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机械手 自动控制系统 PLC 实现 方法 研究 设计 cad 源图 开题 报告 文献 综述

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机械手自动控制系统的PLC实现方法研究设计（有cad源图+开题报告+文献综述等）,机械手,自动控制系统,PLC,实现,方法,研究,设计,cad,源图,开题,报告,文献,综述

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毕业设计说明书题 目： 机械手自动控制系统的PLC实现方法研究-软件部分 摘 要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词：可编程控制器PLC；机械手；脉冲；步进电机驱动器；步进电机；直流电机；传感器、限位开关。 AbstractIn industrial production and other fields, as a result of the need to work, people are often subjected to high temperature, corrosion and toxic gases and other factors that increase the labor intensity of the workers, even life crisis. The robot arm was birth in this environment. The robot arm is the traditional task-operating component in the industrial robot system, and is one of the key components. The machine structure consists of the bead curl pole , slippery pole and cylinder. The electrical aspects consist of stepping motor, driver parts, sensor, switch power supply, electromagnetism valve, and etc.This equipment is composed of the programmable control technique, the position control technique, air driving technique, the monitor technique, and is one of the typical representation of the integration of mechanism and electicity.The introductive robot arm of this text can output two lines pulses by the PLC, driving the horizontal stalk, and the perpendicular stalk to drive the electrical engineering actuator respectively, to control the robot arm precision of the horizontal stalk and perpendicular stalk at the fixed position, tiny move switch input the position signal to the PLC.The direct current motor drags along to begin the claw and bedrocks to revolve, the position signal from revolve the code dish and near to the switch feedback to host of PLC;The electromagnetism valve control the machine hand open and close, thus carry out the function of the machine hand precision work. This topic draw up the material porterage the machine hand of the development and can grasp to put the object in the space, act vivid and diverse, the commutability artificial carries on the task in the area of the heat and danger, and at any time change the related parameter according to the difference of the workplace and the request of the product processes.Key words: Programmable controller PLC ; Robot arm ; Pulse ; Stepping motor driver ; Stepping motor ; Direct current motor ; Sensor.、Limit switches location。目 录引言1第一章 机械手移动工件控制系统的控制要求2一、机械手自动化控制系统的PLC实现方法中的基本原则、机械手移动工件的工作流程和工作原理2 基本元件及其内部原理2 机械手移动工件时的简单工作流程4 机械手移动的工作原理5二、设备控制要求5 正常运行5第二章 机械手PLC控制系统的PLC资源配置6一、 控制系统构成图6 控制系统图，如图所示6二、I/O地址分配7第三章 机械手PLC控制系统的程序设计和调试7一、 LC软件功能测试8二、 硬件的调试8 步进电机驱动程序调试9 两个步进电机的连动的驱动程序调试11 测试电磁阀控制爪的抓、松13 两直流电机的驱动程序的调试14 复位指令的调试16三、 程序的流程图、构成 20 流程图20 程序的构成20第四章 机械手移动工件控制系统PLC程序20一、 系统的I/O资源的分配20 数字量输入部分20 数字量输出部分24 定时器部分24 内部继电器25二、源程序25源程序梯形图25 源程序的指令表29二、 发现并存在的问题33 测试一路脉冲连续两次输出33 测试一路脉冲两次输出34 采用调用子程序输出多次脉冲34 采用调用子程序输出两次次脉冲36参考文献39附录：FX2N系列可编程控制器简介39谢辞41石河子大学毕业设计任务书 机械电气工程 学院 电气工程及自动化 专业 2002 年级课题名称机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究-软件部分毕业论文(设计)起止时间2006.3.102006.6.10 (共12周)指导教师张晓海职称副教授学生姓名冯永涛学号2002071104任务下达日期2006.3课题内容机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。本课题拟开发的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。课题任务的具体要求1. 系统组成原理框图；2. PLC程序设计流程图；3. PLC控制程序；4. 设计说明书一份；拟定的工作进度（以周为单位）进一步熟悉课题内容，收集资料 （5篇文章以上）第1周收集资料，制定总体方案，并与指导教师讨论 （绘制示意图）第2周绘制系统组成原理框图 第3周绘制PLC程序设计流程图 （绘制0# 正规图）第4周绘制控制部件原理图 （绘制1# 正规图）第5周整理有关数据,进行相关部件的调试工作第6周编制PLC主控程序第7-8周调试完善PLC主控程序第8-9周进行联机系统调试试验第10-11周整理试验数据，撰写设计计算说明书（准确，客观）,准备答辩第12周主要参考文献可编程序控制器原理及应用华南理工大学出版社.钟肇新主编检测与转换技术机械工业出版社FP0编程指导任务下达人（签字） 张晓海 日期： 2006 年 3 月8 日任务接受人（签字） 冯永涛 日期： 2006年 3 月8日注：1此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。2此任务书最迟必须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生。毕业论文(设计)开题报告课题名称：机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究 一、本课题来源及研究的目的和意义可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自从在1969第一台可编程控制器在美国面世以来，经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC 中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及同学技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等的综合控制系统。