plc控制的搬运机械手的设计
针对面前工业生产上一些人工难以操作的动作，比如起吊搬运中大型的工业零件，对自动化技术的应用已是重中之重，对此本文提出了一种利用PLC作为控制系统设计出一种智能机械手。按照工艺说明分析，对各种外部输入信号按照系统的工艺分析结果及程序设计流程，完成系统各项工艺功能的实现，通过上位机系统将当前的状态进行显示和参数设定等控制。按照方案的选择和设备型号的选择，采用的可编程控制器为西门子S7-200 系列，该可编程控制器设计小巧，功能强大，运行稳定。本系统设计首先进行工艺分析，确定该系统设计的工艺控制方案，完成系统硬件部分的型号选择以及总体控制方案的设计。在此基础上进行硬件分析和图纸设计，完成工艺流程图的设计以及程序的编写，对上位机进行组态设计，监控系统状态及数据并且根据实际工艺修改当前参数，达到系统可视化的要求。通过程序仿真设计以及上位机联机调试和修改，系统安全可靠、使用灵活、扩展性强、开发周期短，后期修改方便，达到本设计的工艺要求，以及为后期系统升级改造创造条件。?
目录
引言 1
一、机械手的工艺流程和控制要求 2
（一）机械手的工艺流程 2
（二）机械手的控制要求 3
二、机械手的硬件设计 4
（一）控制方案的设计 4
（二）PLC结构 4
（三）输入、输出信号统计 5
（四）PLC的输入、输出分配表 6
（五）PLC的选择以及外部接线图 6
（六）PLC的主电路图 7
三、软件系统设计 8
（一）程序设计 8
（二）主程序 8
（三）手动程序 10
（四）自动程序 11
四、组态软对系统的仿真 12
（一）组态软件的设计 12
（二）组态王命令的编写 13
（三）系统的仿真运行 13
总结 15
谢辞 16
参考文献 17
附录1 18
附录2 21
附录3 29
附录4 35
引言
随着工业的高速发展和信息时代的到来，在一些比较重要的工业生产，比如火箭制造 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、船舶制造、重型起吊机制造等一些方面，对生产工件精度的要求越来越高，甚至有些工件是在一些比较严酷危险的生产环境中加工制造的，那么完全依靠人力可能无法完成这些工件的生产了，所以人工智能机械手的应用就尤其重要起来。自动化技术的应用不光实现了一些人力无法完成的操作外，还对产品品质的提升有着很大的影响，同时也减轻了工人在生产过程中的劳动强度。
中国的工业体系现在是世界上最大、最完备的，智能制造的使用已经逐渐正成中国制造的先锋，“中国制造”现在也慢慢在全球发声，这是中国工业制造的成功，也是中国智能制造一场前所未有的变革。
工业机器手是机器代替人力的重要的代表之一，是机器人很重要的一个分支。该技术的最先研制是美国开始的，1958年美国研制出第一台机械手，采用示教型控制系统；1962年美国成功研制出Unimate和Vewrsatran两种机械手，采用的控制系统都是示教再现型，这俩种类型的机械手对日后机械手的发展起着重要作用，是基础所在[8]。可以说美国对机器人与机械手技术的掌握是相当成熟的。其次是欧洲一些国家，例如德国、瑞典和瑞士等一些国家对机械手技术的发展也有着重大影响。德国研究制造出了点焊式的机械手；瑞士研制出了一种在工业上用于涂漆的机械手；瑞典制造出一种清理铸铝齿轮箱毛刺的机械手。值得一提的是日本的机器人发展速度是相当快的，在第一次引进机器人技术后边大力的发展与研究，目前日系的机器人在国际上应用是相当广泛的。近些年来国外研制的机械手的性能也在不断的提高，并且价格方面也是越来越低，对PLC的应用也越来越多，控制系统更多采用PLC的开放型控制器。
本论文主要讲述了在黄老师的指导下并查阅资料，应用PLC技术为控制系统设计的智能机械手。论文大致可分为以下几个部分:
对机械手的工艺流程与控制要求进行简单的描述与介绍。
（2）介绍设计过程中所用的硬件部分。
（3）按照设计的方案绘制程序流程图、确定程序、编写梯形图，接着对程序进行调式与仿真。
（4）设计总结。
