三菱plc控制机械手设计系统1.docx

三菱plc控制机械手设计系统1.docx

《三菱plc控制机械手设计系统1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三菱plc控制机械手设计系统1.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三菱plc控制机械手设计系统1

摘要

可编程序控制器（PLC）是近年来发展极为迅速，应用面极广，以微处理器为核心，集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。

PLC的广泛应用，已经给生产带来许多的好处，它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性好、性能价格比高等特点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。

比如plc控制的机械手在搬运工件方面的应用，以前一直采用人工搬运物料，不仅工人的劳动强度大，安全性差，而且效率低。

本文分析了机械手和PLC之后，我们采用PLC控制的机械手进行物件的搬运来代替人力。

本文基于三菱公司的PLC，提出了PLC控制工件传送机械手PLC控制系统的设计方法。

重点研究了实验开发系统的工作原理、硬件部分的主要构成，以及硬件部分的设计、安装调试和实验应用开发。

讨论了三菱PLC指令系统、编程语言和程序设计方法，分析了三菱PLC专用编程软件在本系统中具体应用，

关键词：

机械手，PLC，

（PLC是什么？

PLC控制什么？

如何达到任务要求的？

达到什么样的控制要求？

）

绪论

工件传送机械手PLC控制系统总体方案设计

一、控制系统要求

机械手的工作过程如下：

第一章概述

1.1PLC产生、定义及发展趋势

1.1.1PLC（可编程逻辑控制器）的产生

PLC（可编程逻辑控制器）是20世纪60年代末期逐步发展起来的一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产自动线控制及各类机电一体化设备控制中得到极其广泛的应用，成为工业自动化领域中的一项十分重要的应用技术。

在PLC出现以前，继电器控制曾得到广泛应用，在机电设备和工业过程控制领域中占有主导地位。

但是继电器控制系统有明显的缺点；体积大，可靠性低，故障查找困难，特别是因为它是由硬接线逻辑构成的系统，造成了接线复杂，容易出故障，对生产工艺变化的适应性较差。

20世纪60年代未，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应汽车型号不断更新的需要，试图寻找一种新的生产线控制方法，使之尽可能地减少重新设计继电器控制系统的工作量以及尽量地减少控制系统硬连接线的数量，以降低生产成本，缩短制造周期，减少生产线的故障率，从而有效地提高生产效率。

当时，电子计算机的硬件己经基本完备，其主要功能是通过软件来实现的，因此具有灵活性、通用性等优点，但价格相对来说比较昂贵，于是他们想到了把继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格便宜的长处与计算机灵活、通用的优点结合起来，用来制造一种新型的工业控制装置，并进而采用招标的方式，首先是美国数字设备公司（DEC）研制出符合上述想法的工业控制装置，命名为可编程逻辑控制器，即PLC（ProgrammableLogicController）。

1969年，第一台PLC在GM公司汽车生产线上首次运行，成功地取代了沿用多年的继电器控制系统，尽管当时的PLC功能仅具有逻辑控制、定时、计数等功能，但却标志着一种新型装置问世。

随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，20世纪70年代中期又出现了微处理器和微型计算机，这些新技术很快也被用到PLC之中，使得PLC不仅其有逻辑控制功能，而且还增加了运算、数据处理和传送等功能，从而成为具有计算机功能的新型工业控制装置。

1980年美国电器制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程控制器（ProgrammableController）简称PC.

1.1.2PLC（可编程逻辑控制器）的定义

国际电商委员会（IEC）于1982年11月和1985年1月颁布了可编程控制器的第一稿和第二稿，对可编程控制器作了如下的定义:

“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。

它可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、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计”。

之所以把可编程控制器简称为PC,因为它已经不再是仅具有逻辑控制功能的装置了口只是由于20世纪80年代崛起的个人计算机（PersonalComputer）也简称为PC。

为了加以区别，人们又把可编程控制器简称为PLC。

本文均称其为PLC.