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。由于以上的问题，需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出，同时随着社会的进步，工业自动化产品的性能日益加强，而价格也因电子技术的高速发展而不断下降。对原有的设备的电器控制可以高性价比进行改进，通过采用先进的控制技术和驱动技术，使设备的运行更加节能、高效、安全可靠。机械手就在这样诞生了，自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓放搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机械手的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机械手。工业机械手是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有这十分重要的意义。二、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析1、工业机械手的发展现状和前景机械手技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机械手在当前的生产和生活中的应用越来越广泛，正在替代人发挥着日益重要的作用。机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感器技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步、机械人技术的开发速度越来越快，智能读越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探索、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域，机械手正朝着智能化和多样化等方向发展。同时，机械手涉及到的技术也不断扩展，如多传感器信息融合、路径规划、机械手视觉、智能人机接口等，产生了一系列研究课题。目前，国内外对机械手的研究不断深入，已经开发出各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特殊机械手和各种智能机械手，推出了各种样机，如移动机械手、仿人机械手、水下机械手等。对不同的任务和特殊的环境的适应性，是智能机械手与一般自动化装备的重要区别智能机械手从外观上已经远远脱离了最初的工业机械手所具有的形状和局限，更加符合各种不同应用环境的特殊要求，其功能和智能程度大大增强，从而为机械手技术开辟出更加广阔的发展空间。机械手是自动化领域的主题之一，人们几十年来对机械手的开发和研究，使机械手技术取得了巨大的进步。随着人工智能、智能控制和计算机技术的发展，机械手的应用领域不断的扩大，性能不断提高，在当前的生产、生活、科研当中发挥着日益重要的作用。目前机械手的研究正处于智能机械手阶段，尽管国内外对此的研究已经取得了许多成果，但其智能化水平仍然不进如人意。2、PLC在国内外的发展现状及前景世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。同时，随着大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世以后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。三、对本课题所提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析机械手可在空间搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。本课题拟开发的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行工件搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。对参加本课题的人员的要求就是要有一定的前期课程理论基础，因为机械手设计是一门综合性东西，其中涉及的专业课程有可编程控制器原理及应用、电机学、传感器原理及应用、机电一体化系统设计、电路原理和自动控制原理等课程。虽然这些课程在前期都有所学习，但是那只是纯理论的学习，从没有和实际中的某个物体发声联系，因此要想要想完成此课题我仍然需要对以上的专业课程做进一步的深入学习，同时还要查阅大量的相关资料，对机械手的动作原理和相应的硬、软件的功能的进行学习和深入理解，争取做到有一定的理论实力和在充分搞懂原理的前提下做该课题。也就是说，在知识结构和理论基础这方面，完成本课题不存在太大问题。从实验室条件来看，实验室配有机械部件有滚珠丝杠、滑轨、气控机械抓手等。电气方面配有可编程控制器（PLC）、编程器、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、光电传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件。把这些部件通过适当的方式组合起来，采用PLC控制步进电机、直流电机可以实现机械手的各种动作。当然了本课题不可能一次就能成功的，必须多次的实验方能取得预期的目的，但我相信有了以上这些软件基础和硬件条件，可以实现预期目标。四、本课题所要重点研究的、关键的问题及解决思路1、对三菱PLC的逻辑指令的学习和理解 从图书馆借到一些关于介绍三菱PLC的图书，进行声如的学习理解，不理解的地方可以通过请教指导老师进行学习或者和同学进行谈论。争取做到理论扎实基础上完成本课题。2、 步进电机的驱动与控制步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进电机驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。机械手的上下和伸缩由步进电机的正反转来带动，由PLC所发脉冲数来控制步进电机的行进距离。脉冲发送频率通过丝杠的螺距、步进电机的步距角和驱动器的细分度来确定。只有对这些搞清楚了才能进行对应的编程、实现控制。3、机械手底盘转角的控制机械手搬运物体不仅上下、前后运动，在很多情况下需要转过一定的角度来完成一定的动作。因此，为了保证它有足够的灵活性，需要在底盘装一台驱动电机，通过电机的转动来带动机械手的转动。我们要想使电机转到预定位置自动停下来，就必须对电机的转角加以控制。我们设想用光电传感器来限位，当电机转到预定的角度，传感器发给PLC信号，PLC发出信号使电机停止运转。 4、软件编程使PLC发送脉冲指令在前面可编程控制器原理及应用课程的学习中，我们对PLC发送脉冲的应用了解很少。我们需要对这一块进行进一步的学习，弄清楚它的原理以及使用方法。五、完成本课题的工作方案及进度计划1、完成本课题的工作流程如下：开始设计 控制要求分析 确定输入/输出（I/O）设备 选择合适的PLC I/O点数分配 PLC程序设计 单元模拟调试 现场联机调试 整理设计材料 设计结束2、拟定的工作进度（以周为单位）进一步熟悉课题内容，收集资料 （5篇文章以上） 第1周收集资料，制定整体方案，并与指导老师讨论 （绘制示意图） 第2周绘制系统组成原理图 （草图） 第3周绘制系统电气原理图 （绘制0#正规图） 第4周绘制控制部件原理图 （绘制1#正规图） 第5周主要部件选型（含参数计算等） 第6周 编制PLC部件调试程序 第7周 部件联机调试 第8-9周进行系统联机调试试验 第10-11周 整理试验数据，撰写设计计算说明书，准备答辩 第12周六、主要参考文献1. 钟肇新.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，2002年.2. 章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：国防工业出版社，2003年.3. 张建民.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2001年4.求是科技PLC应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社，2005年5李乃夫 可编程控制器原理、应用、实验 北京：中国轻工业出版社 4郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据库论文， 20025 FP0可编程序控制器使用手册.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司6 TVT99系列教学实物模型使用说明书.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司7 常晓玲主编 . 电气控制系统与可编程控制器 北京 机械工业出版社 2004 毕业设计文献综述题目： 机械手的自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分 文献综述摘要：在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键字：可编程控制器PLC；机械手；脉冲；步进电机驱动器；步进电机；直流电机；传感器、限位开关。