基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 1 页 共 30 页xxxx 职业技术学院职业技术学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：题目：基于 PLC 的机械手控制系统的设计姓 名 xx 学 院 信息工程分院 专 业 电气自动化 班 级 xx 电气自动化班 指导 老师 xx 提交 时间 年 月 日 -基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 2 页 共 30 页论文题目：基于论文题目：基于 PLCPLC 的机械手系统控制的机械手系统控制姓姓 名：名：xx班班 级：级：xx 电气自动化班指导教师：指导教师：xx摘要：机械手 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的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，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有 23 个自由度。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 3 页 共 30 页关键词关键词:点控制机械手 连续控制机械手 可编程控制技术 目目 录录摘要 .2引言 .41 PLC 的发展历程和构成.51.1 PLC 的发展史.51.2 PLC 的构成.61.3 CPU 的构成.71.4 I.O 模块.71.5 电源模块 .81.6 底版和机架 .81.7 PLC 系统的其他设备.82 机械手的组成 .92.1 机械手的发展 .92.2 动力臂的机械构造 .102.3 控制和动力臂的机械构造 .102.4 位置控制系统 .102.5 负载反传系统 .103 机械手 PLC 控制的设计 .113.1 根据工艺过程分析控制要求 .113.2 确定所需的用户输入/输出设备及 I/O 点数 .143.3 PLC 的选择.173.4 分配 PLCI/O 点的编号(定义号) .173.5 PLC 程序设计.17个人小结 .29参考文献 .30基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 4 页 共 30 页引言引言机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置；本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则。机械手的结构主要由手指，手腕，小臂和大臂等几部分组成。料架为旋转式，由料盘和棘轮机构组成。每次转动一定角度（由工件数决定）以保证待加工零件对准机械手。而可编程控制器（）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，安装调试方便，在工业控制中有着广泛的应用。PLC 控制系统采用三菱 F1 系列超小型 PLC 对机械手进行动作控制。各动作由油泵电机（采用 Y100L2-4.3KM）液压驱动，并由电磁阀控制。其中油泵电机及各电磁阀运行状态均有指示灯显示根据我们所设计的机械手的驱动部件为步进电机的特点，应用移位寄存指令可以很方便、灵活地对机械手进行控制。基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 5 页 共 30 页1 1 PLCPLC 的发展历程和构成的发展历程和构成1.11.1 PLCPLC 的发展历的发展历可编程序控制器的英文为 Programmable Controller，在二十实际七十至八十年代一直简称为 PC。由于到 90 年代，个人计算机发展起来，也简称为 PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国 AB 公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller） ，为了方便，仍简称 PLC 为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为 PCS 可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了 GM 公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代 PLC 产品了。在八十年代至九十年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于 PLC 人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS 的市场（过程控制）并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业 PC（IPC）的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC 和 FCS 也挤占了一部分 PLC 市场，所以近年来 PLC 增长速度总的说是渐缓。目前全世界有 200 多厂家生产 300 多品种PLC 产品，主要应用在汽车（23%） 、粮食加工（16.4%） 、化学/制药（14.6%） 、金属/矿山（11.5%） 、纸浆/造纸（11.3%）等行业。国内 PLC 生产厂约三十家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说 PLC 在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。PLC 的市场的潜力是巨大的，不仅在我国，即使在工业发达的日本也有调查表明，PLC 配套的机电一体化产品的比例占 42%，采用继电器、接触器控制尚有基于 PLC 的机械手控制系统毕业设计第 6 页 共 30 页24%。所以说，需要应用 PLC 的场合还很多，在我国就更是如此了。PLC 具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，这是它能持久的占有市场的根本原因，我们下面重点阐述几个问题，并研究其发展趋势。 PLC 控制器本身的硬件采用积木式结构，各厂家产品结构大同小异。以日本欧姆龙 C200HE 为例，为总线模板框式结构，基本框架（CPU 母板）上装有 CPU 模板，其它槽位装有 I/O 模板；如果 I/O 模板多时，可由 CPU 母板经 I/O 扩展电缆连接 I/O 扩展母板，在其上装 I/O 模板；另一种方法是配备远程 I/O 从站等。这些都说明了 PLC 厂家将硬件各部件均向用户开发，便于用户选用，配置成规模不等的PLC，而且这种硬件配置的开放性，为制造商、分销商（代理商） 、系统集成商、最终用户带来很多方便，为营销供应链带来很大便利，这是一大成功经验。PLC 内的 I/O 模板，除一般的 DI/DO、AD/DA 模板外，还发展了一系列特殊功能的 I/O 模板，这为 PLC 用于各行各业打开了出路，如用于条形码识别的ASCII/BASIC 模板，用于反馈控制的 PID 模板，用于运行控制、机械加工的高速计数模板、单轴位置控制模板、双轴位置控制模板、凸轮定位器模板、射频识别接口模板等，这在以后还会有很大发展。另外在输入、输出的相关元件、强干扰场合的输入、输出电隔离、地隔离等方面也会更加完善。PLC 中的 CPU 与存储器配合，完成控制功能。它与 DCS 系统处理温度、压力、流量等参数的系统不同，采用快速的巡回扫描周期，一般为 0.10.2 秒，更快的则选用 50 毫秒或更小的消灭周期。它是一个数字采样控制系统。由于各 PLC 厂家产品在指令系统上的差异及编程方法上用户要求不同，近年来IEC 制订了基于 Windows 的编程语言标准 IEC61131-3（注：1993 年 IEC 颁布可编程序控制器的国际标准 IEC1131） ，它规定了指令表（IL） 、梯形图（LD） 、顺序功能图（SFC） 、功能块图（FBD） 、结构化文本（ST）五种编程语言。这包括了文本化编程（IL、ST）和图形编程（LD、FBD）两个方面，而 SFC 则在两类编程语言中均可使用。IEC 技术委员会（TC65）进来开展了 IEC61499 项目，将 IEC61131-3进行了扩展，它是针对通过通信网络互联的模块化分布系统的体系