工业机械手的PLC控制.doc

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工业机械手的PLC控制

姓名：

×××

学号：

×××

课程名称：

机电综合实训3

提交日期：

2009年5月18日

概要

本文介绍了以西门子CPU226型为核心，用PLCs7-200为控制电路主元件，外加电气系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。

利用Step7Micro\Win为编程软件对项目进行编程与调试，以及故障分析。

最终完成以机械手为控制对象的所有动作要求，实现工业机械手PLC的控制。

目录

前言

第一章机械手的介绍

1.1机械手的发展历史

1.2机械手的工作原理

1.3机械手的结构与组成

1.3.1机械手的结构

1.3.2机械手的组成

第二章PLC的介绍

2.1PLC的基本概念

2.2PLC的基本结构

2.3PLC的特征

2.4PLC的工作原理

2.5PLCS7-200简介

第三章汽缸的介绍

3.1汽缸的结构与工作原理

3.2汽缸的型号

第四章相关元件

4.1电磁阀的介绍

4.1.1电磁阀的结构

4.1.2电磁阀的型号

4.1.3电磁阀的工作原理

4.2传感器的介绍

4.2.1传感器的应用原理

4.2.1传感器的型号

第五章项目制作

5.1方案论证与电路设计

5.1.1供电系统

5.1.2控制电路

5.2PLC设计

5.2.1总体控制方案

5.2.2实施方案

5.3程序调试

5.3.1流程功能图

5.3.2清单明细表

结论

致谢

参考文献

附录

前言

1.2工业机械手的特点及应用

在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外引进，比如数控车床和铣床等，还有把几种机床的功能集中在一起的加工中心等。

总之这类CNC机床大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度，所以大受欢迎。

但是这类设备引进费用也是相当的昂贵，所以国内很多企业的技术人员在原先的旧机床上进行改进，来达到提高生产率和降低工人的劳动强度，实现工业自动化，这类改进同样也大受欢迎。

我由引想到为普通机床配套设计一套上料机械手，来起到减少上料的时间，减轻工人劳动强度的目的。

机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。

因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。

工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。

工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。

此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。

更显其优越性，有着广阔的发展前途。

目前机器人的应用领域主要有：

工业制造领域：

主要让机器人在机械制造业中代替人完成大批量、高质量要求的工作，如汽车制造、舰船制造及某些家电产品（电视机、电冰箱、洗衣机）的制造等。

化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配及物流系统的搬运、包装等工作，也有部分是由机器人完成的军事领域：

主要让机器人执行一些自动的侦察与控制任务，尤其是一些相对较为危险的任务，比如，无人侦察机、拆除炸弹的机器人及扫雷机器人等。

机器人还可以代替士兵去完成那些不太复杂的工程及后勤任务，从而使战士从繁重的工作中解脱出来，去从事更加重要的工作娱乐领域：

机器人在娱乐领域的应用十分广泛，比如，机器人足球大赛、机器人弹钢琴和机器人宠物等医疗领域：

机器人主要用来辅助护士进行一些日常的工作，比如，帮助医生运送用药品及自动监测病房内的空气质量，等等。

医用机器人还可以协助医生完成一些难度较高的手术，例如，眼部手术、脑部手术等。

美国还发明了一种可以进入人体血管的微型机器人，帮助医生在病人的血管内灭杀病毒。

第二章PLC制作

2.1PLC的发展简史

PLC的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高等新技术的发展息息相关。

这些高新技术的发展推动了PLC的发展，而PLC的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。

从PLC的控制功能来分，PLC的发展经历了以下4个阶段。

第一阶段，从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，是PLC的初创阶段。

该时期的PLC产品主要用于逻辑运算、定时和计数，它的PCU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能比较简单。

第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，是PLC实用化发展阶段。

该时期的PLC产品的主要控制功能得到了较大的发展。

随着多种8位微处理器的相继问世，PLC技术产生了飞跃。

因逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环调节功能，提高了运算速度，扩大了输入/输出规模。

第三阶段，从20世纪70年代末期到80年代中期，是PLC通信功能的实现阶段。

与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了布分式的通信网络体系。

但是，由于各生产厂家各自为政，通信系统自成系统，因此各生产互相通信是较困难的。

在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得了到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品可靠性进一步提高。

第四阶段，从20世纪80年代中期开始，是PLC的开放阶段。

由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。

主要表现在通信系统的开放，使生产厂家的产品可以互相通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。

在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型产品多数有CRT屏幕的显示能力，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言。

2．2PLC的应用

PLC的应用特点：

1．可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

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。

使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

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。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统将极高的可靠性。

2．配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3．易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

4．系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。

这特别适合多品种、小批量的生产场合。

PLC应用中需要注意的问题

PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。

然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

因此在使用中应注意以下问题：

1．工作环境

（1）温度

PLC要求环境温度在0~55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。

（2）湿度

为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

（3）震动

应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。

当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。

（4）空气

避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。

对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。

（5）电源

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。

在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。

因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。

2．控制系统中干扰及其来源

现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。

因此必须知道现场干扰的源头。

（1）干扰源及一般分类

影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。

通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。

共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。

共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。

差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径

强电干扰

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。

由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。

尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。

柜内干扰

控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。

此干扰主要有两种途径：

一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。

由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。

来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。

正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。