大专机电一体化毕业论文-PLC机械手控制设计.doc
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吉林大学远程教育2011届专科生毕业论文（设计）
吉林大学远程教育
专科生毕业论文（设计）
中文题目PLC机械手控制设计
学生姓名陈攀专业机电一体化技术
层次年级09春专科学号10921508050306
指导教师厉相宝职称讲师
学习中心山东杏林科技职业学院成绩
2011年4月15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，出现故障时可即使发出警报信息；PLC采用光电隔离和滤波技术有效一直外部干扰源对PLC的影响，此外PLC还可再强、通用性好；开发周期短，功耗小。
本课题对现代工业的发展具有很重要的意义。
关键词：
意义，应用，前景，编程语言，设计
目录
第一章绪论…………………………………………………………………………………1
1.1本课题的意义………………………………………………………………………1
1.2本文的主要工作……………………………………………………………………1
第二章PLC的概述…………………………………………………………………………3
2.1PLC的基本知识……………………………………………………………………3
2.2PLC的应用与前景…………………………………………………………………5
第三章PLC的编程语言……………………………………………………………………7
3.1梯形图编程语言……………………………………………………………………7
3.2功能块图编程语言…………………………………………………………………8
第四章PLC控制机械手的设计…………………………………………………………….9
4.1机械手在工业生产中的应用………………………………………………………9
4.2各电器设备的制方式及控制要求…………………………………………………10
4.3电器元件设备的选择………………………………………………………………13
4.4控制系统的软、硬件设计…………………………………………………………14
4.5功能表图设计………………………………………………………………………27
参考文献……………………………………………………………………………………35
致谢…………………………………………………………………………………………36
第一章绪论
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、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。
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；
第二章可编程控制器的概述
2.1可编程控制器的基本知识
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.根据
1、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EPROM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、按功能分
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
C20C40日本欧姆龙公司
SF200德国西门子公司
EX20EX40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-5SU-6德国西门子公司
C-500日本立石公司
CE-ШGE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-IVGE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：
2.2.1强量逻辑运算
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，注塑机印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。
这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。
2.运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。
例如：
各种机床，装配机械。
机器人等进行运动控制。
3.过程控制
大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能。
有的小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。
这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。
4.数据处理
现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时的通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。
例如：
CNC设备进行处理。
5.通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC，PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。
集中管理分散控制的多级分布式控制系统。
满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。
2.2.2国外PLC发展概况
PLC在问世以来，经过40多年的发展。
在美、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
目前，世界上有200多个厂家生产PLC。
较多的有美国：
AB通用电气、莫迪康公司；日本：
松下、三菱、富士、欧姆龙等；德国：
西门子公司；法国：
TE施耐德公司。
韩国：
三星、LG公司等
PLC的发展前景
（1）产品规模向大小两个方向发展
大：
I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速度快高速；
小：
整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；
（2）PLC在闭环过程中应用日益广泛；
（3）不断加强通讯功能；
（4）新器件和模块不断推出
第三章可编程控制器的编程语言
3.1可编程控制器的几种编程语言
可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。
图形化编程语言包括:
梯形图（LD-LadderDiagram）、功能块图（FBD-FunctionBlockDiagram）、顺序功能图（SFC-SequentialFunctionChart）。
文本化编程语言包括
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