1、毕业设计（论文）课题 机械手分拣大小球的 PLC 程序设计南通职业大学毕业设计（论文）- 2 -毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，
2、即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 南通职业大学毕业设计（论文）- 3 -摘要机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪
3、声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子 S7-200 系列 PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。用于分捡大小球的机械装置。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。关键词：机械手、 PLC、 大小球南通职业大学毕业设计（论文）- 4 -ABSTRACTThe positive role of the manipulator increasingly known by people, first, it can
4、 partly replace human labor and can achieve the production requirements, follow a certain procedure, time and location to complete the workpiece transfer. Because, it can greatly improve the working conditions, and workers accelerate the realization of industrial production mechanization and automat
5、ion pace. Therefore, by various advanced unit spent a great deal of attention and manpower to research and application. Especially in high temperature and high pressure and dust, noise occasions, application is more widely. In China, the modern years also have developed quickly, and obtained a certa
6、in result, by various departments of industry seriously. In the process of production, often to the assembly line of products, this topic intends to develop sorting through the manipulator, material handling by German Siemens s7-200 PLC, the fluctuation, left and right sides of manipulator and grab
7、motion control. Used in the mechanical device can 1. We use programmable technology, combined with the corresponding hardware device, control finish all kinds of action. RobotKeywords: manipulator, PLC, which can南通职业大学毕业设计（论文）- 5 -目录第一章 机械手与 PLC 的简介1.1 机械手的出现与发展.11.2 PLC 的应用 .2第二章 PLC 控制系统的硬件设计2.1 按
8、钮和行程开关的选择. 72.2 接近开关 转换开关 刀开关的选择. 72.3 时间继电器 接触器的选择. 82.4 熔断器 电动机的选择. 92.5 电磁阀的选择. 9第三章 分拣系统的 PLC 选择3.1 PLC 控制系统设计的原则和内容.103.2 PLC 的选型.103.2.1 性能与任务相适应.113.2.2 PLC 的处理速度应满足时实控制的要求.123.2.3 PLC 应用系统结构合理、机型系列应统一.12第四章 大小球分拣系统的 PLC 设计4.1 系统的功能.154.2 分拣大小球系统的结构.164.3 大小球分拣传送过程控制分析. 164.4 分捡大小球系统的输入/输出地址及
