机电综合实训(Ⅱ)

搬运物品工业机械手控制系统的

设计、安装和调试

系别：机械工程系

班级：

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课程名称：《机电综合实训（Ⅱ）》

指导老师：

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本文介绍了通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。

左移

前言

第一章 PLC的基本概念和基本结构 1.1 PLC的基本概念

1.2 PLC的基本结构

第二章 PLC简介

2.1 PLC的特点

2.2 PLC的应用领域

第三章控制系统的概述

第四章机械手介绍

第五章项目制作

5.1绘制系统硬件原理图

5.2元器件选型计算

5.3元器件明细表

5.4输入/输出地址分配表

5.5绘制流程图或顺序功能图 5.6编写控制程序

5.7系统的安装与调试

结论

致谢

本实训项目通过机械手总体控制方案设计、绘制机械手硬件原理图、元器件选型计算、选择元器件、完成输入/输出地址分配表、绘制流程图或顺序功能图、完成控制程序、安装调试程序，使程序能够通过P L C控制机械手进行操作。

随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。

机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

第一章PLC的基本概念和基本结构

1.1 PLC的基本概念

现在社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Program Logic Controller , PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以未微处理器为基础的通用工业装置。

PLC的应用面广、功能强大、试用方便，已广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到迅速发展。PLC任然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制中也占有不可动摇的地位。PLC应用面之广、普及程度之高，是其他控制设备无法比拟的。

本实训选取西门子公司S7-200小型PLC。S7-200具有极高的可靠性、丰富的指令集和内置的集成功能、强大的通信能力和品种丰富的扩展模块。S7-200也可以单机运行，用于代替继电器控制系统，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它有极强的通信功能在网络控制系统中也能发挥其作用。

1.2 PLC的基本结构

PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器（如下图）组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特使的任务。

按钮电源

接触器

电磁阀

指示灯

电 源PLC 控制系统示意图

第二章PLC简介

2.1 PLC的特点

（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。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，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，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小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，现代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。近年来PLC 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作为通用工业控制计算机，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，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.2 PLC的应用领域

目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

（1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实