正文：一、 机械手的发展状况介绍 机械手的发展现状和趋势 机器人（又称机械手，机械人，英文名称：Robot）的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。毋庸置疑，未来的机器人正朝着三个方面发展： 1、与人类社会的生活更为密切地结合起来，以为人作出更多的服务作为要素 二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2004年已猛增10倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车，等等，实在无法一一计数或作出预计。 2、仿生性，生物性的大趋向以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影侏罗纪公园的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。3、最重要的发展是人性化 今年三月至九月于日本爱知举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将之称作“机器人万国博览会”，从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中，接待处、大会清扫工作、警备工作等，多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动，其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演，譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言，而且说话时眼、嘴皆会动，面部肌肉也有活动。在世纪之交，生物遗传工程因“克隆人”的出现而引致伦理、法律及道德问题的争议，“克隆人”能否问世仍然是一个未知数，但机器人的研发正在取而代之，以越接近人性化为追寻目标。因而还为之出现了新的名词，比如人工智能（Artificial Intelligence，简称AI），并以下述二个英文名字用来指人类模样的机器人：androids和humanoids。西方的电影导演在谈到影视中出现的非常人性化的机器人时，更常常使用这些有明确倾向的专用词： A、变得人性化humanize(v.) B、人性化的humanized(adj.) C、人道、仁慈humanity(n.) 目前研究热点及发展趋势 目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。主要研究内容集中在以下10个方面：1工业机器人操作机结构的优化设计技术：探索新的高强度轻质材料，进一步提高负载/自重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。2机器人控制技术：重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。3多传感系统：为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。另一问题就是传感系统的实用化。4机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。5机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。6虚拟机器人技术：基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。7多智能体（multi-agent）调控制技术：这是目前机器人研究的一个崭新领域。主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。8微型和微小机器人技术（micro/miniature robotics）:这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。过去的研究在该领域几乎是空白，因此该领域研究的进展将会引起机器人技术的一场革命，并且对社会进步和人类活动的各个方面产生不可估量的影响，微小型机器人技术的研究主要集中在系统结构、运动方式、控制方法、传感技术、通信技术以及行走技术等方面。9软机器人技术（soft robotics）:主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。10仿人和仿生技术：这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。二、 PLC在国内外的发展现状介绍 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自从在1969第一台可编程控制器在美国面世以来，经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC 中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及同学技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等的综合控制系统。现在已经成为机电控制领域不可缺少的核心控制部件。 PLC发展的重点1、人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC网络IPCCRT的模式被广泛应用。2、网络通讯能力大大加强PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔AB公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。3、开放性和互操作性大大发展PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映： 1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。 2）IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。 3）OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）DCS（过程控制）的模式变成PLCIPC模式。5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于1）硬件上如合适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。参考文献：1 钟肇新、彭侃 编译 可编程控制器原理及应用 第二版 广州：华南理大学出版社，2003.52 钟肇新，范建东主编.可编程控制器原理及应用.第三版.广州：华南理大学出版社，2003.53 求是科技编著 PLC应用开发技术与工程实践 北京 人民邮电出版社，2005.14 郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据库硕博士论文， 20025 FP0可编程序控制器使用手册.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司6 TVT99系列教学实物模型使用说明书.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司7 常晓玲主编 . 电气控制系统与可编程控制器 北京 机械工业出版社 20048 李乃夫主编.可编程控制器原理、应用、实验.北京：中国轻工业出版社，20039 杨存智.PLC在自动化生产机械手中的应用 机床电器2006年 33卷 1期起止页码：38-4010 吴翠琴. 机械手驱动控制系统的研究仪器仪表用户 2006年 13卷 1期起止页码：1-211 /blog/more.asp?name=young&id=1312 /bbs/dispbbs.asp?BoardID=16&replyID=257&id=240&skin=013 /eworkbbs/show.asp?uid=147994&topic=146指导教师审阅意见：文献综述成绩： 指导教师（签字） 年 月 日备注： 机械手自动控制系统的PLC实现方法研究设计（有cad源图+开题报告+文献综述等）-软件部分毕业设计说明书题 目： 机械手自动控制系统的PLC实现方法研究-软件部分 摘 要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词：可编程控制器PLC；机械手；脉冲；步进电机驱动器；步进电机；直流电机；传感器、限位开关。 