机械手模型的PLC控制系统设计摘要在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。如今，机械 手在工业中的应用已非常普遍，特别是基于PLC控制的机械手。机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制，使其按照预定要求输送制品或 操持工具进行生产操作的自动化生产设备。要想机械手按照操作者的意识完成各 个动作，就需要在PLC中输入正确的且与机械手的动作相符的程序。对于操作者 来说，若想看懂程序，就要懂得助记符和梯形图，梯形图具有直观、易懂、灵活 性强、修改方便的优点，是可编程控制器使用最多的一种语言。关键词：机械手，PLC梯形图Design of Manipulator Model Control System Based on PLCABSTRACTIn modern industry, the production process of mechanization, automation has become a prominent theme. Today, robots in the in dustrial applicati on has bee n very com mon, especially the man ipulator based on PLC con trol.Ma nipulator is part can imitate huma n body upper limb fun ctio n, can be con trolled automatically, make its products or running tools according to the predetermined requirement for the operation of automated product ion equipme nt.To the con scious ness of the mani pulator accord ing to the operator to completeb each acti on, you n eed to in the PLC in put correct and procedures associated with the motion of the manipulator.For the operator to read program, mnemonics should be un derstood and ladder diagram, ladder diagram is intuitionistic, simple, strong flexibility, modify the advantages of convenient, is a programmable con troller is one of the most used Ian guage.KEYWORDS: Robot，PLC，LAD前言0第1章可编程控制器概述21.1可编程控制器的产生与发展21.1.1可编程控制器的一般概念21.1.2可编程控制器的产生和发展过程31.2可编程控制器的基本组成41.3 PLC工作原理及其特点61.3.1 PLC的工作原理61.3.2 PLC的特点71.4PLC的应用7第2章PLC设计方案分析82.1 PLC类型的选取82.1.1西门子S7-200系列简介82.1.2西门子S7-200系列与三菱FX系列的比较112.1.3 PLC类型的选取112.2设计方案的整体分析12第3章控制系统的控制原理133.1机械结构和控制要求133.2输入输出地址分配14第4章控制系统的软件设计154.1用逻辑流程图设计程序154.2用步进顺序控制指令设计程序174.3梯形图20结论34谢辞35参考文献36在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为工业发展的趋势。但除切削加工外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实 现机械化。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产，金属加工生产批量中有四分之三是在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而生产的。自上世纪六十年代，机械手被实现为一种产品后，它在减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产及提高注塑成型机的生产效率、稳定产 品质量、降低废品率、降低生产成本和增强企业的竞争力等方面起到了极 其重要的作用。近十年来，对它的开发应用也在不断发展，最典型的发展 是生产者将其大量应用于卫生行业（全自动生化分析仪），从而满足了卫 生检验中需时间短、样品数据多的要求，但在卫生领域的机械手因采用样 品单一酶试剂显色法，且采用滤光片结构设计，造成试剂价格昂贵，限制 了产品市场的发展。随着技术的进步，机械手的设计已经实破了单一试 剂、加热及滤光片的束缚。比如美国01公司的产品，可针对单一工程，次序加4种试剂，加热温度也提高到50 C，检测器则采用二极管陈列技术，这些进步为新领域的应用提供了强大支持。有专家估计未来10年,全自动流动分析仪的市场份额中，将有50%被全自动化学分析机械手取代。通过了解上述两类产品的技术特点我们不难看出，机械手具有微试 剂消耗，不受模板束缚，分析不同检测工程时可穿插完成，可完成研发性 波长扫描优化检测，用户可自行设计新的检测工程，体积小，甚至可做现 场快速分析等特点。对卫生行业的快速分析中，也因新型机械手的设计特 点而使其取代昂贵的试剂，降低分析成本成为可能。机械手不能完全取代 流动分析产品一个重要的原因是：一些特殊样品处理技术不能在线实现， 如萃取、高温蒸馏，需要离线进行。相信随着技术的进步，这些方面的技 术也会提高。现代化的注塑机也常常配置有机械手，以提高生产效率。注 塑机械手是能够模仿人体上肢的部分功能，可以对其进行自动控制使其按 照预定要求输送制品或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。