PLC课程设计报告题目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计
二级学院：电气与电子工程学院
班级： 14电气实验班
姓名：李浩文
学号：
组员：
指导老师：
成绩：
日期： 2017年4月
基于PLC的机械手控制系统及组态设计
摘要
随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。
本设计主要介绍了国内外机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。实验表明，由S7-200PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。
关键词：S7-200PLC；组态王Kingview6.55；机械手
目录
1绪论 (1)
1.1研究该课题的重要性 (1)
1.2国内外机械手研究现状 (1)
1.3该课题研究的内容 (2)
2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍 (3)
2.1组态王Kingview 6.55的介绍 (3)
2.1.1组态王的历史 (3)
2.1.2组态王的结构 (3)
2.1.3组态王的基本配置 (5)
2.1.4组态王软件产生的背景 (8)
2.1.5组态软件的发展方向 (8)
2.2可编程控制器的介绍 (10)
2.2.1可编程控制器的概述 (10)
2.2.2可编程控制器的历史 (10)
2.2.3 PLC的基本结构 (11)
2.2.4 PLC的工作原理 (12)
2.2.5 PLC的基本配置 (12)
3机械手控制系统的设计 (15)
3.1机械手控制方式的选择 (15)
3.1.1机械手控制方式的分类 (15)
3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较 (15)
3.2 PLC的控制电路程序设计 (16)
3.2.1 PLC的I/O分配表 (16)
3.2.2编程指令的选择 (17)
3.2.4 机械手的动作实现过程 (19)
3.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图 (19)
3.2.6 PLC梯形图设计 (21)
3.3 PLC程序的调试 (30)
3.3.1 PLC控制的安装与布线 (30)
3.3.2机械手控制程序的调试 (31)
4组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用 (32)
4.1工程的建立与结构变量的定义 (32)
4.1.1工程的建立 (32)
4.1.2建立结构变量的步骤 (33)
4.1.3设备与组态王的连接 (35)
4.2动画的连接 (38)
4.2.1指示灯的动画连接 (38)
4.2.2机械手的动画连接 (39)
4.3组态运行调试 (45)
总结 (46)
参考文献 (47)
附录 PLC梯形图设计 (48)
基于PLC的机械手控制系统及组态设计
1绪论
1.1研究该课题的重要性
该课题主要是研究当代机械手的控制过程以及如何实现，随着科技的不断发展，机械手运用到各个领域和产业当中，而现在机械手面临的问题主要是位置的精准性，定位精准性的准确度决定了机械手在工业的运用场所，同时随着发展的需要，机械手上位机要准备的报出发生故障的所在位置，运行维护人员要第一时间赶往现场并排除故障原因。现代的机器手己经应用于众多领域：在汽车组装线上对车身进行焊接和喷漆；用于医疗领域的微型手术方面已有许多进展。因而，机械手控制技术的发展具有极其重大的意义。主要的部分是通过控制电动机来操控机械手的手臂，手指部分的旋转或者移动来完成对物件的抓取和传送。随着工业的自动化需要，解放人类劳动力，科学技术发展逐步代替了以往以人工为劳动力的流水线工作，同时一些不适宜人类施工的成所，甚至会对人类造成伤害的场所等等，对于该课题机械手的控制系统研究是非常具有重要的实际意义。
1.2国内外机械手研究现状
目前在国内的机械手主要是从事一些简单的操作工作，例如：简单的机床加工，锻造简单工程，一些热处理而已，要想实现更加自动化的操作，还需要投入大量的科学研究，对于我国来说，这是非常必要的一个研究，研究成熟之后将会对工业生产带来极大的便利，同时也意味着我国的技术更向前迈一步，这将会是革命性的变化。
而国外的机械手技术相对来说，比国内的技术要更成熟一些，能够实现更多自动化的操作，机械化的水平更是逐步完善，可以完成人类基本上的动作，包括位置的准确性、控制的速度、动作的灵敏性，这些国外的技术都是值得我们去学习和借鉴，当然国外目前也是存在缺陷的，一些触觉、视觉性能的机械手还没有完全研究成熟，这也是意味着我们研究该课题的重要性，而机械手的设计还要涉及到每一个系统细小的基本单元。
随着学科的相互渗透和大规模还有超大规模的集成电路等电子技术的发展，机械领域己经拓宽了许多，使得机械系统由简单到复杂，功能越来越强，精度越来越高，体现了生产力发展的进步和趋势。
我国在这一领域的应用研究距离国际水平还存在着一定的差距，特别是中小型企业由于资金和技术上的因素导致一些技术性的研究还是停留在原地，要想得到快速的发展
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需要国家政策的相关支持，鼓励中小型的企业能向更加层次发展与创新，不仅带动企业的发展，更是降低对环境的污染，对国家经济的推动。然而现在PLC的技术到了一个非常成熟的境界，不仅控制功能得到质一样的飞跃，功耗和体积日益减小，成本下降，可靠性增强，编程能力得到提高以及检测故障的能力也得到提升，PLC决定了工业生产的方向，成为了自动化控制的支柱。这无疑是对机械手未来发展前景带来了希望，特别是一些中小型企业的发展，降低投资的资金获得等价先进的生产水平能力。
在20世纪中期，我国就开始对机械手的研究与发展。在1972年上海我国生产了第一台机械手，随着技术的完善和成熟，国家研究的投入使各省份开始大量的研制发展。为了实现机械手的全面推广，国家把研究机械手这领域列入到五年计划当中，并投入了大量的资金发展，也成功的制造了一系列的机器人控制。
1.3该课题研究的内容
随着科学技术的进步与成熟，当今社会的发展趋势下，社会主义市场经济控制的国民经济，传统的工业流水线、复杂有害的成所、不适应人类工作的环境等这一系列情况，运用而生的机械手将逐步代替人类工作，这是社会发展的必然趋势，同时也是人类智慧的体现。而传统的工业也无法满足社会经济的发展需求，也逐渐淘汰了，未来的发展将是推动社会进步的重要体现，也是研究机械手实现自动化存在的意义。
通过PLC编程控制机械手可以实现更加精准性，位置的准确度，速度的快慢，包括一些大件货物的搬运以及打包等等，这些都是可以在PLC控制下实现，自动化的过程也会得到大大的简化，减去繁琐的工程。然而PLC与组态王的结合，更是实现了实时监测机械手在工作当中的运作，监测运作过程中会出现的故障问题，这样大大的减少了人类的工作，提高了工作的效率，出现故障问题我们都能在第一时间发现，并做出准确的判断，实现这样的一体化的自动系统，需要我们在不断实践中摸索，在未来我国现代化发展过程中也会起到巨大的作用。
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2组态王Kingview6.55和可编程控制器的介绍
2.1组态王Kingview 6.55的介绍
2.1.1组态王的历史
随着集散型控制系统（DCS）的出现被熟知，在PC技术向工业领域渗透中占据特殊而重要的地位。
（1）20世纪60年代：计算机较少地用于工业过程控制中。
