基于~PLC的机械手控制系统设计.doc

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1、|文华学院毕 业 设 计 (论 文 ) 基于 PLC 的机械手控制系统设计学 生 姓 名： 张昭飞 学号： 120304021117 学 部 （系）： 机械与电气工程学部 专 业 年 级： 12 级电气工程及其自动化 5 班 指 导 教 师： 杨泽富 职称或学位： 副教授 2015 年 5 月 11 日|目 录摘 要 .3关键词 .3Abstract.41. 可编程控制器 PLC.51.1 PLC 简介 .51.2 PLC 内部结构 .51.2.1 中央处理器 CPU.61.2.2 存储器 .61.2.3 输入输出单元 .61.2.4 电源部分 .81.3 PLC 的选型 .82. 机械手概况

2、 .102.1 机械手的起源与发展 .102.2 机械手的工作原理 .103. 机械手控制系统 .113.1 基于 PLC 的机械手控制系统的研究意义 .113.2 基于 PLC 机械手设计的优点 .113.3 机械手实现的功能 .124. 基于 PLC 机械手控制系统设计 .134.1 IO 点分配 .134.1.1 电器元件的选择 .13|4.1.2 IO 分配 .1342 .硬件接线图 .144.2.1 电气主接线 .144.2.2 PLC 输入接线 .154.2.3 PLC 输出接线 .1643 控制流程图 .1744 程序梯形图 .1745 人机界面设计 .22结束语 .24参考文献

3、 .26致 谢 .27|基于 PLC 的机械手控制系统设计摘 要随着社会的进步，工业自动化发展尤为瞩目，各种机械自动化设备的产生，逐步取代了传统手工制作。自动化流水线的产生，不仅大大提高了工作效率，也让许多人工操作存在安全隐患的流程被机械设备替代，让现代工业变得更具人性化。机械手在当代自动化流行中起着重要的作用，一方面其能够在高温、腐蚀性、有毒等恶劣环境下持续工作，另一方面其在完成抓取、转移、旋转、释放等动作时候精确度也较高。机械手的动作是由精确的控制系统来控制完成的，从早期的继电器控制系统发展到如今的 PLC 控制系统，机械手技术的更新就是控制系统的发展和完善。本次课题是选用三菱公司的 FX

4、 系列 PLC，完成对电动工具电机的抓取转移以及零件的压装动作。电气设备有 PLC、触摸屏、传感器、直流电源等。通过可编程控制器的程序设计，完成相应的动作，实现控制功能。关键词：机械手；PLC；控制；设计|The design of control system of manipulator based on PLCAbstractAlong with social progress, industrial automation development is particularly attention, produce a variety of machinery automation eq

5、uipment, and gradually replaced the traditional hand-made. Automated assembly line production, not only greatly improve the work efficiency, but also to many unsafe manual processes are replaced by machinery and equipment, so that modern industry to become more humane.Robotic automation plays in con

6、temporary popular an important role, on the one hand it can continue to operate at high temperatures, corrosive, toxic and other harsh environments, on the other hand its complete capture, transfer, rotation, and other movements release time accuracy also higher. A robot is controlled by a precise s

7、ystem control is completed, from the early development of the relay control system to todays PLC control system, the development of robot technology update is the control system and perfect.The issue is the choice of Mitsubishi FX series PLC, the completion of the press-fit electric power tools and

8、part of the transfer operation crawl. Electrical equipment PLC, touch screen, sensors, DC power supplies. By PLC programming, complete the appropriate actions to achieve the control function.Key Words：manipulator;PLC;control;design|1 可编程控制器 PLC1.1 PLC 简介可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）由上世

9、纪 60 年代提出，首先是为了取代继电器控制装置。经过了半个世纪的发展，PLC 的应用范围也变得更加的广泛。随着数字时代的到来，信息技术的飞速发展从而带动了各个行业的自动化进程。PLC 其强大的开关量控制以及逻辑控制，使得自身在现代化行业中的作用变得尤为突出。PLC 是汽车行业发展所催生出来的。早期的汽车行业自动化进程中，控制主要来自继电器控制。继电器控制一方面控制电路复杂，一旦产生故障，检修十分困难；另一方面继电器控制效率较为低下，汽车行业作为自动化应用最为突出的表行业，继电器控制系统逐渐满足不了更为复杂的逻辑控制要求。顺应了社会的发展，PLC 的出现逐步迎来了一个蓬勃的发展时期。PLC 拥

10、有着强大的逻辑运算、定时、计数和计算等功能，其输入和输出都是采用数字量的方式，从而控制电气设备进行动作。人们首先将逻辑控制程序写入到 PLC 中，PLC 以连续扫描的方式，给相应的输出端一定的电信号，电信号控制了外部电路的通断，从而逐步完成所预想的动作指令。PLC 在逐步扫描的过程中，计数器会记录相应的步数，PLC 完成一次扫描动作所需要的时间就是其扫描周期。世界首台 PLC 于 1969 年产生于美国，现在美国和欧盟以生产大型 PLC 为主，日本、德国等生产中小型 PLC 为主，我国在经历了漫长的摸索，也有一些自己的品牌出现，但是其核心技术仍以掌握在 PLC 生产大国手中，我国的 PLC 自

