plc機(jī)械手控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述

1、攀枝花學(xué)院panzhihua university 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述院 （系）： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí)： 2008電氣工程與自動(dòng)化1班 學(xué)生姓名： 劉 磊 學(xué) 號(hào): 200810502043 2012 年 2 月 27 日文獻(xiàn)綜述：基于plc實(shí)現(xiàn)的機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1前言本課題是對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(lái)越廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)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(qiáng)、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(jìn)的、應(yīng)用勢(shì)頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器5。機(jī)

2、械手是一種能自動(dòng)控制并可從新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他有多個(gè)自由度，可以搬運(yùn)物體以完成在不同環(huán)境中的工作。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，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(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)6。2主題機(jī)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(shí)：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

3、，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)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(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果。近年來(lái)，利用可編程序控制系統(tǒng)plc以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制已成為機(jī)械手電氣控制的一種發(fā)展趨勢(shì)?？删幊炭刂破鳎哂辛己玫目蓴U(kuò)展性、價(jià)格低廉、指令功能強(qiáng)大、十分適合機(jī)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

4、優(yōu)勢(shì)漸漸成為技術(shù)的趨勢(shì)和主流6。機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電信號(hào)操作機(jī)械手來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“mechanical hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此

5、是專用的6。本課題要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識(shí)，同時(shí)并熟悉掌握plc技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。2.1機(jī)械手控制系統(tǒng)的歷史及現(xiàn)狀在有大量物品搬運(yùn)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，如果還使用傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)方式既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，還不安全。機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了效率，同時(shí)還保證了人員的安全。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機(jī)械手技術(shù)也快速發(fā)展。傳統(tǒng)的繼電器控制的半自動(dòng)化裝置因設(shè)計(jì)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(wèn)題，傳統(tǒng)的繼電器

6、控制裝置已不再適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需要7。傳統(tǒng)靠繼電器控制的機(jī)械手控制系統(tǒng)，外圍設(shè)計(jì)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(lái)越適應(yīng)不了社會(huì)的要求。在對(duì)多類型、多通道信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和控制中，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)能力有限。如何將計(jì)算機(jī)與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡(jiǎn)化人工操作并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，滿足社會(huì)的需求，成為一個(gè)很迫切的問(wèn)題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由plc構(gòu)成的機(jī)械手控制系統(tǒng)越來(lái)越多，控制的精度越來(lái)越高，因其使用方便、可以靈活改變控制方式等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用8。機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的，日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)

7、家，我國(guó)也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，但我國(guó)的自動(dòng)化水平還有待提高。近年來(lái)，利用可編程序控制系統(tǒng)plc以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制已成為機(jī)械手電氣控制的一種發(fā)展趨勢(shì)。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?？删幊炭刂破鳎哂辛己玫目蓴U(kuò)展性、價(jià)格低廉、指令功能強(qiáng)大、十分適合機(jī)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(shì)漸漸成為技術(shù)的趨勢(shì)和主流13。2.2機(jī)械手控制系統(tǒng)的發(fā)展前景機(jī)械手在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中越來(lái)越重要，它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造上兼有人和機(jī)器的各自優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和靈活性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和在各種環(huán)境下完成作業(yè)

8、的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有廣闊的發(fā)展前景。用機(jī)械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或者繁重的體力勞動(dòng)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和機(jī)械化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動(dòng)條件和保障人生安全。因此廣泛運(yùn)用機(jī)械制造、電子、原子能等部門(mén)。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(dòng)強(qiáng)度，甚至有生命的危險(xiǎn)。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題就迎刃而解了。機(jī)械手大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，解放了勞動(dòng)力。機(jī)械手的應(yīng)用對(duì)人類生產(chǎn)有如此重要的作用，因此，機(jī)械手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一直是人們研究的一大課題。隨著工業(yè)機(jī)械手的研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)

9、十分活躍，機(jī)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，融入先進(jìn)的人工智能，具有廣闊的發(fā)展前景和市場(chǎng)空間。機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間11。2.3本課題存在問(wèn)題及解決方案機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，出現(xiàn)故障也難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，工作時(shí)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(duì)機(jī)械手的安全性、可靠性、準(zhǔn)確性的要求也越來(lái)越高，以繼電器組成的控制方式實(shí)現(xiàn)機(jī)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(lái)實(shí)

10、現(xiàn)的，相比于傳統(tǒng)繼電器控制，它的抗干擾能力、可靠性更高，故障率更低，更易于檢測(cè)和排除故障，柔性更強(qiáng)，僅需對(duì)軟件進(jìn)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(yùn)算功能，準(zhǔn)確定時(shí)功能，中斷處理功能，程序與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，聯(lián)網(wǎng)通信功能，自檢測(cè)、自診斷功能。plc這些功能是其他的電控器沒(méi)有的，也是傳統(tǒng)的繼電器控制電路無(wú)法比擬的。通過(guò)對(duì)plc進(jìn)行軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制，可操作性強(qiáng)1。由于自身在plc知識(shí)方面的缺乏以及對(duì)機(jī)械手的認(rèn)識(shí)的不足，在完成本課題的過(guò)程中可能遇到的困難主要集中在設(shè)備選擇、各種硬件

11、選擇、控制程序設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面。在這之前，首先應(yīng)該做一些相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，查閱相關(guān)資料，主動(dòng)向老師請(qǐng)教10。3結(jié)語(yǔ)本課題是通過(guò)應(yīng)用西門(mén)子s7-300系列plc控制氣動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)行。伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，plc基于電子計(jì)算機(jī)，但并不同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸入輸出信息變換時(shí)，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(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際運(yùn)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(hù)及抗干擾等問(wèn)題。輸入輸出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)是plc實(shí)現(xiàn)控制的基本要點(diǎn)3。plc可以通過(guò)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(qiáng)大很多。工業(yè)

12、機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備2。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。近年來(lái)，機(jī)械手在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維護(hù)方便、速度快等特點(diǎn)。參 考 文 獻(xiàn)1 張運(yùn)剛，宋小春plc職業(yè)技能培訓(xùn)及視頻精講西門(mén)子step7北京：人民郵電出版社， 2010.102 柴瑞娟西門(mén)子plc編程技術(shù)及工程應(yīng)用北京：機(jī)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(jī)械工業(yè)出版社， 2005.14 謝麗萍，王占富，豈興

13、明四門(mén)子s7-200 系列plc快速入門(mén)與實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社，2004.4.6 李元文工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)m北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 19967 史國(guó)生plc在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用j中國(guó)工控信息網(wǎng)，2005.18 郭艷萍基于plc的工業(yè)機(jī)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(shí)訓(xùn)（三菱）北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2007.9.10 柴瑞娟西門(mén)子plc編程技術(shù)及工程應(yīng)用北京：機(jī)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