9、定时器分配.174.5 机械手分拣球控制系统的接线图.18南通职业大学毕业设计（论文）- 6 -4.6 大小球分拣的设计思想.18第五章 机械手分拣大小球的 PLC 程序设计5.1 机械手分捡大小球控制程序流程图.205.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图.22第六章 总结参考文献致谢南通职业大学毕业设计（论文）- 7 -第一章 机械手与 PLC 的简介1.1 机械手的出现与发展1.1.1 机械手的历史它 是 在 早 期 出 现 的 古 代 机 器 人 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 机 械 手 研 究 始 于20 世 纪 中 期 ， 随 着 计 算 机 和 自 动 化 技 术 的 发
10、展 ， 特 别 是 1946 年 第 一 台数 字 电 子 计 算 机 问 世 以 来 ， 计 算 机 取 得 了 惊 人 的 进 步 ， 向 高 速 度 、 大 容量 、 低 价 格 的 方 向 发 展 。 同 时 ， 大 批 量 生 产 的 迫 切 需 求 推 动 了 自 动 化 技术 的 进 展 ， 又 为 机 器 人 的 开 发 奠 定 了 基 础 。 另 一 方 面 ， 核 能 技 术 的 研 究要 求 某 些 操 作 机 械 代 替 人 处 理 放 射 性 物 质 。 在 这 一 需 求 背 景 下 ， 美 国 于1947 年 开 发 了 遥 控 机 械 手 ， 1948 年 又
11、开 发 了 机 械 式 的 主 从 机 械 手 。 机 械 手 首 先 是 从 美 国 开 始 研 制 的 。 1954 年 美 国 戴 沃 尔 最 早 提 出 了 工业 机 器 人 的 概 念 ， 并 申 请 了 专 利 。 该 专 利 的 要 点 是 借 助 伺 服 技 术 控 制 机器 人 的 关 节 ， 利 用 人 手 对 机 器 人 进 行 动 作 示 教 ， 机 器 人 能 实 现 动 作 的 记录 和 再 现 。 这 就 是 所 谓 的 示 教 再 现 机 器 人 。 现 有 的 机 器 人 差 不 多 都 采 用这 种 控 制 方 式 。 1958 年 美 国 联 合 控 制
12、公 司 研 制 出 第 一 台 机 械 手 铆 接 机 器人 。 作 为 机 器 人 产 品 最 早 的 实 用 机 型 是 1962 年 美 国 AMF 公 司 推 出 的“VERSTRAN”和 UNIMATION 公 司 推 出 的 “UNIMATE”。 这 些 工 业 机 器 人主 要 由 类 似 人 的 手 和 臂 组 成 它 可 代 替 人 的 繁 重 劳 动 以 实 现 生 产 的 机 械 化和 自 动 化 ， 能 在 有 害 环 境 下 操 作 以 保 护 人 身 安 全 ， 因 而 广 泛 应 用 于 机 械制 造 、 冶 金 、 电 子 、 轻 工 和 原 子 能 等 部 门
13、 。1.1.2 机 械 手 的 组 成机 械 手 主 要 由 手 部 、 运 动 机 构 和 控 制 系 统 三 大 部 分 组 成 。 手 部 是 用来 抓 持 工 件 （ 或 工 具 ） 的 部 件 ， 根 据 被 抓 持 物 件 的 形 状 、 尺 寸 、 重 量 、材 料 和 作 业 要 求 而 有 多 种 结 构 形 式 ， 如 夹 持 型 、 托 持 型 和 吸 附 型 等 。 运动 机 构 ， 使 手 部 完 成 各 种 转 动 （ 摆 动 ） 、 移 动 或 复 合 运 动 来 实 现 规 定 的动 作 ， 改 变 被 抓 持 物 件 的 位 置 和 姿 势 。 运 动 机 构
14、 的 升 降 、 伸 缩 、 旋 转 等独 立 运 动 方 式 ， 称 为 机 械 手 的 自 由 度 。 为 了 抓 取 空 间 中 任 意 位 置 和 方位 的 物 体 ， 需 有 6 个 自 由 度 。 自 由 度 是 机 械 手 设 计 的 关 键 参 数 。 自南通职业大学毕业设计（论文）- 8 -由 度 越 多 ， 机 械 手 的 灵 活 性 越 大 ， 通 用 性 越 广 ， 其 结 构 也 越 复 杂 。 一 般专 用 机 械 手 有 2 3 个 自 由 度 。 控 制 系 统 是 通 过 对 机 械 手 每 个 自 由 度 的 电机 的 控 制 ， 来 完 成 特 定 动 作
15、 。 同 时 接 收 传 感 器 反 馈 的 信 息 ， 形 成 稳 定 的闭 环 控 制 。 控 制 系 统 的 核 心 通 常 是 由 单 片 机 或 dsp 等 微 控 制 芯 片 构 成 ，通 过 对 其 编 程 实 现 所 要 功 能 。1.1.3 机 械 手 分 类机 械 手 的 种 类 ， 按 驱 动 方 式 可 分 为 液 压 式 、 气 动 式 、 电 动 式 、 机 械式 机 械 手 ； 按 适 用 范 围 可 分 为 专 用 机 械 手 和 通 用 机 械 手 两 种 ； 按 运 动 轨迹 控 制 方 式 可 分 为 点 位 控 制 和 连 续 轨 迹 控 制 机 械 手
