PLC机械手操作控制系统

摘要

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，这写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、提高产品质量和身效益的有效手段之一。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。

机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新装置。广泛应用于工业生产和其他领域。PLC已在工业生产过程中得到广泛应用，应用 PLC控制机械手能实现各种规定工序动作，对生产过程有着十分重要的意义。论文以介绍 PLC在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的 PLC程序。设计完成的机械手可以在空间抓放、搬运物体等，动作灵活多样。

整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪紧松。关键词：可编程控制器 ,PLC, 机械手操作控制系统 .

目录

第一章概述 (1)

1.1 PLC 控制系统 (1)

1.1.1PLC 的产生 (1)

1.1.2PLC 的特点及应用 (2)

1.2选题背景 (3)

1.2.1机械手简介 (3)

第二章PLC 控制系统设计 (6)

2.1总体设计 (6)

2.1.1制定控制方案 (6)

2.1.2系统配置 (6)

2.1.3控制要求 (9)

2.1.4控制面板 (12)

2.1.5 外部接线图 (13)

2.2.2手动方式状态 (16)

2.2.3回原点状态转移图： (19)

2.2.4自动方式状态 (19)

第三章控制系统内部软组件 (21)

3.1 内部软组件的概述 (21)

3.1.1输入继电器 (21)

3.1.2输出继电器 (21)

3.1.3辅助继电器 (22)

3.1.4状态组件 (23)

3.1.5定时器 (23)

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参考文献 (24)

第一章概述

1.1 PLC控制系统

可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而

展起来的一种新型工业控制装置，它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者

的优点结合起来成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备，并已跃居工业生

产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。

可编程控制器（简称 PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控

制装置。

可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单，维护方便等独特优势被日趋广

泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平

的重要标志。

由于早期的可编程控制器只是用来取代继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，因此人们称之为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC。

1.1.1 PLC 的产生

PLC是在激烈的市场竞争中产生的， 20 世纪 60 年代么末，美国汽车制造业竞争激烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对控制系统提出要求为：（1）能替代由各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系用导线连接起

来的控制系统，由传统的继电——接触器控制，它简单易懂，价格低廉，能够满足生产

工艺改动频繁的需要；（2）编程简单；（ 3）模块式结构；（4）输入、输出电压为交流

115V(美国标准 ) ，输出能直接驱动继电器和电磁阀；（5）抗电磁干扰强；（6）具有数据通信功能。就是把继电——接触器控制的优点与计算机的功能齐全、灵活性、通用性强的特点结合

修改。美国数字设备公司（DEC）在 1969 年根据上述要求，研制出世界上首台可编程控

制器，并在美国通用汽车公司的汽车装配现上应用成功，实现了生产装配线的自动控制。1.1.2 PLC 的特点及应用

PLC 能适应工业现场的恶劣环境，可靠性高（平均无故障工作时间可达数万小时，

甚至十几万小时）。在工业生产中一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力（例如 : 抗振频率《 =16HZ,振幅为 3mm；工作温度为 10~55摄氏度；湿度为 35%~90%RH,无凝结）。而 PLC 在这方面由独到之处：硬件上采用光电隔离装置以防止输出对输入的反馈干扰；采用屏

蔽措施防止空间电磁干扰（对高频干扰信号起到良好的抑制作用，抗干扰强度为：峰值

《=1000V，脉宽为 10us 的矩形波》；设置滤波环节，以消除外部干扰和各模块之间的影

响；采用连锁及互锁控制、自诊断电路和模块式结构等措施，以提高硬件的可性及模块的

互换性；在软件上采用了故障自检测、自诊断等措施。

PLC软件简单易学。它用梯形图编程语言编程，类似于继电器控制线路图。

1.PLC 使用方便。 PLC品种繁多，系统扩展灵活。它采用积木式结构，具有各种 I/O 模块和 A/D、D/A 模块等，便于根据需要配置成各种不同规模上的分布式或集中式的控制

系统。PLC的端子上接相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便。当控制要求改变时，要变更控制系统的功能，可用编程器修改程序。同一 PLC装置还可用于不同的受控对象，

只是输入、输出组件和应用的软件不同而已。 PLC的输入、输出可直接与电压为交流 220V

或直流 24V 的强电相连，并有较强的带负载能力（如继电器输出电流为2A）。

2.PLC 体积小，重量轻，便于安装。它还配有自检和监控功能，能检测出自身的故

障，并随时显示给操作人员：能动态地监视控制程序的执行情况，为现场的调试和维护提

供了方便，此外由于接线少，维修时之需更换插入式模块，维护方便。

3.PLC 的应用范围广阔，目前已经应用于汽车装配、数控机床、机械制造、电力石化、冶金钢铁、交通运输、轻工纺织等各行业。归纳起来，主要应用有 5 个方面：（1）开关量逻辑控制 : 即代替继电——接触器控制系统，如冶金行业中的高炉上料系统，轧钢机、连铸机、飞剪等的控制系统；机械工业中各种自动生产线、自动加工机床、机械手、

龙门羡铣床等的控制；轻工业中的注塑机、包装机、食品机械的控制以及日常生活中的

电梯控制等；化工行业重的各种泵、电磁阀的控制等。(2) 模拟量过程控制：各种生产

规程的自动控制中对温度、压力、流量等连续变化的模拟量进行的监测、调节控制。；（3）