PLC的机械手控制电气自动化专业毕业设计毕业论文

2008级电气自动化专业

毕业设计（论文）

题目：PLC的机械手控制

学 号： ____________________

姓 名： ____________________

专 业： 电气自动化

班 级： ____________________

指导教师： _________________ 完成时间：2011 年5月13日 摘要

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。

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。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生 产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐 蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。 机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机 器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现 代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量， 而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消 耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。可编程控制器是继电器控制和计算机控制 出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、 计算机技术、通信技术 融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产的可编程控制器 FX系列

PLC，实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（ PLC控制功能。使 该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。

关键词：意义；应用；前景；编程语言；设计Summary

pic with moder n tech no logy is the microprocessor con troller as a gen eral con trol of the

industry, its reliability and anti-interferenceability ； plc with the use of modern lsi adopt

strict product ion process and internal circuit adopted adva need an ti-i nterfere nee tech no

logy, with very high reliability, i n additi on, plc with a hardware failure and detect ion

capabilities, the failure of in formatio n to the timely alarm ； plc the

photoelectric

isolation and technical skills filtering is effective in the area of the plc external to the in flue

nee of the plc, there is also in the strong, the com mon good ； developme nt cycles, TDP.

this subject to the moder n in dustrial developme nt has a very importa nt.

Keywords: significanee, application, prospect , the programming Ianguage, designed.目 录

1 绪 论

y Q，门门门门门，门门，门门门门， 1

1.1 本课题的意义 1

1.2 本文的主要工作 1

2 PLC 的概述 2

2.1 PLC 的基本知识,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 2

22 PLC 的应用与前景,,,,,,,,,,,,,,,,,, 3

3 PLC 的编程语言 ，，，，，，，，，，，，，，，，，6

3.1 梯形图编语 6

3.2 功能块图编程语,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 8

4 PLC 控制机械手的设计,,,,,,,,,,,,,,,,,, 8

4.1 机械手在工业生产中的应用 8

4.2 各电器设备的制方式及控制要求 10

4.3 电器兀件设备的选择,,,,,,,,,,,,,,,,, 12

4.4 控制系统的软、硬件设 13

4.5 功能表图设计 27

5 设计小结

< 1 -4 ~~1 J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J 35

谢辞

口〒 36

参考文献 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 37

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一项新技术，并已成为现代科技的一个重 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。

1.2 本文主要做的工作

1.2.1. 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

统的一般方法。

1.2.2. 系统设计的主要内容

（1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一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；

（6 ） 了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之 间的友善关系；

可编程控制器的概述

2.1可编程控制器的基本知识

1、 PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对 PLC的分类，通常根据其形

式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类•根PLC的结构形式可将PLC 分为整体式和模块式两类

（1）整体式PLC

整体式PLC是将电源、CPU I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构 紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC一般采用这种整体式机构。

整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成， 基本单元内有CPU I/O 接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPRO写入器相连的接口等。扩 展单元内只有I/O和电等，没有CPU基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。 整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能 得以扩展

（2）模块式PLC

模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成若干个单独的模块， 如CPU模块、I/O

模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和 各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC的特点是配置灵活、

可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC

一般采用这种模块式结构。

还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC叠装

式PLC其CPU电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联 接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。

2、 根据PLC所具有的功能不同，可将 PLC分为低，中，高档次

（1） 低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断监控等基本功能

还可以少量模拟量输入/输出，算术运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控 制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。

（2） 中档PLC出具有低档PLC的功能外，还具有模拟量输入/输出，算术运算， 数据传送和比较；数据转换，远程I/O ,子程序，通信联网等功能，有些还可增设中

断控制，PID控制等功能，适应于复杂控制系统。

（3） 高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算， 位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算， 制表及表格传递功能等。高档 PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，

实现工厂自动化。

3 按I/O点数分类

根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类

（1）.型 PLC I/O点数＜256点，单CPU 8位或16微处理器，用户存储器

容量4K字以下

CE-I 型 美国通用电气（GE公司

TI100 美国德洲仪器公司

F、F1、F2 日本三菱电气公司

C20 C40 日本欧姆龙公司

SF200 德国西门子公司

EX20 EX40 日本东芝公司

SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司

（2）.中型 点数256-2048点，双CPU用户存储器容量2-8K

S7-300 德国西门子

SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司

SU-5 SU-6 德国西门子公司

C-500 日本立石公司

CE-m GE 公司

(3).大型 PLC— -—I/O点数＞2048点，多CPU 16位、32位处理器，用户存

储器容量8-16K

S7-400 德国西门子公司

GE-IV GE 公司

C-2000 立石公司

K3 三菱公司

2.2 可编程控制器 PLC的应用与前景

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金，石油，化工，剪彩，机械制造，电力，

汽车，轻工，环保及文化娱乐等各行各业，随着 PLC性能价格 的不断提高，器应用

领域不断扩大，从应用类型看大致可归纳为以下几个方面：

221强量逻辑运算

1. 利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计收等功能实现逻辑运算，科取代传统 的继电器控制用于单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机