本科生毕业设计（论文）
摘 要
为工业机械手研制一个技术性能优良的控制系统，对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。本论文正是针对这一课题，选择了可编程控制器(PLC)作为工业机械手的控制系统，这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。
本论文的控制对象是由三个搬运机械手组成的机械手群，每个机械手完成八个基本动作，三个机械手互相配合动作。机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。限位开关检测机械手是否到达固定位置。
可编程控制器(PLC)控制每个机械手的动作，实现机械手群的自动运行。本论文可编程控制器(PLC)选用西门子（SIEMENS）公司S7–200系列的CPU224，并扩展了EM221数字量输入模块和EM222继电器输出模块。机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。在软件上，设计了主程序和子程序。主程序控制机械手群动作，子程序控制每个机械手动作。
本论文的重点放在PLC各硬件部分的设计和介绍、PLC梯形图的编写上。在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。
关键词：可编程控制器(PLC)；气动机械手；梯形图；CPU224；
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Abstract
Develops a technical performance fine control system for the industry manipulator, regarding enhances the industry manipulator's overall technical performance to have the extremely vital significance. The present paper is precisely in view of this topic, chose programmable logical controller (PLC) to take the industry manipulator's control system, this to promoted the industry manipulator's overall technical performance to play the good role.
The present paper controlled member is by three the manipulator group which transports the manipulator to be composed, each manipulator completes eight elementary actions, three manipulators coordinate the movement mutually. The manipulator actuates by the air cylinder, air cylinder solenoid valve control. The limit switch examines the manipulator whether arrives the stationary position.
The programmable logical controller (PLC) controls each manipulator's movement, realizes the manipulator group automatic movement. Present paper programmable logical controller (PLC) selects SIEMENS Corporation S7–200 series CPU224, and expanded the EM221 numeral quantity load module and the EM222 relay output module. Manipulator's switch quantity signal direct input PLC, PLC controls through the intermediate relay to the solenoid valve. On the software, has designed the master routine and the subroutine. The master routine controls the manipulator group movement, the subroutine controls each manipulator to act.
The present paper key point places the PLC various hardware part the design and the introduction, in the PLC trapezoidal chart compilation. Defers to in the overall design process “asks the question, the analysis question, solves the problem” the guiding ideology, has made the careful elaboration to the overall system design work
Key words：Programmable Logical Controller (PLC) ；Air Ooperated Mmanipulator；Trapezoidal Cchart；CPU224；
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目 录
第1章 绪 论 .......................................................................................................... 1
1.1 机械手的概念 ........................................................................................... 1 1.2 气动机械手的简介 ................................................................................... 1
1.2.1 气动技术 ........................................................................................ 1 1.2.2 气动机械手 .................................................................................... 2 1.2.3 气动机械手的发展趋势 ................................................................ 3
第2章 方案论证 .................................................................................................... 4
2.1 机械手的设计 ........................................................................................... 4
2.1.1 气动搬运机械手的结构 ................................................................ 4 2.1.2 气动搬运机械手的工作原理 ........................................................ 4 2.2 气动搬运机械手群 ................................................................................... 5
2.2.1 气动搬运机械手群结构 ................................................................ 5 2.2.2 气动搬运机械手群工作原理 ........................................................ 6 2.3 本论文的主要内容及达到的目标 ........................................................... 6 2.4 本系统的控制方案 ................................................................................... 6 第3章 系统硬件电路的设计 ................................................................................ 8
3.1 PLC的简介 ................................................................................................ 8
3.1.1可编程控制器的概念 ..................................................................... 8 3.1.2 PLC的应用领域 ............................................................................. 8 3.1.3 PLC的系统组成 ............................................................................. 9 3.1.4 PLC的工作原理 ........................................................................... 11 3.2 输入/输出信号 ........................................................................................ 13 3.3 PLC的选型 .............................................................................................. 15 3.4 I/O地址分配 ............................................................................................ 17 3.5 PLC外部接线 .......................................................................................... 19 3.6 电气控制原理 ......................................................................................... 23 第4章 软件设计 .................................................................................................. 24
4.1 机械手1控制程序 ................................................................................. 24 4.2 机械手2控制程序 ................................................................................. 27 4.3 机械手3控制程序 ................................................................................. 30
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4.4 机械手群主程序 ..................................................................................... 33 第5章 结论 .......................................................................................................... 37 参考文献 ................................................................................................................ 38 致 谢 ...................................................................................................................... 39 附 录Ⅰ .................................................................................. 错误！未定义书签。 附 录Ⅱ .................................................................................. 错误！未定义书签。 附 录Ⅲ .................................................................................. 错误！未定义书签。
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第1章 绪 论
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。它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的优点，尤其体现了人的智能和适应性。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。
1.1 机械手的概念
我国国家标准(GB/T12643–90)对机械手的定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体，或进行其它操作的机械装置。”
机械手可分为专用机械手和通用机械手两大类。专用机械手：它作为整机的附属部分，动作简单，工作对象单一，具有固定(有时可调)程序，使用大批量的自动生产。如自动生产线上的上料机械手，自动换刀机械手，装配焊接机械手等装置。通用机械手：它是一种具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样的机械手。它适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产。它的工作范围大，定位精度高，通用性强，广泛应用于柔性自动线。
机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械
手扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调的重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS )和计算机集成制造系统(CIMS )，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。
1.2 气动机械手的简介
1.2.1 气动技术
气动技术—这个被誉为工业自动化之“肌肉”的传动与控制技术，在加工制造业领域越来越受到人们的重视，并获得了广泛应用。目前，伴随着微电子技术、通信技术和自动化控制技术的迅猛发展，气动技术也不断创新，以工程实际应用
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