机械手控制装置说明书

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目录
摘要.......................................................
Abstract.......................................................
第-章 绪论 ................
1.1 本课题的意义 . 3
1.2 本文的主要工作 3
1.3选择设计方案 3
第二章 PLC 的概述 4
2.1 PLC的基本知识 ..4
2.2 PLC的应用与前景 ..5
第三章 PLC 的编程语言 ..7
3.1梯形图编程语言...7
3.2 功能块图编程语言8
3.3 西门子 S7-200的编程语言..
第四章 PLC控制机械手的设计.9
4.1 各电器设备的制方式及控制要求..10
4.2电器元件设备的选择 12
4.3控制系统的软、硬件设计 ...13
第五章 设计嗅 33
第六章 谢辞 .....34
参考文献 ......35
摘要
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，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了，机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之-。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动拈、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电-体化的典型代表仪器之-。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。本文以日本三菱系列PLC为基础，介绍PLC在机械手步进控制中应用，并给出了详细的程序设计过程。该程序已在工业机械手中获得了应用，具有稳定、可靠的性能，可供同类设计参考。
关键词：
可编程控制器PLC；机械手；脉冲；步进电机驱动器；步进电机；直流电机；传
感器、限位开关。
In terms of industrial production and other fields， as a result of the needs， it has often been the heat， corrosive and toxic gas hazards and other factors， the increase in labor intensity， and even life crisis. Manipulator in the birth of such a manipulator， industrial robot systems traditional mandate， Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball， slider， and other mechanical devices cylinder components; Electrical connection is stepping motor， Driver module， sensors， switching power supply， solenoids， electronic devices and other components. The device covers a programmable control technology， position control technology， pneumatic technology， detection technology， Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper describes the manipulator by the PLC two pulse output were driving horizontal， vertical-axis stepper motor actuators， control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision， micro-switch position signal will pass PLC mainframes; DC Motor Drive and chassis gripper rotating position signal from the rotary encoder and nearly PLC switch back to the main machine; solenoid valve control of the gas valve opening switches to control the manipulator gripper Zhang， thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects， movements flexible， diverse， In place of artificial heat and dangerous operation conducted operations， According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Based on Japans Mitsubishi PLC， based on the manipulator PLC stepper control applications， and gives a detailed program design process. The procedure has been in the hands of industrial machinery access to the application， with stable， reliable performance for a similar design. Keywords : PLC manipulator; Pulse; Stepper motor actuator; Stepper motor Motor; sensors will， limit switch
第-章 绪论
1.1本课题的意义
机械手是近代自动控制领域中出现的-项新技术，并已成为现代科技的-个重要组成部分。汽车业的快速发展，车外型愈求美观流线，并由于汽车外板件要求完美无尘的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其-，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循-定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的诚，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得-定的成果，受到各工业部门的重视。
1.2 本文主要做的工作
1.问题提出 ：
PLC控制的机械手最主要是应用于自动化生产中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统， 在此介绍组成可编程控制器控制系统的-般方法。
2.系统设计的主要内容
（ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件-般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据；
（ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构；
（ 3 ）选定 PLC 的型号；
（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计；
1.3选择设计方案
西门子的优点
SIMATIC S7-200系列PLC是西门子公司生产的具有高性价比的小型可编程序控制器，由于它具有结构小巧、可靠性高、运行速度快等特点，在许多行业中得到了广泛的应用。 S7-200已有两代产品：第-代CPU拈为CPU21X，配有4种类型主机，它们的CPU是CPU212、214、215、216；第二代CPU拈为CPU22X，也有4种类型主机，它们的CPU是CPU221、222、224、226，不同类型的CPU具有不同的技术特征。S7-200 PLC的最大优点在于其灵活性及多功能性。灵活性是指其结构配置灵活，可根据控制任务配置大孝功能不同的扩展系统，使其使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的中胸制系统，应用领域广泛；多功能性-方面指它使用STEP7 Micro/Win32，提供不同的编程语言和丰富的指令集，可以充分利用这些指令编写解决复杂任务的程序，另-方面它具有丰富的通信功能，使用户很容易地进行组网，其通信和实时性方面的优点，使它成为解决复杂自动化方案的理想控制设备。
西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制诚，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200系列PLC共有5种基本型号的CPU拈，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制点数可以从10点扩展到248点。其中，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226和CPU226 XM适用于复杂的中小型控制系统。所有型号的CPU在内部都集成了1个(CPU221、CPU222、CPU224)或2个(CPU226， CPU226XM)通讯口，该通讯口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。另外，S7-200可通过增加EM277拈接入Profibus-DP网络，通过CP243-1通讯拈连入工业以太网，通过CP243-2拈使其成为AS-i主站。
第二章 PLC 的概述
2.1 PLC基本知识
在自动化控制领域，PLC是-种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，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。为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作-简介，以期对各位网友有所帮助。
-、PLC的发展历程
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第-代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常倡PLC简称PC。
PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是-种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程∩编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成-个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC是-种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。PLC作为-个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外，火力发电厂辅助车间，例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为，辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象
上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率-直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。