1.1.3可编程逻辑控制器（PLC）的特点

1）可靠性高

由于制造PLC时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如屏蔽、滤波、隔离、故障诊断等，使PLC具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间可达到5万到10万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。

2）编程简单

PLC是面向工控现场设计的，他经常采用的是一种面向控制过程的梯形图语言，梯形图语言与继电器原理图相类似，具有形象直观、易学易懂的优点，便于电气工程技术人员掌握。

3）使用方便

使用PLC时只需进行和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制要求发生改变时，梯形图程序修改非常容易。

PLC的功能强大，主要有逻辑控制、定时控制、技术控制、步进控制、数据处理等基本功能，有的PLC还有A/D、D/A转换及通信联网的功能。

由于可编程控制器产品已系列化、标准化、模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统。

单片机不能适应太复杂的工作环境，抗干扰性能没有PLC强，编程复杂，不易掌握，单片机的开发是需要大量的技术人员的共同努力才能够实现的，其接线复杂，因此在工业控制时，人们会选择简单易学易于控制的PLC作为工控机。

PLC的主要应用领域包括：

专用机床，纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、电器制造工业及相关产业等等。

1.1.4PLC（可编程逻辑控制器）发展趋势

一、向高速度、大存储量方向发展

为提高处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。

目前大中型PLC.的速度可达0.2ms/k步左右。

各大公司都把PLC的扫描速度作为一个很重要的竞争指标。

二、向多品种方向发展

目前中小型PLC比较普遍。

为适应市场的多种需要，今后PLC发展要向多品种方向，特别是向超大型和超小型两个方向发展。

目前开关量输入输出点数达到8192点的大型PLC己比较多。

为适应大规模控制系统的需要，输入输出点数还在增加。

例如Modicon公司的984-780、984—785的最大开关量输入输出点数为16384,西门子公司的S5-55U为10K点，RelianceElectric公司的DCS-5000为12K点。

三、编程语言多样化

PLC系统结构不断发展的同时，编程软件也在不断发展。

编程语言朝着多种编程语的方向发展。

尽管大多数PLC采用继电器梯形图语言（RLL），但是新的编程语言还是不断出现，现在有部分PLC已采用高级语言（如BASIC语言等），例如Teletrol系统公司的286集成系统就是用C语言，使个人计算机技术得以溶入PLC之中。

四、发展智能模块

智能模块是以微处理器为基础的功能部件。

它可以与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。

发展智能模块可进一步提高PLC处理信息的能力和控制功能。

1.2机械手的介绍

1.2.1工业机械手的概述

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，例如：

（1）机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

（2）在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中

它可以用来组装零部件。

（3）可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。

（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。

（5）宇宙及海洋的开发。

（6）军事工程及生物医学方面的研究和试验。

1.2.2机械手的组成

机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

1.执行机构

机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。

手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。

手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。

简单的机械手可以没有手腕。

支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。

2．传动系统

执行机构的动作要由传动系统来实现。

常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

3.控制系统

机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

4．辅助装置

辅助装置是机械手各部的连接装置，如，油箱、管道、仪表、基座等。

机械手按使用用途分：

专用机械手、通用机械手。

传动方式分：

机械式机械手、液压式机械手、气压式机械手、电动机械手。

1.2.2机械手应用好处

进入信息时代，科学技术高速发展的今天，传统的机械手面临着一场严峻的挑战，它要生存要发展就必须要进行一场深刻的变革，自动化技术就越来越受到各方面的关注，在机械手上提高自动化程度几乎成了有识之士的共识。

近几年来，自动化机械手的应用出现了日新月异的可喜局面，它将对提高产品质量、提高工作效率、节约能源、降低生产成本、减少消耗、增加企业的竞争力，缩小同发达国家的差距等都将起到重要的作用。

生产自动化的实质就是利用机械装置来代替人，来完成人的工作（劳动）。

把人从繁重、单调、恶劣的环境中解放出来。

它能长时间、不知疲倦地按人们的意愿工作。

物料分拣自动化的重要环节一一机械手己被人们研究了几十年，也应用了几十年，并得到了飞速的发展，它己经被应用到人类生活的各个方面，它已经成了人类的好朋友，伴随它的发展，它将对人类的生产、生活做出更大的贡献。

第二章机械手控制系统硬件设计

2.1PLC控制系统硬件设计原则

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1、最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2、保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

3、力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成