AbstractIn industrial production and other fields, as a result of the need to work, people are often subjected to high temperature, corrosion and toxic gases and other factors that increase the labor intensity of the workers, even life crisis. The robot arm was birth in this environment. The robot arm is the traditional task-operating component in the industrial robot system, and is one of the key components. The machine structure consists of the bead curl pole , slippery pole and cylinder. The electrical aspects consist of stepping motor, driver parts, sensor, switch power supply, electromagnetism valve, and etc.This equipment is composed of the programmable control technique, the position control technique, air driving technique, the monitor technique, and is one of the typical representation of the integration of mechanism and electicity.The introductive robot arm of this text can output two lines pulses by the PLC, driving the horizontal stalk, and the perpendicular stalk to drive the electrical engineering actuator respectively, to control the robot arm precision of the horizontal stalk and perpendicular stalk at the fixed position, tiny move switch input the position signal to the PLC.The direct current motor drags along to begin the claw and bedrocks to revolve, the position signal from revolve the code dish and near to the switch feedback to host of PLC;The electromagnetism valve control the machine hand open and close, thus carry out the function of the machine hand precision work. This topic draw up the material porterage the machine hand of the development and can grasp to put the object in the space, act vivid and diverse, the commutability artificial carries on the task in the area of the heat and danger, and at any time change the related parameter according to the difference of the workplace and the request of the product processes.Key words: Programmable controller PLC ; Robot arm ; Pulse ; Stepping motor driver ; Stepping motor ; Direct current motor ; Sensor.、Limit switches location。目 录引言1第一章 机械手移动工件控制系统的控制要求2一、机械手自动化控制系统的PLC实现方法中的基本原则、机械手移动工件的工作流程和工作原理2 基本元件及其内部原理2 机械手移动工件时的简单工作流程4 机械手移动的工作原理5二、设备控制要求5 正常运行5第二章 机械手PLC控制系统的PLC资源配置6一、 控制系统构成图6 控制系统图，如图所示6二、I/O地址分配7第三章 机械手PLC控制系统的程序设计和调试7一、 LC软件功能测试8二、 硬件的调试8 步进电机驱动程序调试9 两个步进电机的连动的驱动程序调试11 测试电磁阀控制爪的抓、松13 两直流电机的驱动程序的调试14 复位指令的调试16三、 程序的流程图、构成 20 流程图20 程序的构成20第四章 机械手移动工件控制系统PLC程序20一、 系统的I/O资源的分配20 数字量输入部分20 数字量输出部分24 定时器部分24 内部继电器25二、源程序25源程序梯形图25 源程序的指令表29二、 发现并存在的问题33 测试一路脉冲连续两次输出33 测试一路脉冲两次输出34 采用调用子程序输出多次脉冲34 采用调用子程序输出两次次脉冲36参考文献39附录：FX2N系列可编程控制器简介39谢辞41引 言在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对实验室现有的TVT99D机械手模型进行开发。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、汽缸、气控机械抓手等；电气方面由步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。本课题是有我和徐立同同学合作共同完成,在整个设计过程中徐立同同学主要负责硬件方面如接线、画各个电气设备的电路接线图等；而我则是主要负责软件部分,在实际的设计调试过程中我主要负责PLC的接线编程、调试等工作。当然了硬件和软件是不分家的，谁也离不开谁，因此，在整个设计过程中各种方案的敲定与实施均是由我们俩个在指导老师的帮助下共同研究、推敲、讨论试验调试中确定的。为了能够实现机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。再加上本课题开发的机械手采用的日本三菱公司的FX2N系列PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件的搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并要实现根据工件的简单的变化要求随时更改相关控制参数。为达到这些要求，我们设计的控制方案尽量在我们力所能及的范围内选择最佳的方案。如在本设计中遇到的对直流电机的控制问题中，在控制直流电机正反转的问题上通过老师的指导我们想到了两种控制方案：一种是在原设备的基础上加上四个继电器实现其控制功能；另一种则是根据三菱公司的FX2N系列PLC的输出端的内部电路的特点，可以在不增加其他设备的情况下实现控制要求。我在最大限度的满足工艺流程和控制要求的同时，还要考虑要有很高的性价比，因此我们选择了后一种方案。也许后一种方案有其弊端，但目前还没有发现。望大家多多指教。当然了，由于我们水平的限制和时间的仓促，在很多地方的控制方案还不是很理想，同时还遗留有很多的问题，需要进一步的研究中才能解决，望各位老师和广大同学批评和指教。 第一章 机械手移动工件控制系统的控制要求一、机械手自动化控制系统的PLC实现方法中的基本原则、机械手移动工件的工作流程和工作原理 基本元件及其内部原理：1 步进电机采用二相八拍混合式步进电机，主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。型号：42BYGH101。电气原理图如图一快接线插头：红色表示A相,兰色表示B相.在您做实验时如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。 图一2 步进电机驱动模块采用中美合资SH系列步进电机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。电源输入部分： 由电源模块提供，用 两根导线连接，注意极 性。(见图2)信号输入部分：信号源由FP0主机提供。由于FP0提供的电平为24V，输入部分的电平为5V，中间加了保护电路。输出部分： 与步进电机连接，注意 相序。 3 限位开关 接近开关：接近开关有三根连接线（红、兰、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、兰色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。结构图如（图三） 图（三） 微动开关：当挡块碰到微动开关动作（常开点闭合）见结构图（图四） 图（四）微动开关 直流电机：输入电压为12V24V，两根导线输入红色为直流电机正极，兰色为负极。 直流电机控制板：由输入信号、输入电源、输出等组成，输入信号由FP0模块提供；输入电源由电源模块提供；输出驱动直流电机如（图五） FX2N模块由三菱FX2N系列PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调节功能、同时可以输出两路脉冲控制两台电机的优点。其面板图如图（六）：（6）电源模块：输入交流电压：110V220V/50HZ、60HZ； 输出直流电压：24V/6.5A； 最大功率： 156W； 旋转码盘：机械手每旋转3发出一个脉冲。 机械手移动工件时的简单工作流程： 机械手移动工件的耽搁工作流程示意图如图（七）所示： 开始 机械手复位机械手移到工件处夹紧工件 将工件放到指定位置放下工件结束 图（七） 机械手移动工件的单位工作流程由将机械手复位（即初始位置）、机械手移动到放工件处、夹紧工件、将工件移动到指定位置、放下工件等五个动作过程组成，机械手移动工件通过PLC来控制，可以实现这五个过程全自动依次运行。 