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基于PLC的机械手运动控制系统设计与应用研究

内容摘要

本文的主要内容是基于PLC的机械手控制，工业机械手是工业生产的产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定程序输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。本文将通过PLC程序来实现机械手的运动控制。全文共分为四部分，各部分内容简介如下：第一部分简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二部分介绍可编程控制器简介；第三部分介绍基于可编程控制器的机械手系统设计与实现；第四部分介绍系统控制程序的设计。通过对本课题的研究表明对传统机械手经PLC改造后，能够提高设备的工作效率，减小设备维修工作量，对类似设备控制系统的改造或设计也有一定的指导意义。

关键词：机械手；PLC；自动控制；可靠性

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外发展现状 4

1.2.1国外机械手发展现状 4

1.2.2我国机械手发展现状 4

1.3本文的主要内容 5

2可编程控制器简介 5

2.1可编程控制器的定义和特点 5

2.2可编程控制器的结构 7

2.3可编程控制器的工作原理 8

3基于可编程控制器的机械手系统设计与实现 12

3.1系统控制要求 12

3.2可编程控制器的选型 13

3.3I/O点及地址分配 13

3.4电气控制系统原理图 14

4系统控制程序的设计 15

4.1系统控制流程图 15

4.2控制程序的设计 16

5结论 18

参考文献 19

1绪论

1.1课题的背景及意义

近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。

随着科学技术的日新月异，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题，自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈、人工成本上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间也不容易更变生产线结构，加上需要人力监督操作，更增加生产成本，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。在工业生产和其他领域内，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，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本设计就PLC在机械手控制上的应用作了详细阐述。

可编程序控制器(PLC)是把计算机的功能完备、通用性，灵活性好的等优点和继电器控制系统的操作方便、简单易懂、价格低廉等优点结合起来，因此它是一种适用于环境的通用控制装置。现在的可编程序控制器和原来的控制系统相比，增加了算术运算、转换、过程控制、数据通讯等功能，已可以完成大型而复杂的控制任务。PLC作为工业的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要地位。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。本次设计通过S7-200系列PLC对机械手进行控制。

1.2国内外发展现状

1.2.1国外机械手发展现状

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。视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪以及微型计算机。工作是电视照相机将物体形象变成视频信号，然后