16、 等 。 机 械 手 通 常 用 作 机 床 或 其 他 机 器 的 附 加 装 置 ， 如 在 自 动 机 床 或 自动 生 产 线 上 装 卸 和 传 递 工 件 ， 在 加 工 中 心 中 更 换 刀 具 等 ， 一 般 没 有 独 立的 控 制 装 置 。 有 些 操 作 装 置 需 要 由 人 直 接 操 纵 ， 如 用 于 原 子 能 部 门 操 持危 险 物 品 的 主 从 式 操 作 手 也 常 称 为 机 械 手 。 机 械 手 在 锻 造 工 业 中 的 应 用能 进 一 步 发 展 锻 造 设 备 的 生 产 能 力 ， 改 善 热 、 累 等 劳 动 条 件 。1.2
17、PLC 的应用1.2.1 PLC 的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计的它采用一类可编程的存储器，在其内部用于存储用户程序，并执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等用户指令，并通过数字或模拟式输入/输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按照方便与工业控制系统成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.2.2 PLC 的分类随着 PLC 的不断发展，其型号和形式越来越多，为了在设计控制工程系统时便于表达和选择适当型号的 PLC，应对其进行分类。一般按照以下两种形式对 PLC 进行分类。按照 I/O 点的数量分为小型机，中型机
18、和大型机。小型机的输入输南通职业大学毕业设计（论文）- 9 -出点的总数一般在 256 个以下，用户程序的存储容量一般为 4KB 左右。中型机的输入输出点的总数一般在 2562048 之间，用户程序的存储容量一般为 8KB 左右。大型机的输入输出点的总数一般在 2048 个以上，用户程序的存储容量一般为 16KB 以上。按照结构形式分为整体式结构和模块式结构。整体式结构的 PLC 具有体积小，成本低和安装方便的特点，大多被小型机所采用，例如 SIEMENS公司的 S7-200 系列的 PLC。模块式结构的 PLC 具有功能强大，配置灵活和维修方便的特点，大多被中型机和大型机所采用，例如 SIE
19、MENS 公司的 S7-300 系列和 S7-400 的 PLC。1.2.3 PLC 的特点与应用及其发展趋势为了满足现代工业生产日趋复杂，以及多样化的特点（例如，实现逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作） ，对控制的要求也各不相同，目前普遍需要通用性搞的控制系统。PLC 的出现受到了广大工程计数人员的欢迎。PLC 的主要特点包括以下几个方面抗干扰能力强，可靠性高控制系统简单，通用性强编程方便，使用简单功能完善设计，施工和调试的周期短体积小，维护操作方便。PLC 在其生产初期由于价格高等原因，使它的使用受到限制。但近年来，PLC 的应用逐渐广泛起来，主要原因有两个:一是微处理器的芯片
20、和相关元件的价格不断下降；二是 PLC 自身的功能大大增强。PLC 的应用面很广，在工厂自动化和计算机集成制造系统（CIMS）内占有重要地位。目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁，采矿，石油，化工，电力等各个行业，使用情况大致可以归纳为六种类型：开关量的逻辑控制模拟量的控制运动控制南通职业大学毕业设计（论文）- 10 -过程控制数据控制通信及联网。不同的工业环境对 PLC 的功能，体积和性能有不同的要求，对 PLC 的要求越来越高。因此，PLC 的生产厂商把 PLC 的发展方向趋向于高集成度，小体积，大容量，高速度，智能化，易使用和高性能等几个方面，表现为以下几个方面：小型化，专用化和低成本
21、大容量和高速度智能型 I/O 模块编程软件编程语言的标准化通信控制的简单化PLC 的软件化与组态软件与现场总线的结合。1.2.4 PLC 的工作原理当 PLC 启动运行后，其工作过程一般分为输入采样阶段，用户程序执行阶段和输出刷新阶段。完成上述三个阶段即称为一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。PLC 的运行框图如图 1.1 所示，它清楚的描述了 PLC 的扫描工作过程。输入采样阶段PLC 在输入采样阶段，先扫描所有输入端子，并将各输入端子的状态存入各自对应的输入元件映像寄存器。此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在程序执行阶段或输出刷新阶段，输入元件映像寄存器与外界隔离，无论输入端子信号如何变化，输入元件映像寄存器中的内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才将输入端的新状态写入寄存器中。用户程序执行阶段根据 PLC 梯形图程序扫描规则，PLC 按照先左后右，先上后下的顺序执
