第一篇：基于PLC的三自由度的機械手控制系統(tǒng)與設(shè)計

0 引 言

機械手是一種能模擬人的手臂動作，按照設(shè)定程序、軌跡和要求，代替人手進行抓取、搬運工件或操持工具的機電一體化自動裝置。三自由度機械手又稱3D機械人，能夠?qū)崿F(xiàn)三個自由度方向(水平、垂直和旋轉(zhuǎn))的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，應(yīng)用廣泛的特點。

可編程控制器(PLC)是一種專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的進行數(shù)字運算操作的電子控制裝置。由于其具有可靠性高，功能強，編程簡單，人機交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)目。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性誤差而無累計誤差的特點，使其在速度、定位等控制領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。

機械手按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式和機械式機械手。本文設(shè)計的三自由度機械手屬于混合式機械手，它綜合了電動式和氣動式機械手的優(yōu)點，既節(jié)省了行程開關(guān)和PLC的I／O端口，又達到了簡便操作和精確定位的目的。三自由度機械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運動方式

三自由度機械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機械手結(jié)構(gòu)示意圖，機械手手臂的左右運動(水平方向)由伸縮步進電機控制，上下運動(垂直方向)由升降步進電機控制，逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)運動則由底盤直流電機的正反轉(zhuǎn)控制。機械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動，并由電磁閥控制。

機械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動作將工件從A處搬運到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點位置和終點位置的光接近開關(guān)。

三自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

三自由度機械手系統(tǒng)設(shè)置了手動工作方式和自動工作方式。自動方式又分為自動回原點、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。

2．1 硬件設(shè)計

主控制系統(tǒng)選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進電機驅(qū)動器選用SH-20403型模塊。機械手的外部接線圖如圖2所示。

機械手在最上面、最右邊，底盤轉(zhuǎn)至光接近開關(guān)X3處且夾緊裝置松開時稱系統(tǒng)處于原點狀態(tài)。X10為手動控制按鈕，按下該按鈕后，可以進行按鍵開關(guān)X20～X27對應(yīng)的手動操作。X11～X15分別為自動方式中的回原點、單步、單周期和連續(xù)工作方式按鈕，按下其中的某一個按鈕，再按起動按鈕X0，該工作方式的動作就會自動執(zhí)行。步進電機只有在有脈沖信號(Y0)和方向信號(Y2或Y3)輸入時才會轉(zhuǎn)動，Y6，Y7選擇將脈沖信號Y0送至哪個步進電機。Y5控制送氣電磁閥，實現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與松開。Y10，Y11控制底盤直流電機的正反轉(zhuǎn)。

2．2 軟件設(shè)計

在選擇單步、單周期和連續(xù)工作方式前，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于原點狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點工作方式，該工作方式依次執(zhí)行以下操作：向上運動至上限位x1→向右運動至右限位X2→順時針轉(zhuǎn)動至光接近開關(guān)X3→夾緊裝置松開。

機械手自動工作方式的順序功能圖如圖3所示。機械手手臂的運動速度由輸入步進電機的脈沖頻率控制，機械手下降及左行的距離由脈沖數(shù)控制，脈沖頻率和脈沖數(shù)可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際情況在程序中設(shè)定，具有可重復(fù)操作性。

本系統(tǒng)采用的是PLC梯形圖順序編程的方法。其中以PLSY脈沖輸出指令輸出脈沖，用MOV指令設(shè)定脈沖個數(shù)，指定脈沖輸出完后，指令執(zhí)行完成標(biāo)志M8029置1。由于PLSY指令只能使用一次，而系統(tǒng)中兩個步進電機均需要脈沖輸入，設(shè)計中采用兩個外部繼電器解決了該問題。將Y0輸出的脈沖同時接至兩個繼電器動觸點，兩繼電器的常開觸點分別與兩塊步進電機驅(qū)動器的脈沖輸入端相連，Y6，Y7接到兩繼電器的控制端，這樣就可以通過Y6，Y7來控制步進電機的脈沖輸入。

