机械手PLC电气控制系统
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机械手 PLC 电气控制系统 中文摘要
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， 这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作【1】。
1
随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控制器、程序可 变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械 手得到迅速发展。各国大企业工业机械化生产过程不同程度实现了工业机械手的 计算机控制【5】。
1.3 机械手的概述
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来， 随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术 领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手 能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
1.4 可编程控制器
可编程序控制器(program logical controller)，简称 PLC，是一种专为在 工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算 机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控 制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。由于 PLC 采用了“三机 一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高可靠性、 强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其 它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求;再加上 PLC 发展过程中产 品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了 连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支
2
柱。目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃【7】。 PLC 具有以下特点: (l)可靠性高。PLC 的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它 特殊的周期循环扫描工作方式。 (2)具有丰富的 I/O 接口模块。PLC 针对不同的工业现场信号，有相应的 I/O
III
5 PLC 调试程序 .........................................15 5.1 PLC 控制的安装与布线 ..............................15 5.2 机械手控制程序的调试..............................16
I
ROBOT PLC ELECTRICAL CONTROL
ENGLISBaidu Nhomakorabea SUMMARY
In modern industry, mechanization and automation of production processes has become a prominent theme. With the further development of the industrial modernization, automation has become an important pillar of modern enterprises, no shop, no production line, and so on, has been everywhere. At the same time, in the production of modern, there is a wide variety of production environments, such as high temperature, radiation, toxic gases, harmful gases, such as underwater, these adverse production conditions unfavorable to artificial manipulation. Appears in the field of automatic control in modern industrial manipulator is a new technology, is a combination of modern control theory and the practice of industrial automation products, and to become an important part of modern mechanical manufacturing production system. Industrial manipulator is to improve the production process automation, improved working conditions, one of the effective means to improve product quality and production efficiency. Especially in high temperature and high pressure, and radioactive dust, noise and pollution, is more widespread. In China, also have a more rapid development in recent years, and achieved certain results, by the machinery of the industrial and railway industry attention. KEY WORDS: PLC；Terraced figure；manipulator
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。 关键词：PLC；梯形图；机械手
1.2 机械手 PLC 电气控制国内外研究现状
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手 的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技 术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技 术。
我国现有机器人研究开发和应用工程单位 200 多家,其中从事工业机器人研 究和应用的有 75 家,共开发生产各类工业机器人约 800 台,90%以上用于生产中, 引进工业机器人做应用工程的约 500 台。
结论与展望 ............................................. 17 参考文献 ............................................... 18 致谢 ................................................... 19 附 录 机械手 PLC 电气控制程序............................20
附录 1.梯形图 .........................................20 附录 2.指令表 .........................................22
IV
1 绪论 1.1 课题的背景和意义
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，加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世 以来，相应的各种难题迎刃而解。
1.1 课题的背景和意义 ...................................1 1.2 机械手 PLC 电气控制国内外研究现状 ....................1 1.3 机械手的概述 .......................................2 1.4 可编程控制器 .......................................2 1.5 课题设计内容 .......................................4 2 机械手 PLC 电气控制工作原理和总体设计 ..................5 2.1 工作原理 ...........................................5 2.2 总体设计 ...........................................6 3 控制系统的硬件设计....................................7 3.1 机械手工作的流程 ...................................7 3.2 输入和输出点分配表及原理接线图......................9 4 系统的软件设计 ...................................... 11 4.1 操作系统 .......................................... 11 4.2 回原位程序 ........................................ 12 4.3 手动单步操作程序 .................................. 12 4.4 自动操作程序 ...................................... 14
工业机械手的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能 上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。它能部分地代替人 工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传 送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显 著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手作业的 准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 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，有着十分重要的意义【2】。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不 知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多 部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：
(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在 机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5)宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。
计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。在经 济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生 产企业的不断追求。为了达到这一目标，它们越来越依赖于新一代的硬件和软件 系统。近年来，由于个人计算机（简称 PC）的高速率和对硬件与软件的几乎无 限制的开放，使得 PC 的应用迅猛增长。将 PC 机 CPU 的高速处理性能和良好的开 放性引入到计算机控制领域，形成了基于 PC 的控制系统。
II
目录
中文摘要 ................................................I ENGLISH SUMMARY ........................................ II 1 绪论 .................................................1