（2）20世纪70年代：随着计算机控制技术的成熟逐渐在DCS中得到运用，但是软件方面的技术仍然存在不足和封闭专用，导致其成本非常昂贵。
（3）80年代中后期：基于PC计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。美国wonderware公司推出第一个商业化组态软件intouch。
（4）80年代末国外组态软件进入中国（开始不是很接纳）
（5）90年代国内开始研究并开发，各个国组态公司开始成立。
（6）90年代后期国内组态产品开始成熟。
1、国外软件商提供的组态软件产品：
（1）德国Seimens公司的WinCC
（2）美国Wonderware公司的Intouch
（3）美国Intellution公司的iFix／Fix
（4）美国Rockwell公司的RSView
（5）美国NI的Labview
2、国内自行开发的产品的组态软件产品：
（1）北京亚控的组态王、三维力控科技的力控、
（2）昆仑通态的MCGS、易控、世纪星、紫金桥等
2.1.2组态王的结构
1、使用软件的工作阶段划分
根据组态系统环境划分，组态软件Kingview6.55主要是两大部分组成的：
（1）组态系统的开发环境：根据组态王的软件设计，自动化工程师为了能设计一
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个可靠的控制方案，同时能够在组态王软件支持下进行应用程序系统生成的一个工作环境。建立用户所需要的数据库文件，生成图形目标应用系统，这些开发环境下的系统能够在组态运行环境中运行使用。
（2）组态系统的运行环境：该运行环境可以实现投入实时运行，简单的来说就是可以支持在线组态的设计技术，将目标应用程序可以在计算机内存中实时运行，简化繁琐的流程，操作易于方便，且灵活性高等特点。同时组态运行环境在不退出的状态下，可以进入组态系统环境直接修改有问题的部分，而且修改的这部分在该组态运行环境下会直接生效运行，大大的提高了工作的效率也降低了成本价值。
2、按照成员构成划分
组态王Kingview6.55仿真软件中，每一个功能都具有其一定的独立性，而每个功能相对能实现较大的应用，每个独立的功能形式能组成一个集成软件平台，同时由若干个程序构件组成，其中必备的典型组件包括：
（1）工程管理器
工程管理器是给设计的工程师提供了一个方便的操作界面，包括程序的搜索、新建、删除、属性、备份、恢复、开发和运行等一系列功能管理工具。但是在设计的过程当中往往会遇到很多问题，例如：组态数据需要经常备份、组态仿真界面需要借鉴别人成功的范例、同时还需要经常了解保存的工程项目。这些繁琐的步骤也给设计工程师带来了额外的许多负担，而且效率低下又容易出错。工程管理器的简单操作界面，使上述繁琐的事情得到简单化。
（2）图形界面开发程序
为了能使设计的方案得到合理的实施，设计工程师需要在一个开发环境中生成相关的图形系统，然后通过建立数据库文件的信息，生成最终需要的目标应用程序，同时供运行环境运行时使用。
（3）图形界面运行程序
组态系统软件运行的环境中，计算机内存设计的图形目标系统及其图形设计的运行程序，这些都能在计算机中实行实时运行状态。
（4）实时数据库系统组态程序
目前比较成熟的组态软件已经具备了独立的实时数据库系统件，这成熟的条件解决了很多问题，不仅提高了系统的实时性还增强了系统的处理能力，改变以往组态程序中只能简单的数据管理功能，给设计工程师带来了更有价值的创造，因为实时数据库系统4
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组态程序能定义数据库的结构、连接、来源、类型等等。
（5）实时数据库系统运行程序
实时数据库系统运行程序都是在组态系统运行环境中实现的，并且在计算机内存中实现各种的数据计算和处理等一些基本的任务。实时数据库系统运行程序能够实现对历史数据的查询监测，故障报警处理等等。
（6） I/O驱动程序
该驱动程序主要是和I/O设备通讯并起到交换数据的作用，在组态系统软件中通用标准的I/O驱动程序主要是DDE和OPC Client两个。DDE驱动程序相对来说比较成熟，整合到实时数据库系统中，然而OPC Client驱动程序大多数是单独存在的，这也是两者之间的区别与不同。
2.1.3组态王的基本配置
1、总体说明
（1）组态系统仿真过程当中，能够在设备Modem拨号进行数据的采集和分析，并且在监控的平台上查看相关的数据信息，这样大大的减少了现场的监控和维护，大大提高工作的效率。但是简单的232串口通讯设备Modem拨号还是可以实现的，对于232C 链路和其他一些复杂的或者是特殊的串口设备可能不支持。当设备为标准RS485/RS422时，需要先通过标准RS485/232转换模块先转换成232接口再接到modem上。
（2）只支持传输数据为10位的Modem。
（3）组态系统在拨号之前，需要进行初始化指令对初始化设置，达到Modem拨号的要求，这样就可以确保数据通讯的正常进行。
2、MODEM初始化设置
（1）主叫MODEM（插在PC上的MODEM）设置如下：
AT&F&W0&W1 //恢复出厂设置//
ATS0=1 //设置自动应答方式//
AT&D0 //MODEM忽略DTR信号//
ATS37=9 //设置波特率为9600//
AT&K0 //不使用流控
AT&Y1 //设置文件1为活动状态//
AT&W1 //保存当前设置到文件1中//
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6 （2）被叫MODEM（插在设备上的MODEM）设置如下：
AT&F&W0&W1 //恢复出厂设置//
ATS0=1 //设置自动应答方式//
AT&D0 //MODEM忽略DTR信号//
ATS37=9 //设置波特率为9600//
AT&K0 //不使用流控
ATQ1 //MODEM不返回结果码
AT&Y1 //设置文件1为活动状态//
AT&W1 //保存当前设置到文件1中//
简单的介绍了初始化指令设置，不同的Modem拨号一般指令的含义是不同的，具体
Modem的指令还是需要参考Modem的指令集。
3、组态王拨号设置步骤
（1）点击组态王Kingview6.55软件，弹出一个“工程管理器”的设置界面，新建一个工程，命名仿真的软件，点击设备设置COM1/COM2串口，会弹出设置串口的界面，如图2.1所示：
图2.1组态设置串口界面
在该设置串口界面可以清楚的看到，可以设置相关的参数，例如：波特率、奇偶校
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验、通信超时等等，下面点击“使用Modem”即可，剩下的不用设置。点击“确定”按钮即可返回。在组态软件设备中出现“Modem_COM1”设备，如图2.2所示：
图2.2组态设备界面
(2)设备拨号使用
一、IPC：控制拨号通断积存器。
数据类型：INT型，只写
采集频率：0
数值标识：1-开始拨号； 99-挂断
二、IPS：拨通状态积存器。
数据类型：INT型，只读
数值标识：0-未拨通；1-拨通
三、IPN：用户所要拨的电话号码。
数据类型：字符串型，只写
采集频率：0
四、CommErr：可以表示控制设备通讯状态。
数据类型：Bit，离散型，可读写
数值标识：“0”表示通讯正常或者允许通讯；“1”表示通讯故障或者暂停设备通讯。“IPCO”、“IPSO”、“IPNO”、“Cerro”这四个新建的变量分别对应以上的四个寄存器。
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8 4、组态王运行时设置：
