plc機械手控制系統(tǒng)文獻綜述

1、攀枝花學(xué)院Panzhihua University 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動化 班 級： 2008電氣工程與自動化1班 學(xué)生姓名： 劉 磊 學(xué) 號: 3 2012 年 2 月 27 日文獻綜述：基于PLC實現(xiàn)的機械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計1前言本課題是對機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣控制技術(shù)在各領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題4。而可編程序控制器(PLC)以其可靠性高、靈活性強、使用方便等優(yōu)越性迅速占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域，成為先進的、應(yīng)用勢頭最強的工業(yè)控制器5。機械手是一種能自動控制并

2、可從新編程以變動的多功能機器，他有多個自由度，可以搬運物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機械手”，簡稱通用機械手。由于通用機械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)6。2主題機械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間

3、和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機具進行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動條件，顯著的提高了勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果。近年來，利用可編程序控制系統(tǒng)PLC以實現(xiàn)機械手控制已成為機械手電氣控制的一種發(fā)展趨勢?？删幊炭刂破鳎哂辛己玫目蓴U展性、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，PLC應(yīng)用日益廣泛，以其傳統(tǒng)方式不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術(shù)的趨勢

4、和主流6。機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項規(guī)定工作。它的特點是除具備普通機械的物理性能外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號操作機械手來進行探測月球、火星等。第三類是專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用于解決機床上下料和工件傳送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機驅(qū)動，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的6。本課題要求

5、設(shè)計的機械手模型可歸為第一類，即通用機械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機械手。通過本次設(shè)計，可以增強對工業(yè)機械手的認(rèn)識，同時并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。2.1機械手控制系統(tǒng)的歷史及現(xiàn)狀在有大量物品搬運的生產(chǎn)現(xiàn)場，如果還使用傳統(tǒng)的人工搬運方式既費時又費力，還不安全。機械手的出現(xiàn)大大減輕了工人的勞動強度，提高了效率，同時還保證了人員的安全。隨著微電子技術(shù)、計算機和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機械手技術(shù)也快速發(fā)展。傳統(tǒng)的繼電器控制的半自動化裝置因設(shè)計復(fù)雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題，傳統(tǒng)的繼電器控制裝置已不再適應(yīng)市場

6、經(jīng)濟的需要7。傳統(tǒng)靠繼電器控制的機械手控制系統(tǒng)，外圍設(shè)計復(fù)雜、接線繁雜，可靠性和穩(wěn)定性差，且它們的體積較大、安裝不夠方便，更重要的是故障多、維修困難，外界設(shè)備多，成本高，因而越來越適應(yīng)不了社會的要求。在對多類型、多通道信號同時進行檢測和控制中，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能力有限。如何將計算機與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡化人工操作并實現(xiàn)自動控制，滿足社會的需求，成為一個很迫切的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由PLC構(gòu)成的機械手控制系統(tǒng)越來越多，控制的精度越來越高，因其使用方便、可以靈活改變控制方式等特點已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用8。機械手首先是從美國開始研制的，日本是工業(yè)機械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家，我國也陸續(xù)在工業(yè)中

7、有所應(yīng)用，但我國的自動化水平還有待提高。近年來，利用可編程序控制系統(tǒng)PLC以實現(xiàn)機械手控制已成為機械手電氣控制的一種發(fā)展趨勢。新型數(shù)字化、智能化PLC在工程中的應(yīng)用具有極其重要的意義?？删幊炭刂破?，具有良好的可擴展性、價格低廉、指令功能強大、十分適合機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，PLC應(yīng)用日益廣泛，以其傳統(tǒng)方式不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術(shù)的趨勢和主流13。2.2機械手控制系統(tǒng)的發(fā)展前景機械手在工業(yè)自動化生產(chǎn)中越來越重要，它的特點是可通過編程來實現(xiàn)各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造上兼有人和機器的各自優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和靈活性。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境下完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟中有