机械手移动的工作原理 机械手移动工件通过限位开关和电机来控制 1机械手分别通过前进/后退、上升/下降两个步进电机来实现前进、后退、上升、下降的移动的，移动的位置有限位开关和PLC发的脉冲数来控制实现的，而机械手的左右转动和手的转动则是由两个直流电机来实现的，转动的位置是通过限位传感器和码盘记录的脉冲数来实现控制的。 2夹放工件通过电磁阀的动作来控制机械手的爪的。夹紧工件通过定时器来控制，即凭经验设定一个时间，在这个时间内，机械手能完成夹紧工件的任务。3按下启动按钮整个系统按照PLC程序的设定有序的运行；即先判断机械手是否处于最初位置，不在则进行机械复位，在则进行正常工作流程；按下停车按钮则停车。二 设备控制要求机械手移动工件控制系统要求是有“正常运行”和“强行停止”两种控制方式。 正常运行 “正常运行”方式具体控制要求如下：1 在初始位置（上、缩回、手和底盘均到正限位开关处），按下启动按钮，系统开始工作；2 先反转，转到放工件的方向停止，由于工件不定，因此底盘转的角度也是待定的；3 出，伸到待搬工件的上方为止；4 伸出之后，手开始动作，以便夹住工件；5 首先向下运动，运动到放工件的位置停止；6 开始夹紧工件，一直把工件夹紧为止（由定时器控制）；7 回位（正限位处）；8 会到正限位处；9 始向上运动，一直运动到最上端（由上限位开关确定）；10 位动作，底盘转动，机械手开始向底盘正限位方向转动（有正限位传感器确定）；11 伸出到反限位开关处；12 反限位开关动作，手开始反转到反限位传感器处；13 手此时向下运动到最底限位处；14 底限位处后，机械手开始把工件松开，一直到5S之后；15 要求能连续循环工作。 紧急停止关掉电源时，系统立即停止。第二章 机械手PLC控制系统的PLC资源配置一 控制系统构成图： 控制系统图，如图所示：二 I/O地址分配由于CPU模块有9个数字量输出，一台PLC已经够用。I/O分配用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000X017，输出端子对应的输出地址是Y000Y017。第三章 机械手PLC控制系统的程序设计和调试一 PLC软件功能测试 存储器在存储数据后，断电又开机，存储器中的内容是否仍存在？LDX0MOVK5,D11LD=K5,D11OUTY0END测试过程：X0触点闭合，Y0指示灯亮；关机，然后开机,Y0指示灯不亮。结论：D11存储器断电复位，不能保持断电前的状态，不能作为断电记忆型存储器用。 对于时间继电器，当时间到后，线圈触点断开，结果如何？LDX0OUTT0K5LDT0OUTY0END测试过程：X0触点闭合，Y0指示灯亮；X0触点断开，Y0指示灯灭。结论：时间继电器可以通过控制其线圈的通断，来使其触点复位。 对于功能指令FNC57(PLSY)，如果在输出脉冲未结束时，断开控制此指令的触点，此指令是否仍在执行？LDX0PLSYK2500,K30000,Y0END测试过程：通过输出端Y0的指示灯监测到，脉冲未输出完时，断开X0，脉冲输出停止；接通X0，脉冲输出继续。 实验测得，横轴两限位开关之间所需脉冲数小于24000个，竖轴两限位开关之间所需脉冲数小于18000个。 测试两路脉冲一次输出LDM8000PLSYK500,K30000,Y0OUTT0K10LDT0PLSYK2500,K30000,Y1END测试结果：观察指示灯Y0、Y1都亮。当把频率改为非常小的数（如K=5）时，刻明显看到指示灯在闪。在脉冲输出存储器中可观察到数值在变化，说明两路脉冲输出正常。二 硬件调试 步进电机驱动程序调试 有上面的PLC软件调试可知，三菱PLC可以同时给两个步进电机发脉冲，因此可以做步金电机的调试工作。由于步进电机启动时，突加高频脉冲信号，电机会产生啸叫、失步，甚至不能启动，而电机由高速运转突然停车时，即由高频脉冲骤然降至零脉冲，电机也会产生啸叫、振动。为了克服以上问题，采用启动脉冲发生升频，停车脉冲发生降频的方法。变频步进驱动程序梯形图如图（九）为： 图九变频步进驱动程序梯形图指令表为LDX1ANIX0PLSM10LDM10MOVK500,D0MOVK2500,D1SETM0SETM1LDX0ANIX1PLSM11LDM11MOVK2500,D0MOVK500,D1SETM0SETM2LDM0MPSSETY2；DIR控制RAMPD0,D1,D3,K500；脉冲加减速MPPANDM8029PLSM3RSTM0LDM1ANDM2ANDM3ZRSTM1,M2LDM1PLSYD3,K32000,Y0；脉冲输出驱动步进电机END工作原理:当按下起动按钮1时,0输出的脉冲频率按预先设定的速率上升,当上升到所需要的运行脉冲频率时,既稳定在此频率运行.当按下停止按钮0时,0输出的频率从运行时的最高频率按一定速率降低,直到0输出为一个低频为0时,运行在一个低速或停止状态.此程序按需要设置0和1的值,可方便地改变高低速运行状态及升降速斜率,即可实现软起动和软停止.升降频特性如图7所示. 图十升降频特性曲线 两个步进电机的连动的驱动程序调试：由于功能指令FNC57(PLSY)发脉冲，如果脉冲发送完毕，则会将内部继电器M8029置1。当功能指令FNC57(PLSY)从ON变为OFF时，M8029复位。我们可以借助于这个功能，来把M8029做为两个步进电机的连动的媒介作用，当一个步进电机的脉冲输出完毕以后，M8029的常开就会闭合来接通下一个步进电机的脉冲的发出。从而可以实现两个步进电机的连动。具体的硬件接线图如下图（图十一）所示： 图十一具体的梯形图如图（十二）： 图（十二）指令表为：图（十三）所示图十三工作原理：当按下启动按钮X0，则M10被置1，则M10的 常开闭合，所以Y0输出以1000为频率的4000个脉冲给步进电机1，当脉冲输出完以后，M8029会被自动置1，则M8029的常开闭合，M1会被置1，则Y1将输出以1000为频率预先设置脉冲数目给步进电机2，从而实现了连动。 测试电磁阀控制爪的抓、松硬件接线图如图（十四）示： 图（十四）电磁阀测试硬件接线图程序指令如图十五 图（十五）梯形图如图（十六）图（十六）测试过程：由于用的是气开阀，在Y14置位时，手爪处于张开状态；Y14复位时，手爪处抓紧状态。 两直流电机的驱动程序的调试本次调试牵涉到了直流电机板的正反转的输入端，而正反转的输入端只有高电平（24V）才有效，而我们根据晶体管型PLC输出端内部的构成原理：如图（十七）：当输出1时，光电耦合电路导通，晶体管电路导通，同时发光二极管导通，输出显示灯亮。当信号为“0”时，光电耦合电路导通断开，输出显示灯灭。根据以上原理我们想到了两种方案：一种是用原有的设备（即一台PLC）完成控制功能，即把输出端的四个模块全部用上，接线示意图：如图（十八）另一种则是采用PLC输出控制继电器线圈，再由继电器线圈控制继电器常开触点，从而引入控制电压信号到直流驱动模块信号输入端。具体接线图如图（十九）所示：图（十七）图（十八）图（十九） 调试程序梯形图：如图（二十） 图（二十）调试程序指令表如图（二十一）图（二十一）工作原理：当按下启动按钮X0时，M0自身形成自锁，在按下停车按钮之前一直导通则Y2导通，电机正转；当电机正转（即Y2导通）够5S时，T0动作，T0的常开闭合、常闭断开，则Y2断电Y10导通，电机反转，5S后停止。 复位指令的调试 有以上的两个步进电机可以实现连动可以知道基本可以实现四电机的连动调试。下面就进行对四个电机的连动调试（即复位指令的调试） 由于本次调试有四个电机的联系，同时还牵涉到限位开关和限位传感器的接入。而对PLC来说限位开关是无源输入，而传感器则是有源的输入。我们参考晶体管型的输入端的接线原理 （如图（二十一） 图（二十一）而输入端的的工作原理是：结合图（二十一），图中虚线内为PLC输入模块的内部电路，虚线外部是信号输入电路。当输入信号为“1”，电流经过限流电阻、RC滤波电路和光电耦合电路后送入PLC内部，同时发光二极管导通，输入显示灯亮。当输入信号为“0”时，输入灯灭。我们参考以上输入端的工作原理，限位开关和限位传感器的输入问题得到了两种解决方案：一种是采用PLC的内部电源，虽然PLC内置电源所带负载有限制，但本实验只带四传感器，符合PLC各方面要求，完全可以实现控制功能；另外一种：则是采用PLC的外24V直流电源，采用这种接线方式，在原来的基础上并没有另外增加设备（外部电源本来就要配备的）不会影响到本设计的机械手的PLC控制系统的性价比。但这种接线方式却让PLC更加的安全，因此我们从保护PLC角度出发，我们采用了第二种接线方式，具体的接线图如图（二十二）图（二十三） 图（二十二）传感器接线图 图（二十三）复位指令的梯形图如图（二十四）图（二十四）程序指令表如图（二十五）： 图（二十五）动作原理：按下启动按钮X7则M0形成自锁，Y0输出频率为1000的脉冲给横轴的步进电机，当横轴运动到正限位处时，正限位开关X0的常开闭合，常闭断开，则Y0停止脉冲的输出，而此时Y1则输出频率为1000的脉冲给竖轴的步进电机，同理当竖轴运动到正限位开关处，Y14输出使得底盘正转复位，同时爪手也开始复位。