一、机械手的工艺流程和控制要求
（一）机械手的工艺流程
如图11所示为机械手的工作示意图，这个机械手的组成结构并不复杂，其操作过程也很简单，在空间上的大致可进行如下的工作:垂直空间的上升与下降、水平方向的左移与右移、工件的夹紧与松开，其实就是在工作台之间进行物件的搬运。
图11 机械手工作示意图
没通电工作的时候，机械手停留在原点初始状态，因为本设计中的机械手动作简单，所以可以采用气缸作为驱动装置来控制机械手的动作，而气缸的控制则是受相对应的气动电磁换向阀的通断电影响。采用这种驱动的好处有:气体来源简单方便、结构简单、成本低、并且还有一定的缓冲作用。因为上升下降、左移右移的动作都是相互独立的，所以这四个动作指令的控制电阀可以采用双线圈二位控制阀，这种双线圈控制阀的原理就是执行机械手某一个动作指令的电磁阀的通断电只会控制该动作的进行或停止，不会对其他动作指令产生影响。比如当左移阀的线圈通电时，机械手就会左移，断电时机械手停止左移动作，而此时的机械手是保持不动的，只有当右移阀通电时机械手才会左移。上升下降的工作原理亦是如此，而机械手的夹紧松开由一个单线圈二位电磁阀控制即可，即当夹紧阀通电时夹紧，断电时松开。如图12所示机械手各元件的分配布置图。
图12 机械手各元件分配布置图
如图12布置图所示，机械手的原点初始位置是最上最左的位置，当给机械手通电按下启动按键之后，左边的下降电磁阀首先通电，这时机械手开始执行下降动作，当机械手下降到最下位置后就会碰到左边的下限位的开关，这时左边的下降阀断电，机械手就会停止下降动作。与此同时夹紧电磁阀的线圈开始得电，机械手进行夹紧工件的动作，夹紧后左边的上升电磁阀就会通电，机械手执行上升动作。当上升到最高位置时就会碰到左边的上限位开关，这时上升阀就会断电，机械手停止上升，同时接通右移电磁阀，机械手开始往右移动。在达到最右位置碰到右限位开关后，右移电磁阀就会断开通电，机械手停止右移动作。此时右边的下降阀就会接通，机械手又执行下降动作，碰到右边的下限位开关后下降阀再一次断电，机械手停止下降，同时夹紧电磁阀断开，机械手就会慢慢放松将工件放在合适的位置。放完工件后右边的上升电磁阀接通，机械手又执行上升动作，在碰到右边的上限位开关后，右边的上升磁阀就会断使机械手停止上升动作。与此同时左移电磁阀的线圈就会得电，机械手开始向左移动，直到回到原点初始位置后，左限位开关被碰然后左移阀断电，机械手停止左移动作。这样一整套动作完成之后机械手就算完成了一个周期。
目录
引言 1
一、机械手的工艺流程和控制要求 2
（一）机械手的工艺流程 2
（二）机械手的控制要求 3
二、机械手的硬件设计 4
（一）控制方案的设计 4
（二）PLC结构 4
（三）输入、输出信号统计 5
（四）PLC的输入、输出分配表 6
（五）PLC的选择以及外部接线图 6
（六）PLC的主电路图 7
三、软件系统设计 8
（一）程序设计 8
（二）主程序 8
（三）手动程序 10
（四）自动程序 11
四、组态软对系统的仿真 12
（一）组态软件的设计 12
（二）组态王命令的编写 13
（三）系统的仿真运行 13
总结 15
谢辞 16
参考文献 17
附录1 18
附录2 21
附录3 29
附录4 35
引言
随着工业的高速发展和信息时代的到来，在一些比较重要的工业生产，比如火箭制造 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
、船舶制造、重型起吊机制造等一些方面，对生产工件精度的要求越来越高，甚至有些工件是在一些比较严酷危险的生产环境中加工制造的，那么完全依靠人力可能无法完成这些工件的生产了，所以人工智能机械手的应用就尤其重要起来。自动化技术的应用不光实现了一些人力无法完成的操作外，还对产品品质的提升有着很大的影响，同时也减轻了工人在生产过程中的劳动强度。
中国的工业体系现在是世界上最大、最完备的，智能制造的使用已经逐渐正成中国制造的先锋，“中国制造”现在也慢慢在全球发声，这是中国工业制造的成功，也是中国智能制造一场前所未有的变革。