（1）组态王系统启动运行后，执行以下操作：
a)在IPNO对应的变量中输入电话号码；
b)将IPC0对应的变量置1；
（2）组态王软件进行拨号设置：当“IPSO”值为1时，此时拨号为拨通状态。然
而外部设置采集设备的寄存器值为0，即可恢复组态王软件与该设备的通讯，同时还能进行数据的采集与分析。
2.1.4组态王软件产生的背景
随着技术的成熟，集散型控制系统（Distributed Control System,简称DCS）在运用中得到广泛的关注同时也给自动化工程师熟练掌握，“组态”的概念也运用而生。在工业控制技术的发展过程中，PC相比以往的系统具有明显的优势。这些优势主要体现在：PC技术在多年经验积累下逐步成熟，构建的工控系统的成本也相对降低，无论软件和硬件等资源都十分丰富，软硬件之间可以互相操作，简化了操作的程序，实用性强。由于PC技术渗透到工控的各个领域当中，组态软件起到非常重要的作用。
组态王软件的出现之前存在的问题，例如：工作效率低下、可靠性不高、开发应用时间长，往往得不到工业生产的需求，而且与外部设备数据处理能力较弱等，这些问题都得到很好的解决，自动化工程师还可以根据自己的需求利用组态软件构建属于自己的一套应用系统。组态王还可以实现对数据的采集，实时进行监控过程，这些技术也得到不断的完善与改进，未来也将会赋予新的内容。
2.1.5组态软件的发展方向
现在市场上看见的组态软件都可以完成一些类似的功能和基本上的操作，由于组态王的实用性比较强，一般都可以运行在Windows32位的平台上并且可以在浏览器的窗口界面中打开，进行对组态的仿真进行设计，配置和编辑等基本功能，同时还能提供多种的脚本语言和数据驱动程序。但是，不同的组态软件存在着差异，一些基本上的功能方法可能各不相同，正是有这些不同之处，随着工业PC技术的发展，我们可以看出组态软件在未来的发展。
（1）数据采集的方式
不同的组态软件能提供不同的数据采集程序，这是该组态本身上的设计，也能给用
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户提供不同配置的方式。但是，这些都是取决于开发商的设计编程，无论是驱动程序，还是组态软件接口的规范编写，这样的设计产品，对于用户来说必须要掌握更高的要求。随着技术的发展和成熟，在微软技术方面下，提供了一整套比较全面的解决方案，主要是针对在分布式的系统下，组态软件组件可以相互交换同时数据可以实现共享，支持OPC 的系统，服务器作为数据的提供者，客户作为数据的请求者，服务器和客户之间可以通过DCOM接口通讯，可以不用知道对方内部实现的一些细节问题。
（2）脚本的功能
不同的组态软件可以提供不同的脚本语言功能，脚本语言功能可以实现的方法有三种；第一组态软件内部设置的类C/Basin语言；第二是采用微软软件VBA的编程语言；第三是实用性的范围比较小，个别的组态软件面向对象的脚本语言。第一种方式可以完成一些高级的系统功能，但是它要求使用类似高级语言的语句来书写脚本，结合组态系统的函数调用来完成和实现，虽然说可以实现一些高级的系统功能，但还是存在一些不足之处，例如：这种方式多数是国内设计的组态，对一些脚本语言还是不能使用，没有具备完善的功能，很多脚本语句只能提供一些简单的IF、THEN、ELSE的语句结构，循环控制语句暂时还没有提供的，这样就给书写脚本语句带来了一定的困难。
第二种方式是微软开发的一种书写脚本语句的编程程序，该方式采用了一种比较方便的VBA组态技术，可以通过组态系统中的对象以组件的方式来实现同时也可以进行访问。可是VBA程序在执行语句才能发展存在的语句错误，但这对编程来说没有造成太大的影响，系统中的对象可以通过其属性和方法进行访问，容易学习和掌握。
（3）组态环境的可扩展性
可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力，这种增加的功能可能来自组态软件开发商、第三方软件提供商或用户自身。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用，目前还只有少数组态软件能提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语音中的访问。
（4）组态软件的开放性
目前组态软件可以实现对数据的采集分析和实时监控的功能，随着计算机集成模块生产的普及，让组态软件往更高一个层次发展，不仅仅局限于采集和监控的过程，在工业生产过程中，还需要进一步对组态软件平台下的数据进行流程分析和过程的控制，同时对工业生产过程的流程化进行调整。目前的组态软件对数据采集的信息只能以报表的形式提供，而且还需要导出外部数据才能在其他系统中使用。在未来发展趋势，可以清
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晰的看出组态软件与管理信息系统之间的紧密联系，很可能实现数据采集分析和决策功能模块在组态系统中得以实现和应用。
（5）组态软件的控制功能
组态的控制功能在多年经验的积累下逐渐成熟起来，在画面控制，实现的功能等等都得到大大的提高，优化了每个设置的界面操作，这使工程师要求相对来说也得到提高，在不断发展进步的过程中，过去的工业控制已经不能满足客户和生产的要求，现在的开发商更加注重于组态软件的实用性和操作性，控制功能也得到完善，例如：组态软件的PLC和先进过程的控制技术等等，这些的发展使组态在控制方式得到提高，方便性，实用性得到广大市场的普及和推广，同时也受到社会的关注。
2.2可编程控制器的介绍
2.2.1可编程控制器的概述
西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X 系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。
2.2.2可编程控制器的历史
早期的时候还没有组态系统的应用，计算机技术的发展带来了全新的局面，但是由于技术条件的不成熟，仍然没有得到广泛的推广和使用，当时的生产工业中，还是以简单的继电-接触器组成的系统来控制，实现一些比较简单的操作。
在上个世纪60年代，为了寻求一种能适应工业生产的要求，同时为了减少繁琐的工作流程和成本资金，把计算机技术应用到工业发展过程中，美国的通用汽车制造公司（GM），开始研发设想把计算机的功能和继电-接触器控制系统功能想结合，研发出一种全新的系统，以满足工业发展的需求。同时，计算机编程方法简单化，实现同样的功能，面向一种全新的“自然编程”进行编程，使操作计算机繁琐过程得到简化，也同样得到广发的推广使用。
针对上述设想，通用汽车公司提出了这种新型控制器所必须具备的十大条件：
（1）编程简单，可在现场修改程序；
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（2）维护方便，最好是插件式；
（3）可靠性高于继电器控制柜；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）可将数据直接送入管理计算机；
（6）在成本上可与继电器控制柜竞争；
（7）输入可以是交流115V；
（8）输出可以是交流115V,2A以上，可直接驱动电磁阀；
（9）在扩展时，原有系统只要很小变更；
(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K字节；
美国投入大量的资金进行研发，在1969年，美国数字设备公司成功的制造了第一台可以编程的程序控制器，从此打开了自动控制的局面，使工业生产得到了一个全新的发展阶段。
2.2.3 PLC的基本结构