随着工业机械化和自动化的发展以及气动技术自身的优点，气动机械 手已经广泛应用在生产自动化的各个行业。近20年来，气动技术的应用领域迅速拓宽，尤其是在各种自动化生产线上得到了广泛应用。电气可编 程控制技术与气动技术的结合，使整个系统自动化程度更高，控制方式更 灵活，性能更加可靠；气动机械手和柔性自动化生产线的迅速发展，对气 动技术提出了更多更高的要求。气动机械手作为机械手的一种，它具有结 构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现 无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械 手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药 品的包装、精密仪器和军事工业等。在现代汽车制造工厂的生产线上，尤 其是主要工艺的焊接生产线，大多采用了气动机械手。车身在每个工序的 移动和车身外壳被真空吸盘吸起和放下，在指定工位的夹紧和定位及点焊 机焊头的快速接近、减速软着陆后的变压控制点焊中，都采用了各种特殊 功能的气动机械手。高频率的点焊、力控的准确性及完成整个工序过程的 高度自动化，堪称是最有代表性的气动机械手应用之一。气动机械手还用 于对食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装和烟草工业的自动 卷烟和自动包装等许多工序中。如酒、油漆灌装气动机械手及自动加盖、 安装和拧紧气动机械手和牛奶盒装箱气动机械手等。第1章可编程控制器概述1.1可编程控制器的产生与发展1.1.1可编程控制器的一般概念可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Co ntroller)通常称为可编程控制器，英文缩写为PLC,是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它 具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，特别 是它的高可靠性和较强的恶劣工业环境适应能力更是得到用户的好评。它 将传统的继电接触器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点结合起 来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。目前已广泛应 用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业，并跃居现代工业控制三大支 柱(PLC/机器人和CAD/CAM)的首位。可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的， 在可编程控制器问世以前，工业控制领域中以继电接触器控制技术占主导 地位。继电器控制的系统由于结构简单、易懂，在工业控制领域中被长期 广泛应用，但由于其设备体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度 不高、通用性和灵活性差，已不能满足现代化生产过程中生产工艺复杂多 变的控制要求。随着电子技术的高速发展，集计算机、仪器仪表、电器控制“三电” 于一身的可编程控制器在概念、设计、性能价格以及应用领域等方面都有 了全新的突破。它将传统的“硬”接线程序控制方式改换为存储程序控制 方式，即通过事先编制好并存于程序存储器中的用户程序来完成控制功 能，而在控制要求改变时，只需修改存储器中的用户程序的部分语句即 可。可编程控制器自问世以来，以其可靠性高、抗干扰能力强、组合灵 活、编程简单、维护方便等独特优势被日趋广泛地应用于国民经济的各个 控制领域，其应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。1.1.2可编程控制器的产生和发展过程可编程控制器产生于20世纪60年代末期，当时美国的汽车制造工业竞争十分激烈，各生产厂家为适应市场不断更新汽车型号，要求相应的 加工生产线亦随之改变，整个继电接触器顺序控制系统也就要重新设计和 配置。这样不但造成设备的浪费，而且新系统的安装、调试也十分费时。 为了尽可能减少重新设计继电器控制系统和接线所需的成本和时间， 1968年美国最大的汽车生产商通用汽车公司（ GM向全球招标开发研制新型的工业控制装置取代继电控制装置，制定10项招标的技术要求，即：（1）编程简单方便，可在现场修改程序。（2）硬件维护方便，采用插件式结构。（3）可靠性要高于继电器控制装置。（4）体积小于继电器控制装置。（5）可将数据直接送入管理计算机。（6）成本上可与继电器控制装置竞争。（7 ）输入可以是交流 115V。（8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀。（9）扩展时，原有系统只需做很小的改动。（10 ）用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。1969年美国数字设备公司（DEC根据这些招标技术指标，研制了第 一台可编程控制器，投入通用汽车公司的生产线过程控制系统中，取得了 极佳的效果，从此开创了可编程控制器的新纪元。1971年，日本从美国引进了这项技术，并很快研制成了日本第一台可编程控制器。1973年，欧洲也研制出了可编程控制器并在工业领域开始 使用。我国从1974年开始研制，并于1977年开始工业应用.由于早期的可编程控制器是用来取代继电器控制的，其控制功能主要是逻辑运算、计时、计数等顺序控制，因此人们称之为可编程控制器，简称 PLC。20世纪70年代末到80年代初，随着微电子技术的发展，微处理技 术日趋成熟，使可编程控制器的处理速度大为提高，同时增加了许多特殊的功能，如数值运算、函数运算、查表等，使得可编程控制器不仅可以进 行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，美国电器制造商协会NEMA(Natio nal Electical Man ufacturers Associatio n)将其正式命名为 PC( Programmable Controller)。后来，为区别个人计算机的简称，可编程