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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 院係）： 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刖言 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)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)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(qiáng)、使用方便等優(yōu) 越性迅速

2、占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域，成為先進(jìn)的、應(yīng)用勢頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器 ⑸。機(jī) 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)形式開始比較簡單，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，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù) ⑹。 2主題 機(jī)械手的發(fā)展是

3、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，遵循一定的程序、時(shí)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(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，受到很多國家的重視，投入大量的人力物力來研究和 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合，應(yīng)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(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?？删幊炭刂破鳎哂辛己玫目蓴U(kuò)展性

4、、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 ⑹ 不可比擬的優(yōu)勢漸漸成為技術(shù)的趨勢和主流 。 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)， 先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)行 探測月球、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

5、于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“ 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，因此是專用 砧⑹ 的。 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，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

6、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、維修困難等問題，傳統(tǒng)的繼電器控制裝 置已不再適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需要 ⑺。 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 問題。隨

7、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(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng) 用⑹。 機(jī)械手首先是從美國開始研制的，日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的 國家，我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，但我國的自動(dòng)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(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。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。 可編程 控制器，具有良好的可擴(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 [13] 優(yōu)

8、勢漸漸成為技術(shù)的趨勢和主流 。 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)中越來越重要，它的特點(diǎn)是可通過編程來實(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)的能力， 在國民經(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。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

9、有生命的危險(xiǎn)。自從機(jī)械手問世以來，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 際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)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

10、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。 PL 控制由于其功能是由軟件編程來實(shí)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

11、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、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(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， 在完成本課題的過程中可能遇 到的困難主要集中在設(shè)備選擇、各種硬件選擇、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)向老師請教 3結(jié)語 本課題是通過應(yīng)用西門子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)

12、。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)及抗干擾等問題。輸入輸出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)， 可 [3] 以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的基本要點(diǎn) 。PLC可以通過它的外設(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)機(jī)械手是近幾 十年發(fā)展起來的一種高科技自動(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)是可以通過編程來完成各種預(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)

13、性。 近年來，機(jī)械手在自動(dòng) 化領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單、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(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， 2005.1 [4] 謝麗萍，王占富，豈興明.四門子 S7-200系列PLC快速入門與實(shí)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(yīng)用.北京：機(jī)械

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