三 程序的流程图、构成 流程图：如图（二十六）所示 程序的构成：这个程序只有自动方式，在自动方式下，PLC将运行已经设置好的程序参数（适用机械一切都正常工作的情况下）第四章 机械手移动工件控制系统PLC程序一 系统的I/O资源的分配 数字量输入部分：这个控制系统的输入有启动按钮、上、下、左、右、前、后等限位开关和限位传感器共有10点：具体分配如表1X0横轴正限位X1竖轴正限位X2横轴反限位X3竖轴反限位X4旋转脉冲X7启动按钮X10手正转限位X11手反转限位X12底盘正转限位X13底盘反转限位 表1 数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备有竖轴、横轴、底盘、手爪等电机和电磁阀5个设备，而步进电机需要脉冲和方向电平两个控制输出，直流电机有正、反转两中状态，即也需要两个控制输出点，因此共需要9个输出点，如表2所示：Y0横轴脉冲Y1竖轴脉冲Y2手的正转Y3竖轴方向Y4手的反转Y6横轴方向Y10底盘正转Y14底盘反转Y16电磁阀动作表2 图（二十六）流程图 定时器部分这个控制系统在搬运工件过程中，夹紧工件和放下工件均需要时间继电器，这些都是假设为5S可以夹紧工件或者放下工件。还有其他需要延时的地方用到了时间继电器，但都没有其特别的功能，因此都是随机的选用，没有预先固定的分配，因此如下表三：继电器功能T0T4夹紧或放下工件或者其他辅助作用 表三 内部继电器本控制系统在机械手移动工件的过程中用到了21个内部继电器，但由于是按顺序采用的，没有特定的特殊功能，具体分配如下表4继电器功能M0M21机械手动作过程中辅助作用二、源程序： 源程序梯形图：如图（二十七） 图（二十七） 源程序的指令表：如图（二十八）图（二十八）本源程序设计之前我们已经试过一个其他的源程序，但因为一些问题，本来有13个动作却只执行了5个，这个程序我们经过调试发现也不能完成所包含了13个动作，也出现了一些问题。所有问题具体如下（通过一些短小的调试程序来体现）三 发现的问题 测试一路脉冲连续两次输出LDM8000SETM0PLSYK500,K30000,Y0;测试组PLSYK500,K8000,Y0LDM0PLSYK500,K8000,Y1；对照组PLSYK500,K30000,Y1END 程序的梯形图：如图（二十九） 图（二十九） 测试结果：开机运行后，Y0、Y1指示灯立即亮。但一会儿Y1指示灯灭了；又过了一会儿，Y0指示灯灭了。实验现象说明，Y1只输出8000根脉冲即停止工作，该PLC不允许连续脉冲输出。此外，在脉冲输出存储器D8140、D8142中,其值也是第一次脉冲的输出值。 测试一路脉冲两次输出LDM8000OUTT0K10OUTT1K100LDT0PLSYK500,K2000,Y0LDT1PLSYK500,K1000,Y0END程序的梯形图：如图（三十）测试结果：只有第一次有脉冲输出。有时间上的间断仍不能使FNC57(PLSY)在同一口有第二次输出。 图（三十） 采用调用子程序输出多次脉冲LDX10SET M0LD M0ANIX1CALLP0；调用子程序输出脉冲向上运动LDX1SET M1RST M0LD M1ANIX3SETY3；向下运动CALLP0；调用子程序输出脉冲FENDP0；子程序入口LD M0ANI XILD M1ANI X3ORBPLSYK2500,K18000,Y1SRET ；子程序结束END程序的梯形图：如图（三十一） 图（三十一）测试结果：此程序为结合硬件的测试程序，机械手在两限位开关之间任一位置，X10为一已闭合的触点，在整个程序中状态不变。X1和X3分别为机械手竖轴两限位开关。如果程序正常工作，则机械手向正限位X1移动，到达X1 后停留1秒钟，然后乡下运动，到达下限位X3时停。但实验结果为：限位开关X1失控，机械手过了限位开关X1，一直向上走去。PLC向下的方向信号Y3按程序预设定显示，开始时为低电平，然后为高电平。实验结果说明程序在第二次执行功能指令FNC57时出现错误。 采用调用子程序输出两次次脉冲指令表：如图（三十二）图（三十二）梯形图：如图（三十三）图（三十三）测试结果分析：本调试程序所用到的输入输出简介：X7：启动按钮；Y10：监视M3是否复位；Y11：监视M4是否复位；Y12：监视X1的常闭是否断开。同时本次调试我们为了防止对机械手造成损坏，我们没有直接带动机械手，而是人为的去捏限位开关X0、X1。1 我们预期想达到的结果：当按下启动按钮X7后Y10、Y0的输出指示灯亮，证明Y0有脉冲输出，在脉冲还没有输出完的时候人为的捏下限位开关X0，这时X1的常开闭合、常闭断开；Y0、Y10的输出指示灯灭，Y1、Y11、Y12的输出指示灯亮，证明Y1有脉冲输出；在脉冲还没有反出结束时人为的捏下限位开关X1，Y1、Y12、Y11应该全部熄灭，证明脉冲输出停止。2 实际得到的结果： 当按下启动按钮X7时候，Y0、Y10的输出指示灯亮，证明有脉冲输出，在脉冲没有输出完时，人为的捏下X0时，Y0、Y10灭，证明脉冲输出停止，同时Y1、Y11、Y12的指示灯亮，证明Y1有脉冲输出，在脉冲没有输出完时人为的捏下限位开关X1，此时Y1灭、Y11灭、Y12继续亮，证明了脉冲输出停止，但Y12却一直在亮。 当按下启动按钮X7时候，Y0、Y10的输出指示灯亮，证明有脉冲输出，在脉冲没有输出完时，人为的捏下X0时，Y10灭，但Y0继续亮，同时Y1、Y11、Y12的指示灯亮，证明Y1有脉冲输出，在脉冲没有输出完时人为的捏下限位开关X1，此时Y1、Y0均亮（我们为了观察Y0、Y1的输出情况，我们把脉冲的频率调到了1，结果发现：在按下限位开关X0、X1后Y0、Y1的输出不是明显的闪烁现象，经过示波器检测知道是高频脉冲）、Y11灭、Y12继续亮。 当按下启动按钮X7时候，Y0、Y10的输出指示灯亮，证明有脉冲输出，在脉冲没有输出完时，人为的捏下X0时，Y0、Y10灭，同时Y1、Y11、Y12的指示灯亮，证明Y1有脉冲输出，在脉冲没有输出完时人为的捏下限位开关X1，此时Y1继续亮（我们为了观察Y1的输出情况，我们把脉冲的频率调到了1（此时正常情况脉冲输出应该是闪烁的），结果发现：在按下限位开关X1后Y1的输出不是明显的闪烁现象，经过示波器检测知道是高频脉冲）、Y11灭、Y12继续亮。 当按下启动按钮X7时候，Y0、Y10的输出指示灯亮，证明有脉冲输出，在脉冲没有输出完时，人为的捏下X0时，Y10灭，但Y0继续亮，同时Y1、Y11、Y12的指示灯亮，证明Y1有脉冲输出，在脉冲没有输出完时人为的捏下限位开关X1，此时Y1灭、Y0继续亮（我们为了观察Y0的输出情况，我们把脉冲的频率调到了1（此时正常情况脉冲输出应该是闪烁的），结果发现：在按下限位开关X0后Y0的输出不是明显的闪烁现象，经过示波器检测知道是高频脉冲）、Y11灭、Y12继续亮。 当按下启动按钮X7时候，Y0、Y10的输出指示灯亮，证明有脉冲输出，在脉冲没有输出完时，人为的捏下X0时，Y10、Y0灭，同时Y1、Y11、Y12的指示灯亮，证明Y1有脉冲输出，在脉冲没有输出完时人为的捏下限位开关X1，此时Y1继续亮（我们为了观察Y0的输出情况，我们把脉冲的频率调到了1（此时正常情况脉冲输出应该是闪烁的），结果发现：在按下限位开关X0后Y0的输出不是明显的闪烁现象，经过示波器检测知道是高频脉冲）、Y11灭、Y12继续亮。以上是我们通过本次设计所发现的问题，至于这些问题的解决方法我们还在考虑当中，望各位老师和广大同学多提宝贵意见和建议！结 论这次毕业设计，基本达到预期的效果，有失败的地方，但收获也很多。我希望能和大家共同探讨一下出现的问题，共享一下我的所得。下面分析一下这次程序不正常运行的几点原因：首先是FX2N系列的脉冲输出问题，主要是关于功能指令FNC57的认识。课本上关于此指令（PLC 为V2.11以上版本）的使用次数限制为：在编程过程中，可同时使用2个FNC57(PLSY)指令在Y000和Y001输出端得到各自独立的脉冲输出。但是在同一个程序关于使用FX2N（V2.11以下版本）可编程控制器时，FNC57(PLSY)指令只能编程使用一次，中间不能连续出现使用多次的现象，否则不给予执行。即使是通过指令给FNC57(PLSY)指令复位一次，也不能实现FNC57(PLSY)指令多次输出。我还没有解决的问题是如何利用：FNC01(CALL)指令来调用FNC57(PLSY)指令，来实现本次设计中的机械手的多个动作，我正在思考和调试中。 其次，我希望用输出脉冲数量来实现精确控制机械手在两限位开关间任一位置，因为我已经测得每个脉冲步进电机转0.3度的角度，而10个螺距是：4CM，同时可以在写指令时把需要的脉冲数用FNC12(MOV)指令写到某个继存器里，还可以把这条指令写整个程序的前面，这样可以灵活、方便的修改数据，实现实现精确控制机械手在两限位开关间任一位置。总之，通过本次设计使我对大学四年期间的所学得到了一次综合和深入的学习，尤其是FX2N系列的程序指令有了一个深入的研究，通过研究使我知道FX2N系列本身指令的限制，不能实现机械手的多种动作连动控制的需要，如果能改用其他系列晶体管型PLC，则可避免编程脉冲输出的问题，可实现预定的工作任务。参考文献1 钟肇新、彭侃 编译 可编程控制器原理及应用 第二版 广州：华南理大学出版社，2003.5 2 钟肇新，范建东主编.可编程控制器原理及应用.第三版.广州：华南理大学出版社，2003.5 3 求是科技编著 PLC应用开发技术与工程实践 北京 人民邮电出版社，2005.14郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据库硕博士论文， 20025 FP0可编程序控制器使用手册.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司6 TVT99系列教学实物模型使用说明书.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司7 常晓玲主编 . 电气控制系统与可编程控制器 北京 机械工业出版社 20048 李乃夫主编.可编程控制器原理、应用、实验.北京：中国轻工业出版社，20039 章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：国防工业出版社，2003年.10 张建民.