系統(tǒng)的MCGS組態(tài)環(huán)境

MCGS是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機系統(tǒng)軟件，具有功能完善，操作簡便，可視性好，可維護性強的突出特點。圖4為三自由度機械手系統(tǒng)工作時的MCGS組態(tài)環(huán)境界面，它包括主界面、手動工作方式界面和自動工作方式界面。結(jié) 語

經(jīng)調(diào)試，步進電機的運轉(zhuǎn)無抖動和失步現(xiàn)象發(fā)生，機械手系統(tǒng)處于良好的運行狀態(tài)。三自由度機械手系統(tǒng)實現(xiàn)的只是三個自由度方向上的運動，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要，可以對其進一步改進，在夾緊裝置肘部添加腕回轉(zhuǎn)控制裝置，就能使之成為四自由度機械手控制系統(tǒng)。在條件允許的情況下，也可以采用觸摸屏代替MCGS組態(tài)環(huán)境對機械手系統(tǒng)進行控制，這樣占用空間小，人機交互界面直觀，操作更方便。

第二篇：基于PLC的三自由度的機械手控制系統(tǒng)與設(shè)計要點

基于PLC的三自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了提高機械手在工業(yè)生產(chǎn)中定位的精度，介紹一種基于PL C的三自由度機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。方案中提出了步進電機在機械手定位應(yīng)用中的一種新思路 詳細論述三自由度機械手控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件實現(xiàn)方法 并建立MCGS組態(tài)環(huán)境界面對系統(tǒng)的運行進行監(jiān)控。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，定位精確，具有較高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 : PL C 三自由度 機械手 步進電機 MC GS 組態(tài)環(huán)境

0 引 言

機械手是一種能模擬人的手臂動作，按照設(shè)定程序、軌跡和要求，代替人手進行抓取、搬運工件或操持工具的機電一體化自動裝置。三自由度機械手又稱3D機械人，能夠?qū)崿F(xiàn)三個自由度方向(水平、垂直和旋轉(zhuǎn))的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，應(yīng)用廣泛的特點。

可編程控制器(PLC)是一種專門為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計的進行數(shù)字運算操作的電子控制裝置。由于其具有可靠性高，功能強，編程簡單，人機交互界面友好等特性而廣泛用于工業(yè)控制系統(tǒng)。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)執(zhí)行元件。在非超載情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)目。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性誤差而無累計誤差的特點，使其在速度、定位等控制領(lǐng)域應(yīng)用得非常廣泛。

機械手按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式和機械式機械手。本文設(shè)計的三自由度機械手屬于混合式機械手，它綜合了電動式和氣動式機械手的優(yōu)點，既節(jié)省了行程開關(guān)和PLC的I／O端口，又達到了簡便操作和精確定位的目的。三自由度機械手的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運動方式

三自由度機械手為圓柱坐標(biāo)型。圖1為機械手結(jié)構(gòu)示意圖，機械手手臂的左右運動(水平方向)由伸縮步進電機控制，上下運動(垂直方向)由升降步進電機控制，逆時針和順時針旋

轉(zhuǎn)運動則由底盤直流電機的正反轉(zhuǎn)控制。機械手的夾緊裝置采用關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其夾緊與松開用氣壓驅(qū)動，并由電磁閥控制。

機械手可以根據(jù)設(shè)定程序的動作將工件從A處搬運到B處。SQ1，SQ2，SQ5，SQ6為水平和垂直方向上的限位開關(guān)，SQ3，SQ4為原點位置和終點位置的光接近開關(guān)。