可编程控制器，简称为“PLC”，它主要通过梯形图编程来实现一系列功能，和一般的微型计算机具有相同的功能，由硬件系统和软件系统两部分组成，具体组成部分如图2.3所示：
图2.3 PLC硬件结构图
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2.2.4 PLC的工作原理
可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。
2.2.5PLC的基本配置
1、PLC的特点
（1）灵活、通用
在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。
针对以上出现的问题，可编程控制器控制功能大大的简化了这样繁琐的流程，不用因为一时的失误而导致全部修改，现在通过存储在存储器中的程序来实现控制的整个过程，还可以控制不同的对象，达到不同的要求，简单灵活、通用得到广泛的推广和使用。
（2）可靠性高、抗干扰能力强
机械手的控制设计会受环境影响比较大，为了使机械手能在不同的场所，环境下工作，必须在设计方面考虑全面，例如：潮湿场所，高温高压环境、大量灰尘等等，为了解决这一系列问题，就必须要提高机械手的工作稳定性可靠性，以其适应各个不同的环境，得到全面推广的重要的因素。现在的PLC通过革新，开始采用一些集成度相对来说比较高的电子元件，由无触点的半导体电路来实现和完成，这样的可靠性是触点继电-
接触器无法比较的，而且PLC由硬件和软件系统组成，大大的提高了抗干忧能力，能够适应比较恶劣工业生产环境。
(3)操作方便、维修容易
PLC编程的梯形图，大大的方便了操作人员的修改和编程，以往繁琐的工作流程有失误存在都要大量全部修改，现在得到简化应用，同时操作容易不需要太多的计算机专
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业知识，我们都可以在短时间学会使用，这也方便了使用者操作。
(4)功能强
目前的PLC控制功能逐渐完善，可以实现很多控制功能，在工业生产中得到快速的发展和使用，例如：可以进行A/D、D/A的转换；可以对设备进行远程的数据采集分析和进行实时监控；还可以实现现场本地的控制，也可以实现远程的控制等。
(5)体积小、重量轻和易于实现机电一体化
由于PLC采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且PLC 是为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。
2、PLC的主要功能
PLC系统主要有以下功能：
（1）多种控制功能；
（2）数据采集、存储与处理功能；
（3）通信联网功能；
（4）输入、输出接口调理功能；
（5）人机界面功能；
（6）编程、调试功能。
3、 PLC的经济分析
（1）从影响成本的各个因素综合考虑：对目前生产设备控制装置来说，有三种类型：①继电器控制；②半导体器件控制；③ PLC控制。
（2）继电器控制和半导体控制都存在不足的地方，例如：生产一个工艺设备，原先设定好了，设定好了就只能执行一个工艺设备，随着工业控制的发展，工艺设备存在不断更新换代，然而生产其他的工艺设备，则要把现成生产设备以及外部接线全部修改，这样给工业带来了大量的物力和人力，经济上带来了太大的负担，以上两种不能完成，但是PLC控制则可以完善存在的不足的地方，PLC可以通过软件控制，对于不同的工艺只要修改PLC的梯形图程序，按照工艺的要求设计我们需要的编程程序，这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。
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14 4、 PLC发展状况及趋势
目前PLC发展趋势主要有两个方面：第一是为了适应方便运输，携带等，开始发展
体积小，速度快，价格实惠等微小型电子模块；第二是为了适应大型可靠的发展，向稳定性可靠性，兼容性和控制多功能方面发展。
（1）大型网络化
随着科技网络的普及，实现大型的网络化，当然要向DCS方向发展，当PLC控制系统中具有DCS系统的某些功能，可以实现将工业PC计算机系统、以太网和MAP网构成整个控制网络系统，实现大型网络化及自动控制系统。
（2）多功能
为了适应多样化的环境和具备多样化的功能，PLC控制系统可以实现对远程设备控制数据的采集分析，采集分析回来的数据会在实时监控的平台上呈现，不仅如此，实时监控过程中，设备出现故障原因，监控平台上会显示故障报警，提示工作人员要到现场进行核查分析，同时排除故障原因，使设备运行在正常的工作状态中。随着现在步进电机的控制发展，伺服电机控制模块发展的出现，更是使PLC控制的领域得到更大的推广。
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3机械手控制系统的设计
本课题设计通过组态王Kingview6.55软件仿真模拟的教学实验平台。主要是通过该软件要实现机械手模拟现场工作，达到自动控制的效果，减少劳动工作，同时结合可编程控制器S7-200 PLC实现了机械手的模拟仿真，达到了工业上的预期效果，实现了教学的目的
3.1机械手控制方式的选择
3.1.1机械手控制方式的分类
目前市场上还存在一些旧时，相对来说简单的工业控制设备，这种设备主要是继电-接触器控制完成，只能完成简单的操作工作，存在以下的不足：
（1）仅适合于简单的逻辑控制；
（2）仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；
（3）没有改动和优化的可能性。
目前的PLC控制应用在工业自动化技术中，基本上的生产工业都应用自动化控制技术，从以往继电器-接触器控制中演变过来的，该控制方式有以下的优点：（1）硬件上至少有一个微处理器；
（2）通过软件实现控制思想。
目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：
（1）可编程控制器（PLC）；
（2）工业控制计算机（IPC）；
（3）集散控制系统（DCS）。
3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较
1、各自技术发展的起源
计算机的普及推广，到目前为止的通用性高，每家每户基本上都离不开计算机，在工业生产中更加离不开计算机给人类带来的方便，而计算机能存储大量数据并可以处理的设备，结构方面兼容性高，软件十分丰富，而且有实时操作系统的提高，能够面对一系列复杂性强的控制并占有一定的优势。
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16 集散型控制系统是以工业生产控制计算机为中心的控制系统，在模拟量控制处理过
程中存在一定的优势，也有不足之处，无法对远程控制设备进行远方诊断和维护。传统的继电-接触器控制方式演变成如今的PLC控制系统，注重于顺序控制的方面。
随着电力电子技术的推广，大规模的集成电路技术，PLC控制系统逐渐走向成熟期，功能也得到了实际性的提高，不仅如此逻辑运算中也在增加了许多功能，例如：数值功能运算，闭环调节，模拟量和PID调节等等，PLC的控制功能逐渐向工业控制计算机靠近，各方面都得到很大的发展，构成了一个集散的系统。
2、相同点
近几年来的微电力电子技术的发展，PLC控制系统、工业（PC）控制计算机、集散型控制系统这三者从硬件方面来看，功能差异逐渐减少，基本上都是由一些电力电子元件，微小处理器，半导体模块存储器和I/O模块组成的，编程方面也有很多相同点。
3、不同点
PLC控制系统和工业计算机控制系统，随着各自发展和不断更新演变中，形成了各自独特使用功能和自身的优势，但是两者仍然存在着区别和不同。
