详细列举了常用的机械手控制方式。其次，利用PLC控制实现了工业现场中常见的机械手控制
2、。对控制回路硬件和软件的设计使该系统能实现机械手在两个工作台之间工件的搬运，包括左移、右移、上升、下降、夹紧和放松六个动作过程，并且可实现手动操作和自动操作的转换。最后，利用iFIX组态软件对系统进行组态，实现了对该系统的远程实时监控，使得系统得到最合理的控制。关键字 PLC 机械手 控制 iFIXTHE APPLICATION OF PLC IN ROBOTIC MANIPULATORS CONTROL SYSTEMABSTRACTThe manipulator is a new device developed in the mechanized, automatic production
3、 process. It is one automation control product which integrates automatic control technology, measurement technology, new sensor technology and computer technology. The manipulator can catch, put and handle goods in the space. Because of its flexibility, the manipulator is widely used in industrial
4、producing and other fields. Manipulator with PLC control can complete various specified procedural actions. Not only can it enhance the quality and output of products, but also it is meaningful to ensure the personal security, improve the working environment, lower the labor intensity, raise the lab
5、or productivity, save the raw materials consumption and reduce the production cost.First, this article analyses the situation of the research and displays the control mode about the manipulator control. Second, the common robot control is realized in the industrial field by using the PLC control. Th
6、anks to the design of the control loop about hardware and software, the system can complete the task that workpiece is moved between the two tables by controlling the corresponding cylinder, including the six action process of the manipulator left and right, up and down and the manipulator clamping
7、and relax. And it also achieves the manual and automatic operation. Last, this article also chooses iFIX configuration software to configure for the system. And it implements the remote and online observation, allowing the system to be the most reasonable control.KEYWORDS PLC Manipulator Control iFI
8、XII目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1引言11.2 国内外机械手的研究现状及其实际意义11.3 本课题研究的主要内容32 机械手控制系统的分析42.1机械手控制系统的控制方式42.2机械手控制的基本工艺和控制要求42.3操作面板布置63 机械手控制系统的PLC控制的硬件设计73.1 PLC的选型73.2 输入/输出端子地址分配83.3 控制系统的电气原理图84 机械手控制系统的PLC控制的软件设计104.1 PLC程序设计思想104.2 系统的程序流程图104.3 机械手控制系统软件的整体设计125 监视系统的设计185.1 组态软件iFIX的简介185.2 系统环境的选取185.
9、3 组态界面设计195.4 运行状态显示22结 束 语24致 谢25参考文献26附 录271 绪论1.1 引言随着工业自动化的发展，自动化设备代替人工作业成为现代工业发展趋势。工业机器人的发展和应用，结合计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，引导工业自动化向一个新的领域过渡。机械手作为一种自动执行设备，能模仿人手和手臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或进行装配操作。它可代替人进行繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全1。机械手控制系统就是将机械手的运行通过一整套的系统进行完全控制。这种控制系统使机械手拥有很高的效率性、精确性、实用性和低造价，并同时具有移
10、动和操作功能。而可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller, 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、安装测试方便等性能在工业控制中有着广泛的应用。1.2 国内外机械手的研究现状及其实际意义国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速
11、度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元2。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩15。目前世界高端工业机械手向高精化，高速化，多轴化，轻量
12、化的发展趋势17。定位精度可以满足微米级及亚微米级要求，运行速度可以达到3m/s，负载2Kg的产品系统总重已突破100Kg。更重要的是将机械手、柔性制造系统(Flexible Manufacturing Systems, FMS)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell, FMC)相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展17。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化、自
13、动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故3。在机械工业中，机械手的应用具有以下意义：第一，可以提高生产过程的自动化程度。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。第二，可以改善劳动条件、避免人身事故。在高温
14、、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。第三，可以减少人力，便于有节奏的生产。应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产4。1.3
15、本课题研究的主要内容通过对本系统的分析研究，明确了本次设计的主要任务有以下几点：（1）根据设计任务书的要求，完成该系统的机械手控制系统的构建。（2）对机械手动作的过程进行设计分析，实现各个部分的硬件构建和软件设计，满足系统的工艺要求。（3）对系统工艺的各环节选型，并对其进行深入的探讨。（4）利用iFIX组态软件对人机界面进行设计，实现对整个生产的远程实时在线监视。（5）完成设计说明书。2 机械手控制系统的分析2.1 机械手控制系统的控制方式机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是继电器控制系统；二是PLC控制系统；三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已逐渐被人们所淘汰；微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。而PLC控制系统由于运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性，成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。综合考虑三种控制方式的特点，机械手控制系统的控制优先选择PLC控制5。2.2 机械手控制的基本工艺和控制要求