8、廣闊的發(fā)展前景。用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或者繁重的體力勞動。實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和機械化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件和保障人生安全。因此廣泛運用機械制造、電子、原子能等部門。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕性以及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至有生命的危險。自從機械手問世以來，相應(yīng)的各種難題就迎刃而解了。機械手大大降低了工人的勞動強度，提高了工作效率，解放了勞動力。機械手的應(yīng)用對人類生產(chǎn)有如此重要的作用，因此，機械手的設(shè)計與實現(xiàn)一直是人們研究的一大課題。隨著工業(yè)機械手的研究制造和應(yīng)用的擴大，國際性學(xué)術(shù)交流活動十分活躍，機械手作業(yè)的

9、準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境下完成作業(yè)的能力，融入先進的人工智能，具有廣闊的發(fā)展前景和市場空間。機械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間11。2.3本課題存在問題及解決方案機械手控制系統(tǒng)若使用傳統(tǒng)的繼電器方案，硬件電路龐大，外圍電路比較復(fù)雜，這種控制方式的故障幾率高，不能實現(xiàn)自動控制，出現(xiàn)故障也難以及時發(fā)現(xiàn)和處理，工作時隱患較大。重要的是外界設(shè)備多，成本高，出現(xiàn)故障維修成本高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機械手的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性的要求也越來越高，以繼電器組成的控制方式實現(xiàn)機械手控制的方法已不能滿足人們的需要。PLC控制由于其功能是由軟件編程來實現(xiàn)的，相比于傳統(tǒng)繼電器

10、控制，它的抗干擾能力、可靠性更高，故障率更低，更易于檢測和排除故障，柔性更強，僅需對軟件進行改變就可改變其控制功能9。根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)，各種各樣的I/O接口、通信接口，大容量的內(nèi)存及可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，讓它擁有邏輯處理功能，數(shù)據(jù)運算功能，準(zhǔn)確定時功能，中斷處理功能，程序與數(shù)據(jù)儲存功能，聯(lián)網(wǎng)通信功能，自檢測、自診斷功能。PLC這些功能是其他的電控器沒有的，也是傳統(tǒng)的繼電器控制電路無法比擬的。通過對PLC進行軟件編程就可以實現(xiàn)對機械手的控制，可操作性強1。由于自身在PLC知識方面的缺乏以及對機械手的認(rèn)識的不足，在完成本課題的過程中可能遇到的困難主要集中在設(shè)備選擇、各種硬件選擇、控制程序設(shè)計、調(diào)

11、試等方面。在這之前，首先應(yīng)該做一些相關(guān)的知識儲備，查閱相關(guān)資料，主動向老師請教10。3結(jié)語本課題是通過應(yīng)用西門子S7-300系列PLC控制氣動機械手的運行。伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，PLC基于電子計算機，但并不同于普通計算機。普通計算機進行輸入輸出信息變換時，大多只考慮信息本身。而PLC則要考慮信息輸入輸出的可靠性，實時性，以及信息的實際運用，特別要考慮怎么適應(yīng)于工作環(huán)境，比如便于安裝，便于維護及抗干擾等問題。輸入輸出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的基本要點3。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。它的功能要比繼電器控制裝置多很多，也強大很多。工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起

12、來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備2。工業(yè)機械手也是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。近年來，機械手在自動化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，機械手具有結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、維護方便、速度快等特點。參 考 文 獻1 張運剛，宋小春PLC職業(yè)技能培訓(xùn)及視頻精講西門子STEP7北京：人民郵電出版社， 2010.102 柴瑞娟西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社， 2007.3.3 廖常初S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社， 2005.14 謝麗萍，王占富，豈興明四門子S7-200

13、系列PLC快速入門與實踐北京：人民郵電出版社，2010.5.5 吳中俊，黃永紅可編程序控制器原理及應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社，2004.4.6 李元文工業(yè)機械手設(shè)計M北京：機械工業(yè)出版社， 19967 史國生PLC在機械手步進控制中的應(yīng)用J中國工控信息網(wǎng)，2005.18 郭艷萍基于PLC的工業(yè)機械手控制系統(tǒng)J儀表技術(shù)與傳感器，2007.9（9）：31-329 孫德勝PLC操作實訓(xùn)（三菱）北京：機械工業(yè)出版社， 2007.9.10 柴瑞娟西門子PLC編程技術(shù)及工程應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社， 2007.3.11 王永華.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)及PLC應(yīng)用技術(shù)北京航空航天大學(xué)出版社，200812 Siemens AGLadderLogic(LAD) for S7-300 and S7-400 Programming