PLC的编程语言一般都是梯形图，梯形图编程简单直观，可以根据工业的实际要求进行随时的调整，这样大大提高了使用性的环境，除了梯形图，还有一些功能快图，实现一些基本的功能，顺序功能图则可以使程序按照某个指定顺序动作，指令表能直观的反应出所实现的每个具体的操作。
PLC控制系统和STD工控机之间的区别在于，无论是哪个方面论述，从简单的安装到维修等存在着相似之处，而PLC具有更高的稳定性和可靠性，能够在其他一些模式下进行运行，不够在线性运行下的状态，可能需要进行较大的程序修改，功能略低于STD 工控机的控制系统，但是从另一方面来说，PLC控制系统的性能比STD工控机更具有优势，例如：开关量控制。存在着区别，但是我们可以根据不同的环境下选择适合我们的工作环境的控制方式。
3.2PLC的控制电路程序设计
3.2.1 PLC的I/O分配表
设计该机械手主要运用到CPU224模块，一共有24个I/O点数，14个输入和10个输出，CPU224模块可以带7个扩展模块，有两个高速脉冲输出端和一个RS-485通信口，
物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 关键词:机械手；可编程控制器；自动化控制；物料分拣
目录 第一章前言 (1) 1.1研究的目的及意义 (1) 1.2主要研究的内容 (1) 第二章控制系统的组成结构和性能要求 (2) 2.1控制系统的组成结构 (2) 2.2控制系统的性能要求 (2) 第三章传感器的选择 (4) 第四章控制系统PLC的选型及控制原理 (6) 4.1 PLC控制系统设计的基本原则 (6) 4.2 PLC种类及型号选择 (10) 4.3 I/O点数分配 (10) 4.4 PLC外部接线图 (11) 4.5机械手控制原理 (12) 第五章 PLC程序设计 (14) 5.1总体程序框图 (14) 5.2初始化及报警程序 (15) 5.3手动控制程序 (16) 5.4自动控制程序 (16) 第六章总结与展望 (19) 参考文献 (20) 谢辞 (21)
PLC课程设计报告题目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计 二级学院：电气与电子工程学院 班级： 14电气实验班 姓名：李浩文 学号： 组员： 指导老师： 成绩： 日期： 2017年4月
基于PLC的机械手控制系统及组态设计 摘要 随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。 本设计主要介绍了国内外机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。实验表明，由S7-200PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。 关键词：S7-200PLC；组态王Kingview6.55；机械手
目录 1绪论 (1) 1.1研究该课题的重要性 (1) 1.2国内外机械手研究现状 (1) 1.3该课题研究的内容 (2) 2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍 (3) 2.1组态王Kingview 6.55的介绍 (3) 2.1.1组态王的历史 (3) 2.1.2组态王的结构 (3) 2.1.3组态王的基本配置 (5) 2.1.4组态王软件产生的背景 (8) 2.1.5组态软件的发展方向 (8) 2.2可编程控制器的介绍 (10) 2.2.1可编程控制器的概述 (10) 2.2.2可编程控制器的历史 (10) 2.2.3 PLC的基本结构 (11) 2.2.4 PLC的工作原理 (12) 2.2.5 PLC的基本配置 (12) 3机械手控制系统的设计 (15) 3.1机械手控制方式的选择 (15) 3.1.1机械手控制方式的分类 (15) 3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较 (15) 3.2 PLC的控制电路程序设计 (16) 3.2.1 PLC的I/O分配表 (16) 3.2.2编程指令的选择 (17) 3.2.4 机械手的动作实现过程 (19) 3.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图 (19) 3.2.6 PLC梯形图设计 (21) 3.3 PLC程序的调试 (30) 3.3.1 PLC控制的安装与布线 (30) 3.3.2机械手控制程序的调试 (31) 4组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用 (32) 4.1工程的建立与结构变量的定义 (32) 4.1.1工程的建立 (32) 4.1.2建立结构变量的步骤 (33) 4.1.3设备与组态王的连接 (35) 4.2动画的连接 (38)
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
摘要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可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，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型工业机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词:机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制。
学院 课程设计说明书 题目:基于PLC控制的工业机械手 专业:机电一体化技术 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 二○一○年十一月三日
毕业设计任务书 机电工程系机电一体化技术专业 学生姓名学号 一、毕业设计题目：PLC控制的工业机械手设计 二、毕业设计时间 2010 年11月1日至2010年 11 月 28日 三、毕业设计地点： 四、毕业设计的内容要求： 1、系统的电路原理图。 2、元器件的明细表。 3、毕业设计说明书包含工作原理、系统结构、控制过程、控制流程图机控制程序等，字数不少于6000字。 4、设计格式按照要求完成。 指导教师年月日
毕业设计报告 课题：气动机械手PLC控制系统的设计 系部：电气工程系 专业：机电一体化技术 班级：机电092 姓名：XXX 学号：XXXXXXX 指导老师：XXXX 2011．3
江苏信息职业技术学院毕业设计报告 目录 摘要 (3) 第一章机械手的简介 (4) 1．1 概述 (4) 1．2 机械手的组成 (4) 1．3 机械手的应用 (4) 1．4 机械手应用 (4) 第二章机械手机械设计 (5) 2．1 机械手总体结构设计 (5) 2．2 机械手的工作原理 (6) 2．3 机构模块化设计 (7) 2．4 手部结构设计 (8) 第三章机械手机械控制设计 (10) 3．1 工作过程与控制要求 (10) 3．2 气动驱动设计的简述 (11) 3．3 PLC控制系统设计 (12) 结束语 (20) 谢辞 (21) 参考文献 (22)