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2001年附录FX2N系列晶体管可编程控制器简介1PLC输入、输出技术参数PLC输入信号电压DC(242.4)V输入信号电流7mA/DC24V(X010以后5mA/DC24V)输入ON电流4.5mA以上(X010以后3.5mA/DC24V)输入OFF电流1.5mA以下(X010以后1.5mA/DC24V)输入应答时间 约10ms(X000X017内含数字滤波器，可在2060ms内转换，但最小50s)输入信号形式接点输入或NPN开路集电极晶体管输入电路绝缘 光耦合绝缘输入动作表示输入连接时LED灯亮输出规格内部电源DC530V电路绝缘光耦合器绝缘动作指示光耦合器动时LED亮灯最大负载 电阻负载0.5A/1点，0.8A/4点，1.6A/8点（Y0、Y1以外） 感性负载12W/DC24V(Y0、Y1以外)7.2W/DC24V(Y0、Y1)灯负载1.5W/DC24V(Y0、Y1以外)0. 9W/DC24V(Y0、Y1)开路漏电流0.1mA/DC30V响应时间OFFON0.2ms以下15s(Y0、Y1时)ONOFF0.2ms以下30s(Y0、Y1时)2所涉及主要功能指令简介1）FNC01(CALL)转子程序操作元件：指针P0P62(允许变址修改)步 数：CALL和CALL(P)3步标号P1步嵌 套：5级FNC02( SRET)子程序返回操作元件：无步 数：1步2)FNC06 (FEND) 主程序结束操作元件：无程序步数：1步3）FNC12(MOV)传送操作元件：K,H,KnX,KnY,KnS,T,C,D,V,Z程序步数：MOV和MOV(P)5步 （D）MOV和(D)MOV(P)9步3技术参数输入电压：AC200V240V(带保护地三芯插座)或DC24V、耗电量250W。环境：温度540，湿度803.外形尺寸：60X45X55CM。谢 辞本设计说明书是我在大学四年的最后一项作业。做事要善始善终，我要做好大学里这最后一项作业。在设计过程中，我们得到了许多老师的帮助，我们要感谢我们的指导老师张晓海老师，在设计过程中，他给我许多关键性的思路和方法；实验室的高级实验师李新荣和吴延祥老师，他给我提供了所有的实验器材；而且每天帮我收管仪器，在此我表示衷心感谢。大学四年的学习期间，教研室多位老师无论在学习上还是在生活上，给我很大帮助和支持。在求学期间，我有幸结识李新荣老师，张晓海老师，李江全老师，吴延祥老师，任玲老师，岑红蕾老师，赵春萍老师，李玲老师，徐火燃老师，蔡新红老师，张宁老师，张执超老师，龚立娇老师、张执超老师、王洪坤老师等，在论文完成之际谨向他们表示最诚挚的谢意。最后，对四年来支持、关心、帮助过我的师长、同学和亲友表示衷心的感谢！向审阅本设计的老师们表示深深的感谢！并祝愿提供我学习的地方石河子大学蓬勃发展。 指导教师评阅教师意见登记表指导教师评语 该生工作积极主动，能按时完成设计任务。收集的文献资料详实可靠，设计方案可行，计算严紧，说明书内容正确，资料引用规范。研究成果对特殊环境的工业生产具有实际应用的价值，应加强对研究领域现状分析。设计（论文）成绩：38 指导教师（签字）：张晓海 2006 年 6月 9日评阅教师评语题目来源于实践教学需要，并对实际生产领域有一定的参考价值。设计方案合理，论述层次清晰，分析计算正确，工作量饱满。设计结果具备一定的使用价值，反映出该学生综合运用知识的能力。只是图纸中仍有个别细节需要进一步改进。设计（论文）成绩：18.5 评阅教师（签字）：岑红蕾2006年 6 月 9 日备注：石河子大学毕业设计（论文）答辩记录表 机电 学院 电气 专业 02 年级 2 班学生姓名冯永涛性别男学号2002071104答辩时间2006-6-10课题名称机械手的自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分课题类型设计完成工作量完成答辩地点机电绿7104参加答辩组成员郭凯志、蔡新红、岑红蕾、王洪坤、张晓海、鲁敏、李新荣、任玲提问及回答情况记录 问：后续动作如何设计？ 答：给步进电机发脉冲，但本设计指令受主机设备的指令限制。 问：有何方法向下设计？ 答：结果不确定，有多个方案。 问：有多少条指令程序？ 答：不包括模块调试程序，主程序有260多行。 记录：张铮答辩组评语设计方案合理可行，分析论证基本准确，答辩过程中准确精练，较圆满的回答了主要问题，工作量较饱满，反映出该生的工作能力。 答辩组负责人：张晓海院答辩委员会意见 负责人：石河子大学毕业设计（论文）成绩鉴定表 机电 学院 学生姓名冯永涛性别男学号2002071104专 业电气工程及其自动化年级02班级2课题名称机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分指导教师评分评阅教师评分答辩成绩总分(百分制)3818.534.190.6说明：成绩计算方法(确定比例)： 指导教师评分占 40 ()；评阅教师评分占 20 ()；答辩成绩占 40 ()院答辩委员会综合评定：毕业论文（设计）总评成绩（等级）： 优 学院（签章）院答辩委员会主任（签字）： 年 月 日注：1、指导教师的评分包含：文献综述10；开题报告20；外文翻译10；论文（设计）60。2、毕业论文（设计）总评成绩（等级），按优秀、良好、中等、及格和不及格评定。毕业论文(设计)开题报告课题名称：机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究 一、本课题来源及研究的目的和意义可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）即PLC，自从在1969第一台可编程控制器在美国面世以来，经过30多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最为广泛的工业控制微型计算机。在PLC 中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及同学技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等的综合控制系统。在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。由于以上的问题，需要一种东西代替人在恶劣的环境中作业的要求呼之欲出，同时随着社会的进步，工业自动化产品的性能日益加强，而价格也因电子技术的高速发展而不断下降。对原有的设备的电器控制可以高性价比进行改进，通过采用先进的控制技术和驱动技术，使设备的运行更加节能、高效、安全可靠。机械手就在这样诞生了，自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。机械手可在空间抓放搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机械手的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机械手。工业机械手是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机械手，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有这十分重要的意义。二、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析1、工业机械手的发展现状和前景机械手技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和体现。机械手在当前的生产和生活中的应用越来越广泛，正在替代人发挥着日益重要的作用。机械手技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感器技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，集成了多学科的发展成果，代表高技术的发展前沿，是当前科技研究的热点方向。随着计算机、微电子、信息技术的快速进步、机械人技术的开发速度越来越快，智能读越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探索、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域，机械手正朝着智能化和多样化等方向发展。同时，机械手涉及到的技术也不断扩展，如多传感器信息融合、路径规划、机械手视觉、智能人机接口等，产生了一系列研究课题。目前，国内外对机械手的研究不断深入，已经开发出各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特殊机械手和各种智能机械手，推出了各种样机，如移动机械手、仿人机械手、水下机械手等。对不同的任务和特殊的环境的适应性，是智能机械手与一般自动化装备的重要区别智能机械手从外观上已经远远脱离了最初的工业机械手所具有的形状和局限，更加符合各种不同应用环境的特殊要求，其功能和智能程度大大增强，从而为机械手技术开辟出更加广阔的发展空间。机械手是自动化领域的主题之一，人们几十年来对机械手的开发和研究，使机械手技术取得了巨大的进步。随着人工智能、智能控制和计算机技术的发展，机械手的应用领域不断的扩大，性能不断提高，在当前的生产、生活、科研当中发挥着日益重要的作用。目前机械手的研究正处于智能机械手阶段，尽管国内外对此的研究已经取得了许多成果，但其智能化水平仍然不进如人意。