三自由度機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

三自由度機械手系統(tǒng)設(shè)置了手動工作方式和自動工作方式。自動方式又分為自動回原點、單步、單周期、連續(xù)四種工作方式。

2．1 硬件設(shè)計

主控制系統(tǒng)選用三菱FX2N系列晶體管輸出型PLC，步進電機驅(qū)動器選用SH-20403型模塊。機械手的外部接線圖如圖2所示。

機械手在最上面、最右邊，底盤轉(zhuǎn)至光接近開關(guān)X3處且夾緊裝置松開時稱系統(tǒng)處于原點狀態(tài)。X10為手動控制按鈕，按下該按鈕后，可以進行按鍵開關(guān)X20～X27對應(yīng)的手動操作。X11～X15分別為自動方式中的回原點、單步、單周期和連續(xù)工作方式按鈕，按下其中的某一個按鈕，再按起動按鈕X0，該工作方式的動作就會自動執(zhí)行。步進電機只有在有脈沖信號(Y0)和方向信號(Y2或Y3)輸入時才會轉(zhuǎn)動，Y6，Y7選擇將脈沖信號Y0送至哪個步進電機。Y5控制送氣電磁閥，實現(xiàn)夾緊裝置的夾緊與松開。Y10，Y11控制底盤直流電機的正反轉(zhuǎn)。

2．2 軟件設(shè)計

在選擇單步、單周期和連續(xù)工作方式前，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)處于原點狀態(tài)。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點工作方式，該工作方式依次執(zhí)行以下操作：向上運動至上限位x1→向右運動至右限位X2→順時針轉(zhuǎn)動至光接近開關(guān)X3→夾緊裝置松開。

機械手自動工作方式的順序功能圖如圖3所示。機械手手臂的運動速度由輸入步進電機的脈沖頻率控制，機械手下降及左行的距離由脈沖數(shù)控制，脈沖頻率和脈沖數(shù)可以根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實際情況在程序中設(shè)定，具有可重復(fù)操作性。

本系統(tǒng)采用的是PLC梯形圖順序編程的方法。其中以PLSY脈沖輸出指令輸出脈沖，用MOV指令設(shè)定脈沖個數(shù)，指定脈沖輸出完后，指令執(zhí)行完成標(biāo)志M8029置1。由于PLSY指令只能使用一次，而系統(tǒng)中兩個步進電機均需要脈沖輸入，設(shè)計中采用兩個外部繼電器解

決了該問題。將Y0輸出的脈沖同時接至兩個繼電器動觸點，兩繼電器的常開觸點分別與兩塊步進電機驅(qū)動器的脈沖輸入端相連，Y6，Y7接到兩繼電器的控制端，這樣就可以通過Y6，Y7來控制步進電機的脈沖輸入。

系統(tǒng)的MCGS組態(tài)環(huán)境

MCGS是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機系統(tǒng)軟件，具有功能完善，操作簡便，可視性好，可維護性強的突出特點。圖4為三自由度機械手系統(tǒng)工作時的MCGS組態(tài)環(huán)境界面，它包括主界面、手動工作方式界面和自動工作方式界面。結(jié) 語

經(jīng)調(diào)試，步進電機的運轉(zhuǎn)無抖動和失步現(xiàn)象發(fā)生，機械手系統(tǒng)處于良好的運行狀態(tài)。三自由度機械手系統(tǒng)實現(xiàn)的只是三個自由度方向上的運動，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要，可以對其進一步改進，在夾緊裝置肘部添加腕回轉(zhuǎn)控制裝置，就能使之成為四自由度機械手控制系統(tǒng)。在條件允許的情況下，也可以采用觸摸屏代替MCGS組態(tài)環(huán)境對機械手系統(tǒng)進行控制，這樣占用空間小，人機交互界面直觀，操作更方便。

《現(xiàn)代電子技術(shù)》2009年第11期總第298期

喻偉闖，羅曉曙，陳赤，楊春慧

廣西師范大學(xué) 電子工程學(xué)院

廣西 桂林

第三篇：基于plc機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

基于plc機械手控制系統(tǒng)的工程設(shè)計 課題背景及研究意義

機械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視?？傊瑱C械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。

可編程序控制器（PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經(jīng)成為工廠自動化的標(biāo)準配置之一。