11、主之路仍充满着挑战。随着工业自动化，PLC 控制系统逐步应用于各行各业，其运算速度快、体积小等特点愈发起到了不可替代的作用。在早期 PLC 功能的基础上，一些新的功能如网络通讯功能得以添加，使 PLC 的功能更加完善。我国工业化相较于西方国家起步较晚，但是自改革开放以来，工业化进程步伐十分迅速，工业自动化发展在短短几十年走完其他国家百年走过的路程，基于 PLC 的控制系统成为了自动化领域的主流。PLC 可靠性高，控制系统稳定，同时在半世纪的发展和总结中，已经形成了完善的功能，具有很强的适应性。PLC 的编程语言相较于其他编程语言更加简单，从而使得系统设计周期较短，维护也更加方便。PLC 众多的

12、功能模块，极大的丰富了 PLC 的控制领域，能够满足在不同情况下的控制要求。1.2 PLC 内部结构PLC 的的内部结构如图 2-1 所示，组要由 CPU、存储器、输入输出接口、电源等组成。|图 1-1 PLC 内部结构1.2.1 中央处理器 CPU中央处理器是对数据进行处理的最重要部件，其作用就相当于人体的大脑，在 PLC系统中处于中枢地位 1。CPU 能够接收输入单元的信号，并对信号进行识别和处理，同时通过给输出单元施加电信号，从而实现输入输出的协调配合。CPU 能够对自身信息进行检测，识别错误信息并警告提醒，党 PLC 在运行的时候，能够控制系统进行扫描，完成相应的计算和逻辑运算，以循环

13、扫描的方式控制输出。CPU 是逐步读取编写的程序，每一步都进行扫描，当前一步执行完成，则通过存储区的相应信息，控制输出端信号的产生。在每一个固定的扫毛周期内，CPU 都重复进行着相同的动作。1.2.2 存储器PLC 的存储器和电脑的存储器功能一样，都是用来存放相对应的数据。PLC 存储器中存储程序、逻辑变量等。PLC 存储器分为系统程序存储区、系统 RAM 存储区和用户程序存储区。系统程序和用户程序在在存储器中有独立的位置划分。1.2.3 输入输出单元输入和输出单元是连接外部短路的直接位置，其通过接收信号和发出信号从而控制外部电路。与三极管的导通方式类似，PLC 的输入输出有源形和漏形之分 2

14、。输入单元是 PLC 接收外部信号的通道，不同的 PLC 有不同的输入方式，源形和漏形输入如图 2-2 所示。|图 2-2 PLC 漏形输入和源形输入接线漏形输入时，PLC 公共端接 24V，电流由外部流入输入端子；源形输入时，PLC 公共端接 0V，电流由端子流出。输出单元是给外部电路信号的端口，通常有继电器输出和晶体管输出输出方式，晶闸管输出方式一般不是很常用。继电器输出相较于晶体管输出，其输出端的承受电流更大，但是其开关量的开关频率没有晶体管输出方式的高，因此在一些开关频率较高、控制流程较快的场合，晶体管输出方式更加实用。但一般的情况下，继电器输出由于负载能力更强，所以实用的范围更广。输

15、出单元也有源形输出和漏形输出的区别，图 2-3 就是两种不同的输出方式。|图 2-3 PLC 漏形输出和源形输出接线漏形输出时候，电流由外部流入端子，公共端接 24V;源形输出时候，电流流出端子，公共端接 0V。但是当输出为晶闸管输出时候，交流电源的正负对于输出端没有什么影响，则可以自由选择。1.2.4 电源部分PLC 运行需要给其供电，其开关量的闭合、断开控制是由直流电源的高低电平来实现的，所以 PLC 运行时候需要给其供应直流稳压电源。PLC 有直流供电和交流供电的，但是最终都是将其转化为直流的方式。PLC 有自己的内部电源，其稳定性很好但是输出功率较小，直流电源一般采用直流 24V 电压

16、，保证 PLC 的正常运行。1.3 PLC 的选型PLC 型号众多，在进行相关设计和应用的时候，如何准确的选择尤为重要。在 PLC的选型时候，可从以下几个方面进行。第一，确定输入输出点的个数。以三菱 FX 系列 PLC 为例，输入输出点有 10 点、14 点、20 点、30 点、32 点、64 点等等，在进行 PLC 选型时候，首先就是要确定控制系统中输入点和输出点的个数，然后来以确定基本的选型方向。同时在选择的同时，应注意输入输出都要预留总数 10%左右数量的触点作为预备点。第二，选取合适的电源类型。PLC 有 AC 和 DC 两种型号。DC 电源一般为 24V，AC有 100-230V。在进行 PLC 选型时候，应该根据系统的电源实际情况，选取合适的电源类型的 PLC，使其适合设计的要求。第三，明白输出信号类型。PLC 的输出有继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。继电器输出的方式其输出频率较大，在实际的应用中很常见，一般的常见系统中，这种说出方式能够适应输出信号的给定；晶闸管输出的方式相较与继电器输出，其使用于要求信号变化频率很快的信号输出，但是其输出功率较小，承载电流较小 3。|总之，PLC 的选型应该根据实际的情况，综合分析比对，选择最合适的 PLC 型号，这样才能在控制系统的设计中少不必要的麻烦。