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1、河南理工大学毕业设计(论文)说明书摘要伴随着机电一体化在各个领域的应用，机械设备的自动控制部分显得越来越重要，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，不仅增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命，因此机械手就这样诞生了。随着PLC传感技术的发展，机械手装配作业的能力也将进一步提高，更重要的是机械手的安全性高，节省人工，提高效率和质量，延长机器寿命，防模具损坏，节省原料，降低成本，从根本上改变了目前机械系统的人工操作状态。本论文选用西门子（SIEMENS）公司S7-200系列的可编程控制器PLCCPU226型号，首先将机械手的开关量信号直接输入PLC，从而对电磁阀加以控制,然后
2、控制液压系统，最后由液压系统驱动机械手的全部动作，完成两工作台之间的工件搬运，其中机械手包括左右、上下移动及工件的夹紧和放松六个动作过程，并可实现手动、单动和自动三个操作过程，其中在PLC程序中自动和单动调用同一子程序实现机械手的自动运行与停止状态，手动调用一子程序实现手动运行与停止状态，而且当系统出现故障或同时按下单动、自动、手动中任意两按钮时会出现报警信号，也可在紧急情况下使机械手动作停止，这样可使机械手动作更加智能化，从而防止工况，而且S7-200PLC芯片经济，程序简单易懂，其中使用了自锁与互锁，从而保证机械手可靠运行，对于初学者来说是一个很好的选择。关键词：PLC，液压系统，机械手I
3、IThe manipulator control system is based on PLCABSTRACTWith mechanical and electrical integrations application in all areas, automatic control is playing a more and more important role in mechanical equipment, as a result of the need of work, people is often affected by factors such as high temperat
4、ure, corrosive and toxic gases harm, and it increases the labor intensity of workers, and even life-threatening, so the manipulator appears. Along with the development of the PLC and sensing technology, mechanical assembly work ability also will rises further, more important is that the safety of th
5、e manipulator is high,it saves manpower, and improves the efficiency and quality, extends the life of the machine,prevents the mould damaged, reduces the product defective rate, saves material, reduces costs, so as to it fundamentally changes the present state of manual operation of mechanical syste
6、m.This paper selects the SIEMENS companys S7-200 series PLC CPU226 ，firstly it makes manipulators switch signal input directly , and it can control electromagnetic valve,then control the hydraulic system, and finally all movements of the manipulator will be driven by a hydraulic system to complete t
7、he workpiece handling between the two tables, manipulator includes left and right sides, move up and down and workpiece clamping and relaxation of six action process, and it can achieve three manual, single action and automatic operation process, including automatic and single action in the PLC prog
8、ram call the same subroutine manipulator can be automatically run and stop state, manual calls a subroutine to realize manual operation and stop state, but when the system fails or at the same time dynamic automatic, manual according to the order of any two buttons will appear, the alarm signal happ
9、ens, and also can make the manipulator motion stop in an emergency, it can make the manipulator move more intelligent and S7-200 PLC chip is economic, procedure is simple and easy to understand, it uses the self-locking and interlock, thus guarantees the manipulator is reliable to run, it is a good
10、choice for beginners.Key words: PLC, hydraulic system, manipulator目录1绪论11.1选题背景及意义11.1.1机械手简介11.1.2机械手发展概况及研究现状21.2 PLC的控制系统41.2.1 PLC的概述41.2.2 PLC的优点51.2.3 PLC的应用领域61.3毕业设计（论文）内容72机械手的系统组成82.1工艺过程及控制要求82.1.1工艺过程82.1.2控制要求92.2机械手组成102.3本章小结113方案论证和选择123.1机械手控制方式123.1.1利用单片机实现对机械手的控制123.1.2利用传统继电器实现对
11、机械手的控制123.1.3利用PLC实现对机械手的控制133.2可编程控制器的主要特点133.3驱动系统方案的选择143.4本章小结164系统的硬件设计174.1系统硬件介绍174.1.1限位开关174.1.2电磁阀194.2 CPU选型及I/O分配214.2.1 PLC主机选型214.2.2液压系统224.2.3机械手搬运系统输入和输出点分配表234.3电气接线图244.4其它地址分配264.5本章小结265系统的软件设计275.1系统工作过程275.2主程序（组织块）295.3子程序（逻辑功能块）305.4本章小结346总结35谢辞36结束语37参考文献38附录1ii1绪论工业机械手是近几
12、十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支，机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能性和适应性,机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域中有着广阔的发展前景。用机械手可以代替人从事单调重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化,也可代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，从而保证人身安全。1.1选题背景及意义1.1.1机械手简介所谓搬运机械手，就是将机械手安
13、装在移动平台之上。这种结构使机械手拥有几乎很大的操作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于传统的机械手，因此在危险作业、制造业、服务业等行业具有广阔的应用前景。但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在，都使得对搬运机械手的研究具有相当的挑战性。近年来，对搬运机械手的控制策略、运动规划等方面的研究已越来越受到国内外的重视，并已经取得了一些很有价值的研究成果。我国在这方面起步较晚，研究多集中在理论方面。因此，设计制造一个实际的搬运机械手平台，无论在理论上还是实践上都是非常有意义的1。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械手延伸和扩大了人
14、的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作,代替人完成繁重、单调重复的劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化2。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。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、
15、升降、横移、俯仰等机构以及根据不同类型的加紧机构，设计成典型的通用机构，所以根据不同的作业要求选择不同类型的加紧机构，即可组成不同用途的机械手,既便于设计制造，又便于更换工件，扩大应用范围，同时也可提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用3。在国外机械制造业中工业机械手应用较多，发展较快。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4。此外，国外机械手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，作出相应的变更。如位置发生稍许偏差时，则能自行检测并进行改正。现在重点是研究视觉功能和触觉功能，目前已经取得一定成绩。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器）以及微型计算机，工作过程是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后送给计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和位置，并发出指令控制机械手进行工作5。在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1）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6。2）可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污