2、PLC在国内外的发展现状及前景世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。同时，随着大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世以后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。三、对本课题所提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析机械手可在空间搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。本课题拟开发的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行工件搬运的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化要求随时更改相关控制参数。对参加本课题的人员的要求就是要有一定的前期课程理论基础，因为机械手设计是一门综合性东西，其中涉及的专业课程有可编程控制器原理及应用、电机学、传感器原理及应用、机电一体化系统设计、电路原理和自动控制原理等课程。虽然这些课程在前期都有所学习，但是那只是纯理论的学习，从没有和实际中的某个物体发声联系，因此要想要想完成此课题我仍然需要对以上的专业课程做进一步的深入学习，同时还要查阅大量的相关资料，对机械手的动作原理和相应的硬、软件的功能的进行学习和深入理解，争取做到有一定的理论实力和在充分搞懂原理的前提下做该课题。也就是说，在知识结构和理论基础这方面，完成本课题不存在太大问题。从实验室条件来看，实验室配有机械部件有滚珠丝杠、滑轨、气控机械抓手等。电气方面配有可编程控制器（PLC）、编程器、步进电机、步进电机驱动器、直流电机、光电传感器、开关电源、电磁阀、旋转码盘、操作台等部件。把这些部件通过适当的方式组合起来，采用PLC控制步进电机、直流电机可以实现机械手的各种动作。当然了本课题不可能一次就能成功的，必须多次的实验方能取得预期的目的，但我相信有了以上这些软件基础和硬件条件，可以实现预期目标。四、本课题所要重点研究的、关键的问题及解决思路1、对三菱PLC的逻辑指令的学习和理解 从图书馆借到一些关于介绍三菱PLC的图书，进行声如的学习理解，不理解的地方可以通过请教指导老师进行学习或者和同学进行谈论。争取做到理论扎实基础上完成本课题。2、 步进电机的驱动与控制步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进电机驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。机械手的上下和伸缩由步进电机的正反转来带动，由PLC所发脉冲数来控制步进电机的行进距离。脉冲发送频率通过丝杠的螺距、步进电机的步距角和驱动器的细分度来确定。只有对这些搞清楚了才能进行对应的编程、实现控制。3、机械手底盘转角的控制机械手搬运物体不仅上下、前后运动，在很多情况下需要转过一定的角度来完成一定的动作。因此，为了保证它有足够的灵活性，需要在底盘装一台驱动电机，通过电机的转动来带动机械手的转动。我们要想使电机转到预定位置自动停下来，就必须对电机的转角加以控制。我们设想用光电传感器来限位，当电机转到预定的角度，传感器发给PLC信号，PLC发出信号使电机停止运转。 4、软件编程使PLC发送脉冲指令在前面可编程控制器原理及应用课程的学习中，我们对PLC发送脉冲的应用了解很少。我们需要对这一块进行进一步的学习，弄清楚它的原理以及使用方法。五、完成本课题的工作方案及进度计划1、完成本课题的工作流程如下：开始设计 控制要求分析 确定输入/输出（I/O）设备 选择合适的PLC I/O点数分配 PLC程序设计 单元模拟调试 现场联机调试 整理设计材料 设计结束2、拟定的工作进度（以周为单位）进一步熟悉课题内容，收集资料 （5篇文章以上） 第1周收集资料，制定整体方案，并与指导老师讨论 （绘制示意图） 第2周绘制系统组成原理图 （草图） 第3周绘制系统电气原理图 （绘制0#正规图） 第4周绘制控制部件原理图 （绘制1#正规图） 第5周主要部件选型（含参数计算等） 第6周 编制PLC部件调试程序 第7周 部件联机调试 第8-9周进行系统联机调试试验 第10-11周 整理试验数据，撰写设计计算说明书，准备答辩 第12周六、主要参考文献1. 钟肇新.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，2002年.2. 章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：国防工业出版社，2003年.3. 张建民.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2001年4.求是科技PLC应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社，2005年5李乃夫 可编程控制器原理、应用、实验 北京：中国轻工业出版社 4郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计. 万方数据库论文， 20025 FP0可编程序控制器使用手册.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司6 TVT99系列教学实物模型使用说明书.天津：天津职业技术师范学院源峰科技发展有限公司7 常晓玲主编 . 电气控制系统与可编程控制器 北京 机械工业出版社 2004 毕业设计文献综述题目： 机械手的自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分 文献综述摘要：在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危机生命。机械手就在这样诞生了,机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成；电气方面有步进电机、驱动模块、传感器、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出两路脉冲，分别驱动横轴、竖轴步进电机驱动器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；直流电机拖动手爪和底盘旋转，位置信号由旋转码盘和接近开关反馈给PLC主机；电磁阀控制气开阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键字：可编程控制器PLC；机械手；脉冲；步进电机驱动器；步进电机；直流电机；传感器、限位开关。正文：一、 机械手的发展状况介绍 机械手的发展现状和趋势 机器人（又称机械手，机械人，英文名称：Robot）的研究从一开始就是拟人化的，所以才有机械手、机械臂的开发与制作，也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来，机器人的开发不仅越来越优化，而且涵盖了许多领域，应用的范畴十分广阔。大而言之，用之于太空开发，月球车，深海探测器，海洋石油开采，航天飞机机械臂等，小至微型手术机械，生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异，从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车，有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样，是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开发，都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名，在最近公布的科技展望五十年的预测中，其中就有数条是关于机器人的。毋庸置疑，未来的机器人正朝着三个方面发展： 1、与人类社会的生活更为密切地结合起来，以为人作出更多的服务作为要素 二十年后，家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示，该公司生产的家用大扫除机器人产品，2002年只有一百二十万美元销售额，到2004年已猛增10倍以上。还有，家居的全自动化，无需驾驶的自动汽车，等等，实在无法一一计数或作出预计。 2、仿生性，生物性的大趋向以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应，已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪，将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外，电影侏罗纪公园的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送，甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心，已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠，困于190米下的深海，就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的，“天蝎”号就是海底机器人。3、最重要的发展是人性化 今年三月至九月于日本爱知举行的万国博览会，被称为机器人的大集合之展览会，有人甚至将