工业机器手是机器代替人力的重要的代表之一，是机器人很重要的一个分支。该技术的最先研制是美国开始的，1958年美国研制出第一台机械手，采用示教型控制系统；1962年美国成功研制出Unimate和Vewrsatran两种机械手，采用的控制系统都是示教再现型，这俩种类型的机械手对日后机械手的发展起着重要作用，是基础所在[8]。可以说美国对机器人与机械手技术的掌握是相当成熟的。其次是欧洲一些国家，例如德国、瑞典和瑞士等一些国家对机械手技术的发展也有着重大影响。德国研究制造出了点焊式的机械手；瑞士研制出了一种在工业上用于涂漆的机械手；瑞典制造出一种清理铸铝齿轮箱毛刺的机械手。值得一提的是日本的机器人发展速度是相当快的，在第一次引进机器人技术后边大力的发展与研究，目前日系的机器人在国际上应用是相当广泛的。近些年来国外研制的机械手的性能也在不断的提高，并且价格方面也是越来越低，对PLC的应用也越来越多，控制系统更多采用PLC的开放型控制器。
本论文主要讲述了在黄老师的指导下并查阅资料，应用PLC技术为控制系统设计的智能机械手。论文大致可分为以下几个部分:
对机械手的工艺流程与控制要求进行简单的描述与介绍。
（2）介绍设计过程中所用的硬件部分。
（3）按照设计的方案绘制程序流程图、确定程序、编写梯形图，接着对程序进行调式与仿真。
（4）设计总结。
一、机械手的工艺流程和控制要求
（一）机械手的工艺流程
如图11所示为机械手的工作示意图，这个机械手的组成结构并不复杂，其操作过程也很简单，在空间上的大致可进行如下的工作:垂直空间的上升与下降、水平方向的左移与右移、工件的夹紧与松开，其实就是在工作台之间进行物件的搬运。
图11 机械手工作示意图
没通电工作的时候，机械手停留在原点初始状态，因为本设计中的机械手动作简单，所以可以采用气缸作为驱动装置来控制机械手的动作，而气缸的控制则是受相对应的气动电磁换向阀的通断电影响。采用这种驱动的好处有:气体来源简单方便、结构简单、成本低、并且还有一定的缓冲作用。因为上升下降、左移右移的动作都是相互独立的，所以这四个动作指令的控制电阀可以采用双线圈二位控制阀，这种双线圈控制阀的原理就是执行机械手某一个动作指令的电磁阀的通断电只会控制该动作的进行或停止，不会对其他动作指令产生影响。比如当左移阀的线圈通电时，机械手就会左移，断电时机械手停止左移动作，而此时的机械手是保持不动的，只有当右移阀通电时机械手才会左移。上升下降的工作原理亦是如此，而机械手的夹紧松开由一个单线圈二位电磁阀控制即可，即当夹紧阀通电时夹紧，断电时松开。如图12所示机械手各元件的分配布置图。
图12 机械手各元件分配布置图
如图12布置图所示，机械手的原点初始位置是最上最左的位置，当给机械手通电按下启动按键之后，左边的下降电磁阀首先通电，这时机械手开始执行下降动作，当机械手下降到最下位置后就会碰到左边的下限位的开关，这时左边的下降阀断电，机械手就会停止下降动作。与此同时夹紧电磁阀的线圈开始得电，机械手进行夹紧工件的动作，夹紧后左边的上升电磁阀就会通电，机械手执行上升动作。当上升到最高位置时就会碰到左边的上限位开关，这时上升阀就会断电，机械手停止上升，同时接通右移电磁阀，机械手开始往右移动。在达到最右位置碰到右限位开关后，右移电磁阀就会断开通电，机械手停止右移动作。此时右边的下降阀就会接通，机械手又执行下降动作，碰到右边的下限位开关后下降阀再一次断电，机械手停止下降，同时夹紧电磁阀断开，机械手就会慢慢放松将工件放在合适的位置。放完工件后右边的上升电磁阀接通，机械手又执行上升动作，在碰到右边的上限位开关后，右边的上升磁阀就会断使机械手停止上升动作。与此同时左移电磁阀的线圈就会得电，机械手开始向左移动，直到回到原点初始位置后，左限位开关被碰然后左移阀断电，机械手停止左移动作。这样一整套动作完成之后机械手就算完成了一个周期。
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