气动机械手PLC控制系统的设计 气动机械手PLC控制系统的设计 摘要:气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，己成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。再者，冲压自动化是解决冲压生产成本及安全问题、提高冲压生产企业效益的必然选择，而冲压机械手是冲压自动化的重要组成部分。但是，目前冲压机械手高昂的价格却使国内众多的中小冲压企业望而却步。 PLC是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其可靠性高、抗干扰能力强；PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术技术有效抑制外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可在强、通用性好；开发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词：意义，应用，原理，plc，机械手，气动控制技术
一、要求 机械手的PLC控制 1．设备基本动作：机械手的动作过程分为顺序的8个工步：既从原位开始经下降、夹紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移8个动作后完成一个循环（周期）回到原位。并且只有当右工作台上无工件时，机械手才能从右上位下降，否则，在右上位等待。 2．控制程序可实现手动、自动两种操作方式；自动又分为单工步、单周期、连续三种工作方式。 3．设计既有自动方式也有手动方式满足上述要求的梯形图和相应的语句表。 4. 在实验室实验台上运行该程序。 二参考 1. “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200” 书中212页“8.1.3机械手的控制” 2. “机床电气控制”第三版王炳实主编 书中156页“三、机械手控制的程序设计”。 3．“可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式时手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。 注解： “PLC电气控制技术——CPM1A系列和S7-200”书中212页“8.1.3机械手的控制”例中只有手动和自动（连续）两种操作模式，使用顺序控制法编程。PLC 机型选用CPM2A-40型，其内部继电器区和指令与CPM1A系列的CPM有所不同。 “机床电气控制”第三版王炳实主编书中156页“三、机械手控制的程序设计”。本例中的程序是用三菱公司的F1系列的PLC指令编制。有手动、自动（单工步、单周期、连续）操作方式。手动方式与自动方式分开编程。参考其编程思想。 “可编程控制器原理及应用”宫淑贞徐世许编著人民邮电出版社书中P168—P175例4.6。其中工作方式有手动、自动（单步）、单周期、连续；还有自动工作方式下的误操作禁止程序段（安全可靠）。用CPM1A编程。 这里“误操作禁止”是指当自动（单工步、单周期、连续）工作方式时，按
概要 本文介绍了用PLC S7-200为控制电路主元件，外加电器系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。 左移
目录 前言 第一章机械手简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1．1 机械手概念 1．2 机械手总体结构 第二章PLC介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2．1 PLC发展史 2．2 PLC应用 2．3 PLC特点 第三章汽缸简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3．1汽缸概念与汽缸分类 3．2汽缸结构与工作原理 第四章相关元气件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4．1电磁阀介绍 4．2传感器介绍 第五章项目的实施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 5．1机械手的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .11 5．2机械手总体设计方案. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .11
百度文库- 让每个人平等地提升自我 0前言 / 机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到 生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，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 场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受 到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开 发物料搬运机械手，采用的德 结束语 目录 0前言 0 1 课程设计的任务和要求 ...................................................................... 1 课程设计的任务 ............................................................................ 1 课程设计的基本要求 (3) 2总体设计 (3) PLC 的选型 端子分配图 3 PLC 程序设计 设计思想... 顺序功能图 4程序调试说明 参考文献
国西门子S7-200系列PLC对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。我们利用可编 程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。 机电传动以及控制系统总是随着社会生产的发展而发展的。单就机电而言，它的发展大体上经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。所谓成组拖动，就是一台电动机拖动一根天轴，再由天轴通过皮带轮和皮带分别拖动各生产机械，这种生产方式效率低，劳动条件差，一旦电动机放生故障，将造成成组机械的停车；所谓但电动机的拖动，就是用一台电动机拖动一台生产机械，它虽然较成组拖动前进了一步，但当一台生产机械的运动部件较多时，机械传动机构复杂；多电动机拖动，即是一台生产机械的每一个运功部件分别由一台电动机拖动，这种拖动的方式不仅大大的简化了生产 机械的传动机构，而且控制灵活，为生产机械的自动化提供了有利的条件。 、1课程设计的任务和要求 课程设计的任务 1）示教机械手控制系统设计 2）示教机械手系统示意图如下图所示
毕业设计（论文） 题目: 机械手的PLC控制 专业: 机电一体化 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 成都电子机械高等专科学校 xxxx年x月
摘要 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一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、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、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，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；位置信号由接近开关反馈给PLC 主机，通过交流电机的正反转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。 关键词：机械手 PLC 变频器交流电机