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【1】。
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随着计算机控制技术在机械手应用中的不断深入，具有独立控制器、程序可 变、动作灵活、定位精度高、适用于可变换品种中小批量自动化生产的通用机械 手得到迅速发展。各国大企业工业机械化生产过程不同程度实现了工业机械手的 计算机控制【5】。
1.3 机械手的概述
机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来， 随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术 领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手 能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。
1.4 可编程控制器
可编程序控制器(program logical controller)，简称 PLC，是一种专为在 工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算 机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控 制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。由于 PLC 采用了“三机 一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高可靠性、 强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其 它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求;再加上 PLC 发展过程中产 品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了 连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支
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柱。目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃【7】。 PLC 具有以下特点: (l)可靠性高。PLC 的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它 特殊的周期循环扫描工作方式。 (2)具有丰富的 I/O 接口模块。PLC 针对不同的工业现场信号，有相应的 I/O
III
5 PLC 调试程序 .........................................15 5.1 PLC 控制的安装与布线 ..............................15 5.2 机械手控制程序的调试..............................16
I
ROBOT PLC ELECTRICAL CONTROL
ENGLISBaidu Nhomakorabea SUMMARY
In modern industry, mechanization and automation of production processes has become a prominent theme. With the further development of the industrial modernization, automation has become an important pillar of modern enterprises, no shop, no production line, and so on, has been everywhere. At the same time, in the production of modern, there is a wide variety of production environments, such as high temperature, radiation, toxic gases, harmful gases, such as underwater, these adverse production conditions unfavorable to artificial manipulation. Appears in the field of automatic control in modern industrial manipulator is a new technology, is a combination of modern control theory and the practice of industrial automation products, and to become an important part of modern mechanical manufacturing production system. Industrial manipulator is to improve the production process automation, improved working conditions, one of the effective means to improve product quality and production efficiency. Especially in high temperature and high pressure, and radioactive dust, noise and pollution, is more widespread. In China, also have a more rapid development in recent years, and achieved certain results, by the machinery of the industrial and railway industry attention. KEY WORDS: PLC；Terraced figure；manipulator
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。 关键词：PLC；梯形图；机械手
1.2 机械手 PLC 电气控制国内外研究现状
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手 的是工业机器人的一个重要分支。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技 术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技 术。
我国现有机器人研究开发和应用工程单位 200 多家,其中从事工业机器人研 究和应用的有 75 家,共开发生产各类工业机器人约 800 台,90%以上用于生产中, 引进工业机器人做应用工程的约 500 台。
结论与展望 ............................................. 17 参考文献 ............................................... 18 致谢 ................................................... 19 附 录 机械手 PLC 电气控制程序............................20
附录 1.梯形图 .........................................20 附录 2.指令表 .........................................22
IV
1 绪论 1.1 课题的背景和意义
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，加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世 以来，相应的各种难题迎刃而解。
1.1 课题的背景和意义 ...................................1 1.2 机械手 PLC 电气控制国内外研究现状 ....................1 1.3 机械手的概述 .......................................2 1.4 可编程控制器 .......................................2 1.5 课题设计内容 .......................................4 2 机械手 PLC 电气控制工作原理和总体设计 ..................5 2.1 工作原理 ...........................................5 2.2 总体设计 ...........................................6 3 控制系统的硬件设计....................................7 3.1 机械手工作的流程 ...................................7 3.2 输入和输出点分配表及原理接线图......................9 4 系统的软件设计 ...................................... 11 4.1 操作系统 .......................................... 11 4.2 回原位程序 ........................................ 12 4.3 手动单步操作程序 .................................. 12 4.4 自动操作程序 ...................................... 14
工业机械手的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能 上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。它能部分地代替人 工操作；能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传 送和装卸；能制作必要的机具进行焊接和装配从而大大改善工人的劳动条件，显 著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手作业的 准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 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，有着十分重要的意义【2】。
机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不 知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多 部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：
(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在 机械行业中它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5)宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。
计算机控制系统是在自动控制技术和计算机技术发展的基础上产生的。在经 济全球化的浪潮中，降低人力成本，提高生产率，缩短订单处理时间等已成为生 产企业的不断追求。为了达到这一目标，它们越来越依赖于新一代的硬件和软件 系统。近年来，由于个人计算机（简称 PC）的高速率和对硬件与软件的几乎无 限制的开放，使得 PC 的应用迅猛增长。将 PC 机 CPU 的高速处理性能和良好的开 放性引入到计算机控制领域，形成了基于 PC 的控制系统。
II
目录
中文摘要 ................................................I ENGLISH SUMMARY ........................................ II 1 绪论 .................................................1