由于自動化可以節(jié)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優(yōu)越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應(yīng)用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設(shè)計的機械手就是通過PLC來實現(xiàn)自動化控制的。通過此次設(shè)計可以更進一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識，了解世界先進水平，盡可能多的應(yīng)用于實踐。

組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計通過組態(tài)軟件對機械手進行監(jiān)控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。機械手

2.1 機械手介紹

Mechanical hand也被稱為自動手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。

2.2機械手的分類

機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用 機械手有2~3個自由度。

機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。

機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。

機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。

2.3機械手的特點

機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：

1.機床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機床上使用較為普遍。

2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機械行業(yè)中它可以用來組裝零部件。

3.可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。

4.可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運等。

5.宇宙及海洋的開發(fā)。

6.軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。

2.4 機械手的構(gòu)成

機械手簡述：機械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。

1.執(zhí)行機構(gòu) 機械手的執(zhí)行機構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。

2.傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機械手傳動系統(tǒng)分機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。

3.控制系統(tǒng)機械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機械手按一定的程序、方向、位置、速度進行動作，簡單的機械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機構(gòu)按要求進行動作。動作復(fù)雜的機械手則要采用可編程控制器、微型計算機進行控制 機械手控制方式的選擇

3.1 控制方式的分類

傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：

(1)僅適合于簡單的邏輯控制；

(2)僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；

(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實現(xiàn)了從繼電器控制到計算機控制的轉(zhuǎn)變，計算機控制方式具有以下兩個特點：

(1)硬件上至少有一個微處理器；

(2)通過軟件實現(xiàn)控制思想。

目前，工業(yè)自動化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：

(1)可編程序邏輯控制器（PLC）；

(2)工業(yè)控制計算機（IPC）；

(3)集散控制系統(tǒng)（DCS）。

3.2 PLC與工業(yè)控制計算機（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較及選型

1.各自技術(shù)發(fā)展的起源

計算機是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復(fù)雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。

集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。

近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計算機；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個集散系統(tǒng)。特別是個人計算機也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。

2.相同點 在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計算機、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。

3.不同點由于PLC和計算機屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區(qū)別仍然存在。

PLC用編程器或計算機編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計算機結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。

特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機，但是從開關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機。

總的來說，在選擇控制器時，首先要從工程要求、現(xiàn)場環(huán)境和經(jīng)濟性等方面考慮。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。

本章小結(jié)

本章主要介紹了機械手的來源、研究背景及研究意義，機械手的分類、特點。由于機械手是在搬運中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機械手類型。此機械手易于操作，性 能可靠。機械手的控制方式可以有多種，本文主要研究通過PLC來控制機械手。

第四篇：搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

搬運機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

摘 要

隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運機械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。

本機械手的機械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個電磁閥控制的液壓鋼來實現(xiàn)機械手的上升下降運動及夾緊工件的動作，兩個轉(zhuǎn)速不同的電動機分別通過兩線圈控制電動機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的快進、慢進、快退、慢退的運動運動；其動作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號，從而驅(qū)動外部線圈來控制電動機或電磁閥產(chǎn)生不同的動作，可實現(xiàn)機械手的精確定位；其動作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進、快進、慢進、延時、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)；來滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。

關(guān)鍵詞：搬運機械手，可編程控制器（PLC），液壓，電磁閥

ABSTRACT With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, 1

第五篇：基于PLC和組態(tài)王的搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

基于PLC和組態(tài)王的搬運機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

首先分析了搬運機械手控制系統(tǒng)的要求，然后進行了可編程控制器I / O點的分配、編寫了PLC控制程序、繪制了原理圖;同時，實現(xiàn)了PLC與上位計算機組態(tài)王軟件的通訊、設(shè)備的連接與配置、數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造、圖形界面的設(shè)計和動畫連接的建立等;最后運行系統(tǒng)并調(diào)試成功。本設(shè)計利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)對搬運機械手的運行過程進行監(jiān)控和管理，這對提高生產(chǎn)過程的自動化控制水平有著重大的意義。

