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1、 攀枝花學院 Panzhihua University 本科畢業(yè)設計（論文） 文獻綜述 院係）： 電氣信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程與自動化 班 級： 2008電氣工程與自動化 1班 學生姓名： 劉 磊 學 號:200810502043 2012 年 2 月 27 日 文獻綜述: 基于PLC實現的機械手電氣控制系統(tǒng)設計 1刖言 本課題是對機械手控制系統(tǒng)的設計。隨著科學技術的發(fā)展，電氣控制技術在 各領域中得到越來越廣泛的應用，在現代工業(yè)中，生產過程中的自動化已成為突 ⑷ 出的主題。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

2、占領了工業(yè)控制領域，成為先進的、應用勢頭最強的工業(yè)控制器 ⑸。機 械手是一種能自動控制并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。 機械手的結構形式開始比較簡單，專用 性較強。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現重復操作， 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，適應性較強，所以它在不斷變換生產品種的中小批量生 產中獲得廣泛的引用。機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控 制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術 ⑹。 2主題 機械手的發(fā)展是

3、由于它的積極作用正日益為人們所認識： 其一、它能部分的 代替人工操作；其二、它能按照生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置 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率，加快實現工業(yè)生產機械 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

4、、價格低廉、指令功能強大、十分適合 機械手控制系統(tǒng)中的應用。隨著科技的發(fā)展， PLC應用日益廣泛，以其傳統(tǒng)方式 ⑹ 不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術的趨勢和主流 。 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。它可以根據任務的需要編制程序，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

5、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 是為主機服務的，由主機驅動，除少數外，工作程序一般是固定的，因此是專用 砧⑹ 的。 本課題要求設計的機械手模型可歸為第一類，即通用機械手。在現代生產企 業(yè)中，自動化程度較高，大量應用機械手。通過本次設計，可以增強對工業(yè)機械 手的認識，同時并熟悉掌握PLC技術、位置控制技術、氣動技術等工業(yè)控制常用 的技術。 2.1機械手控制系統(tǒng)的歷史及現狀 在有大量物品搬運的生產現場，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

6、著微電子技術、計算機和現代控制理論的不斷完善，機械 手技術也快速發(fā)展。傳統(tǒng)的繼電器控制的半自動化裝置因設計復雜、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 置已不再適應市場經濟的需要 ⑺。 傳統(tǒng)靠繼電器控制的機械手控制系統(tǒng)， 外圍設計復雜、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， 外界設備多，成本高，因而越來越適應不了社會的要求。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施、 設備結合，簡化人工操作并實現自動控制，滿足社會的需求，成為一個很迫切的 問題。隨

7、著科學技術的發(fā)展，由PLC構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得到了廣泛的應 用⑹。 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、應用最多的 國家，我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應用，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。新型數字化、智能化PLC在工程中的應用具有極其重要的意義。 可編程 控制器，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)中的應用。隨著科技的發(fā)展，PLC應用日益廣泛，以其傳統(tǒng)方式不可比擬的 [13] 優(yōu)

8、勢漸漸成為技術的趨勢和主流 。 2.2機械手控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 機械手在工業(yè)自動化生產中越來越重要，它的特點是可通過編程來實現各種 預期的作業(yè)任務，在構造上兼有人和機器的各自優(yōu)點，尤其體現了人的智能和靈 活性。機械手作業(yè)的準確性和在各種環(huán)境下完成作業(yè)的能力， 在國民經濟中有廣 闊的發(fā)展前景。用機械手可以代替人從事單調、 重復或者繁重的體力勞動。實現 生產自動化和機械化，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)生產和其他領域 內，由于工作的需要，人們經常受到高溫、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

9、有生命的危險。自從機械手問世以來，相應的各種 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。機械手的應用對人類生產有如此重要的作用，因此，機械手的設計與 實現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用的擴大，國 際性學術交流活動十分活躍，機械手作業(yè)的準確性和在各種環(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)的準確 性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經濟領域有著廣泛的發(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 雜，這種控制方

10、式的故障幾率高，不能實現自動控制，出現故障也難以及時發(fā)現 和處理，工作時隱患較大。重要的是外界設備多，成本高，出現故障維修成本高。 隨著科學技術的發(fā)展，人們對機械手的安全性、可靠性、準確性的要求也越來越 高，以繼電器組成的控制方式實現機械手控制的方法已不能滿足人們的需要。 PL 控制由于其功能是由軟件編程來實現的， 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，大容量的內存及可 靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，讓它擁有邏輯處理功能，數據運算功能，準確定時功

11、能，中 斷處理功能，程序與數據儲存功能，聯網通信功能，自檢測、自診斷功能。 PL( 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備選擇、各種硬件選擇、控制程序設計、調試等方面。在 這之前，首先應該做一些相關的知識儲備，查閱相關資料，主動向老師請教 3結語 本課題是通過應用西門子S7-300系列PLC控制氣動機械手的運行。伴隨著 電子技術的發(fā)展，PLC基于電子計算機，但并不同于普通計算機

12、。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， 可 [3] 以說是PLC實現控制的基本要點 。PLC可以通過它的外設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)展起來的一種高科技自動生產設備[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期的作業(yè)， 在構造和性能上兼 有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現在人的智能和適應

13、性。 近年來，機械手在自動 化領域的應用越來越廣泛，機械手具有結構簡單、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)技能培訓及視頻精講西門子 STEP7.北京：人民郵電出版社， 2010.10 [2] 柴瑞娟.西門子 PLC編程技術及工程應用.北京：機械工業(yè)出版社， 2007.3. [3] 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術北京：機械工業(yè)出版社， 2005.1 [4] 謝麗萍，王占富，豈興明.四門子 S7-200系列PLC快速入門與實踐.北京：人民郵電 出版社，2010.5. ⑸吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用.北京：機械

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