Abstract 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 composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion 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, can replace the 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. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor
机械手控制系统设计 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，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。 本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。 通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。 关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图
II The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram
河北工程大学 课程设计指导说明书 课程题目: 机械手及控制系统设计 专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向 班级: 机制11班 姓名: 唐科 学号 110070118 指导老师: 杨玉敏 目录 第一章绪论 1、1 题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、2 题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、3 气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、4 气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、5 课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能 2、1 机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、2 机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、3 机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 2、4 机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计 3、1 气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、2 机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、3 驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、4 机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、5 气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、6 末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3、7 升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 3、8 平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计
第一章绪论 1. 1 PLC简介 可编程控制器简称PLC(Progrsmmable Logic Controller, PLC),它是以微处理器为基础服务夫人通用工业控制装置。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出和输入，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它的程序是可以控制不同的对象。具有更大的灵活性，再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强，安装接线简单等众多优点，它可以方便地应用在各种场合，PLC釆用了典型的计算机结构，主要是山微处理器(CPU)、存储器(RAM/R0M)、输入输出接口(I/O)电路、通信接口及电源组成。 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 PLC的主要特点，可靠性高、抗干扰能力强功能完善、应用领域广编程简单，易学易用系统安装简单、体积小、价格低可编程控制器的应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要有以下儿个方面的控制，开关量的逻辑、控制模拟量控制、运动控制过程控制、数据处理通信及联网。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它也将和其他的工业控制计算
基于PLC的工业机械手控制系统设计 摘要 机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。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、搬运、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。 本设计描述了基于PLC的机械手控制系统设计，重点介绍了机械手控制系统中的硬件选择方法，软件的设计过程，以及PLC控制装置的工作过程。 本设计实现了机械手在搬运装配线上，通过S7-200PLC控制机械手完成从A传送带搬运物件至B传送带中，然后进入下一个工作流程。机械手的上升/下降和左转/右转的执行，分别由双线圈二位电磁阀控制气缸的运动实现；夹紧/放松则是由单线圈的二位电磁阀控制气缸的运动来实现。 【关键词】机械手；PLC；电磁阀