引言

隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)日新月異，流水生產(chǎn)線已基本普及，人工搬運或包裝貨物和產(chǎn)品不僅耗時費力，而且在環(huán)境惡劣、無法作業(yè)的條件下依然動用人工去作業(yè)已然不太現(xiàn)實。因此，傳統(tǒng)的工作方式必然不能適應(yīng)我國社會主義市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化生產(chǎn)模式則應(yīng)運而生，而機械手自動化控制的研究與應(yīng)用對實現(xiàn)自動化生產(chǎn)有著巨大的意義。

利用PLC 控制實現(xiàn)機械手的精準、快速地進行貨物的搬運、移動、打包和分揀等繁瑣或有害人體的工作，勞動強度得以大大減輕，生產(chǎn)的自動化程度也得到大幅度提高，并且機械手完全可以代替人工在環(huán)境惡劣、工人無法作業(yè)或有特殊要求的場合完成既定的工作任務(wù)。因此，利用組態(tài)軟件可實現(xiàn)遠程控制、可視畫面同步和實時監(jiān)測從而構(gòu)成一個集動作控制、過程監(jiān)測與控制的網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綜合化、組態(tài)化的機電一體化自動控制，在我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展進程中將起到巨大的推動作用。系統(tǒng)的控制要求

搬運機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機械部件組成;電氣方面有步進電機、步進電機驅(qū)動器、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

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圖1 搬運機械手示意圖

機械手轉(zhuǎn)盤部分由直流電機驅(qū)動，升降和伸縮部分由步進電機驅(qū)動，夾緊部分由氣泵和電磁閥控制。

機械手的工作過程為: 從原點開始，按下啟動按鈕，系統(tǒng)初始化，氣夾正轉(zhuǎn)，到位后機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時機械手夾緊;夾緊后機械手上升，上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止;基座正轉(zhuǎn)，到位后機械手右移，右移到位時，碰到右限位開關(guān)，右移停止;機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降停止;同時氣夾電磁閥斷電，機械手放松，放松后，機械手上升，上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止;機械手開始左移，左移到位時，碰到左限位開關(guān)，左移停止，基座反轉(zhuǎn)，到位后回到原點位置。至此，機械手經(jīng)過12 步動作完成了1 個動作周期。系統(tǒng)的PLC 控制部分設(shè)計

2．1 PLC 輸入輸出點分配

2．1．1 控制系統(tǒng)輸入輸出

控制系統(tǒng)輸入輸出分配如表1 和表2 所示。

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表1 可編程序控制器(PLC)輸入點

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表2 可編程序控制器(PLC)輸出點

2．1．2 PLC 外部接線圖的設(shè)計

PLC 外部接線圖如圖2 所示;氣夾電機接線圖如圖3 所示;基座電機接線圖如圖4 所示

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圖2 PLC 外部接線圖 點擊圖片查看大圖

圖3 氣夾電機接線圖 點擊圖片查看大圖

圖4 基座電機接線圖

2．2 系統(tǒng)的順序功能圖

系統(tǒng)的順序功能圖如圖5 所示

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圖5 系統(tǒng)的順序功能圖 組態(tài)部分的設(shè)計

在本設(shè)計中，交通信號燈監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用了北京亞控公司的Kingview6． 5 組態(tài)王軟件。

3．1 定義I /O 設(shè)備

首先雙擊工程瀏覽器左側(cè)大綱項“設(shè)備 COM1”，彈出串口設(shè)置對話框，如圖6 所示。

要用004km.cn組態(tài)軟件進行實時監(jiān)控首先要完成通訊連接，組態(tài)王通訊參數(shù)應(yīng)與PLC 的通訊參數(shù)設(shè)置保持一致。由于本系統(tǒng)是PLC 與組態(tài)王間進行通訊，因此將PLC 的生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通訊方式等填入相應(yīng)的對話框即可。

在本設(shè)計中采用的是三菱FX 系列可編程控制器，當(dāng)使用RS232 與上位機相連時，PLC 與組態(tài)王連接的I /O 設(shè)備的缺省與推薦設(shè)置如表3 所示。按照表3 中給定參數(shù)設(shè)置串口設(shè)置對話框

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圖6 串口設(shè)置對話框

表3 I /O 設(shè)備的通訊參數(shù)

然后選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項“設(shè)備 COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運行“設(shè)備配置向?qū)А?，選擇PLC 三菱FX2 系列產(chǎn)品中“編程口”，如圖7 所示。

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圖7 設(shè)備配置向?qū)υ捒?/p>

單擊“下一步”，為外部設(shè)備取一個名稱，輸入“PLC”，再單擊“下一步”，為設(shè)備選擇連接串口;假設(shè)為COM1，單擊“下一步”，填寫設(shè)備地址為“1”，單擊“下一步”，設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認設(shè)置即可)，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А畔⒖v覽”。請檢查各項設(shè)置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。

3．2 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫

要在組態(tài)王中知道外部設(shè)備的狀態(tài)，以及能夠輸出控制信號到機械手，需要建立相應(yīng)的變量。建立完成的數(shù)據(jù)庫如圖8 所示。

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圖8 構(gòu)造好的組態(tài)王數(shù)據(jù)庫

然后是動畫連接，接著是腳本程序的編寫。

3．3 腳本程序的編寫

1)事件命令語言的編寫。在組態(tài)王工程瀏覽器窗口左側(cè)選擇命令語言目錄中的“事件命令語言”，在右側(cè)雙擊新建圖標(biāo)，則出現(xiàn)“事件命令語言”對話框，在“事件描述”中輸入“停止按鈕= = 1”，在“發(fā)生時”語言編輯區(qū)域輸入: 停止標(biāo)志= 1;運行標(biāo)志= 0;∥本站點 復(fù)位按鈕= 0;∥本站點 啟動按鈕= 0;單擊右下方的“確認”按鈕，則完成第一段事件命令語言的編寫。

類似可編寫“復(fù)位按鈕”“下降”“啟動按鈕”“橫軸回縮”的事件命令語言。2)應(yīng)用程序命令語言的編寫。在組態(tài)王工程瀏覽器窗口左側(cè)選擇命令語言目錄中的“應(yīng)用程序命令語言”，雙擊右側(cè)圖標(biāo)，則出現(xiàn)“應(yīng)用程序命令語言”對話框，在這里編寫機械手動畫的主要控制程序。在“運行時”欄里輸入: if(運行標(biāo)志= = 1){ if(次數(shù)＞ = 0＆＆ 次數(shù)＜ 50＆＆ 下降= = 1){ 機械手y = 機械手y + 2;次數(shù)= 次數(shù)+ 1;} if(次數(shù)＞ = 50＆＆ 次數(shù)＜ 60＆＆ 氣夾電磁閥 = = 1){ 次數(shù)= 次數(shù)+ 1;} if(次數(shù)＞ = 60＆＆ 次數(shù)＜ 110＆＆ 上升= =1)3．4 運行和調(diào)試

進入組態(tài)王運行系統(tǒng)。顯示出組態(tài)王運行系統(tǒng)畫面(如圖9 所示)，達到了預(yù)期的目標(biāo)。

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圖9 搬運機械手的組態(tài)界面 結(jié)論

設(shè)計綜合了計算機和PLC 的長處: 計算機作為上位機提供良好的人機界面，進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，PLC 作為下位機執(zhí)行可靠有效的分散控制。監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以接受多種由PLC 發(fā)出的控制信號，亦可向PLC 發(fā)出各種命令信號，還可以與PLC 之間進行各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸?；诮M態(tài)王的搬運機械手的PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計正確，實現(xiàn)了搬運機械手的自動控制，加強了遠程監(jiān)控的能力，提高了控制系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。