Based on plc industrial manipulator control system design Abstract In the field of industrial automation manipulator is often met in a control object. In recent years, with the development of industrial automation manipulator gradually become a new subject, and with the rapid development. Manipulator widely application and forging, stamping, forging, welding, assembling, handling, spray paint, heat treatment, etc. Especially in heavy, high temperature, toxic and dangerous, radioactive, dust and so on bad work environment, manipulator because of its significant advantages by pay special attention to. In a word, the manipulator is to improve the labor productivity, improve working conditions, reduce labor intensity and realize industrial production automation is an important means. This design based on PLC describes the manipulator control system design, introduced the manipulator control system, the hardware selection method, the software design process, and the working process of the PLC control device. The design and implementation of the manipulator in the handling assembly line, manipulator controlled by the S7-200PLC complete conveyor belt carrying objects from A to B conveyor, and then go to the next workflow. The implementation of the up / down and left / right of the manipulator, respectively, to achieve control movement of the cylinder by a double coil solenoid valve; clamp / unclamp cylinder is controlled by a single coil solenoid valve movement. 【Key Words】Manipulator；PLC；solenoid valve
机械手电气控制系统设计
目录 一、机械手设计任务书 (1) 1机械手结构、动作与控制要求 (1) 2设计任务 (1) 二、电器控制部分 (2) 1.电器元件目录表 (2) 2.机械手主电路接线图 (3) 3.继电器控制电路 (4) 4.接线图 (4) 5.电器板元件布置图 (5) 6.控制面板 (5) 三、PLC控制部分 (6) 1.PLC的选型 (6) 2.PLC I/O图 (6) 3.状态转移图 (7) 4.梯形图 (7) 5.指令表 (10) 四、参考文献 (14) 一、机械手设计任务书 1机械手结构、动作与控制要求
机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产的自动化。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控制的电气控制系统，动作时间需要可调。 以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等待料架转过一定角度后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。 设计要求 1.1加工中上料和下料各动作采用自动循环。 1.2各动作之间应有一定的延时（由时间继电器调定） 1.3机械手各部分应单独动作，以便调整及维修。 1.4液压泵电动机（Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指 示。 1.5应有必要的电气保护与联锁环节。 2设计任务： 2.1绘制电气控制原理线路图，选用电器元件，制订元件目录表。 2.2设计并绘制以下工艺图样中的一种： 电器板元件布置图与底板加工零件图；电器板接线图；控制面 板元件布置图、接线图及面板加工图；电气箱及系统总接线图。 2.3编制设计，使用说明书，设计小结，列出设计参数资料目录。
Xinyu University 毕业设计(论文) 基于PLC的机械手控制系统设计 学生姓名:何友良 学号:1201231016 专业:电气工程及其自动化 指导教师:谢富珍副教授 学院:电气与电子工程 江西·新余
独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。其中除加以标注和致谢的地方，以及法律规定允许的之外，不包含其他人已经发表或撰写完成并以某种方式公开过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位或证书而作的材料。其他同志对本研究所做的任何贡献均已在文中作了明确的说明并表示谢意。 本毕业设计（论文）成果是本人在新余学院期间在指导教师指导下取得的，成果归新余学院所有。 特此声明。 作者签名（手写）：签名日期：年月日 版权使用授权书 本毕业设计（论文）作者及指导教师完全了解新余学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅。 作者签名（手写）：指导教师签名（手写）： 日期：年月日日期：年月日
摘要 论文题目：基于PLC的机械手控制系统设计 专业：电气工程及其自动化 学生姓名：何友良 指导教师：谢富珍副教授 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈
机械手电气控制系统设计 1.机械手及其应用 机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 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、运动机构和控制系统三大部分组成。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2～3个自由度。 1.1 国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面 1.热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 2.冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 3. 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。 1.2机械手的应用意义 在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下： 1.可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 3.可以减少人力，便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。