PLC在光源机械上泡机械手控制中的应用

第一篇：PLC在光源机械上泡机械手控制中的应用

题目：光源机械上泡机械手的PLC控制系统设计

一、控制要求：

在光源机械中，上泡机械手的功能是从间歇运转的上泡盘上抓取泡壳，并将其送到运转的封口机上。为此，上泡机械手在一个工作循环中需要完成上升与下降、左旋与右旋、抓泡与放泡等一系列动作。

在自动化生产线上，工作开始后，上泡机械手在一个工作循环中需要按顺序依次完成以下动作：上升、左旋、下降、抓泡、上升、右旋、下降、放泡。采用PLC实现机械手运动的自动控制，需要设置检测各步动作是否到位的传感器，并确定从一个工步到下一工步的转步条件。

二、课题要求：

1．根据设备工艺要求，制定合理的设计方案；

2．确定输入/输出设备，正确选用PLC；

3．PLC I/O点分配，并绘制I/O接线图以及其它外部硬件图；

4．绘制系统功能表图；

5．设计梯形图并模拟调试；

6．正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表；

7．课程设计的心得；整理技术资料，编写使用说明书。

第二篇：PLC在物料搬运机械手控制中的应用

引言

机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。物料搬运机械手结构

如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

图1 物料搬运机械手装置结构示意图 机械手控制系统组成

由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。

图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图

步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。

在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24V电源，从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动，以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5V电源，正端接PG0+，负端通过开关K与PG0-相连。当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发PG0+和PG0-，使两端接通5V电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中，作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

气动比例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品，主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200以及与之配套的内置位移传感器MLO-POT-0225、气动伺服阀MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制连接器SPC-AIF-POT等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中SPC200的DIO数字量I/O模块的接线[3>。从该图中可见，一方面PLC通过输出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)记录号选取，并通过Y6启动伺服定位;另一方面SPC200又通过定位任务完成信号Q0.4(MC-A)将定位执行情况反馈到PLC的输入端X12，以便于PLC 的程序控制。

在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。控制系统PLC程序设计 4.1 步进电机初始化控制程序

PLC与1PG间通过FROM/TO指令进行联系。通过TO指令，PLC将控制命令及参数写入1PG的缓存，而在1PG控制下，步进电机的运行状态则由PLC通过FROM指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，PLC一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其M0～M15寄存器的内容写入1PG的操作命令缓存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同时，PLC还不断从1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

图3 步进电机初始化控制程序

按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

4.2 机械手综合控制程序

综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求, 下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如图4所示):

图4 机械手综合控制程序

该程序表明:当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由PLC的输出端子(Y2～Y0)控制SPC200输入端子(I0.2～I0.0)的状态来决定的，如附表所示，从而实现了PLC对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作,夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

附表 PLC输出端子与SPC200输入端子接口状态对应表结束语

上述针对机械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的PLC控制系统，它还可以通过RS-485总线或CC-Link总线与生产线上的其它PLC及控制器组成工业控制网络, 实现更进一步的自动化生产控制。

参考文献

[1> 张建民.工业机器人[M>.北京:北京理工大学出版社,1996.[2> 三菱公司.FX2N-1PG PULSE GENERATOR UNIT USER’S MANUAL[Z>.2003.[3> FESTO公司.Pneumatic positioning system Smart Positioning Controller SPC200 Manual[Z>.2002

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第三篇：研究PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用

研究PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用

摘要：在目前的全自动化生产中，工业机械手在大量的环节中都占据着不可替代的位置，其中，PLC控制的工业机械手由于其自身自带的很多优点在实际生产中被越来越多的使用，本文将从对PLC对工业机械手的控制系统、其软硬件结构的设计方法的探讨等方面来阐述PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用。

关键词：PLC控制；工业机械手；自动化 引言：

工业机械手作为一种能够代替人们进行危险、繁重的工作的现代化工业装置，近年来被大量应用在各种专业领域，如电焊、烤漆、机械制造等，甚至在航空航天业都有它被大量使用的影子，它能按照人们设置的程序不断地进行几乎无差错的工作。人们对机械手的控制既可以通过单片机，也可以通过PLC系统来实现，但是相对与单片机来说，PLC所需的电压比较低，驱动电流也较小，并且抗干扰能力更强，稳定性、可靠性更高，再加上其自带非常丰富的IO接口而被人们广泛的使用，但是其相对应的技术要求也较高，这就要求我们的广大操作人员要积极提升自己的业务水平和经验，从而才能对该系统控制的机械手有更深入的了解，更好地利用PLC系统的性能来控制工业机械手。

一、机械手的工作要求

机械手基本工作要求是首先机械手要从工作台一上方启动下移，当移至工作台一上的物件时，停止下移，接着，夹紧物件，然后上移，移至启动位置后向工作台二方向移动，移至工作台二上方时，停止移动，然后机械手下移，移至工作台二上时松开机械手将物件放在工作台二上，再然后上移，移到工作台二的正上方，接着向工作台一的方向平移，直至回到原来的位置，形成一个工作循环[1]。

二、机械手工作的原理

图

一、机械手的工作原理

其工作原理如图一所示，开始时机械手在工作台一上方，当机械手需要下移时，按下开关，电磁铁5YA被通电，机械手被打开，接着2YA通电，机械手在气缸5的活塞带动下下移，当机械手移动至工作台一上的物件旁时，自动压到限位开关，2YA被断电，机械手停止移动，5YA断电，机械手合拢夹紧物件，夹紧后1YA被通电，机械手在活塞带动下上升至原位置，当移动至原位置时，自动压到限位开关，1YA断电，上升停止，与此同时3YA被通电，机械手在气缸11的带动下平移，当移动至工作台二的上方时压到限位开关，3YA断电，机械手停止移动，然后2YA被通电，机械手开始下移，下移至工作台二上时，压到限位开关，2YA停止通电，机械手停止下移，然后，5YA被通电，机械手在气缸17的带动下被打开，物件被放在工作台二上，然后1YA通电，气缸5的活塞带动机械手上升，上升到位是自动压到限位开关，1YA停止通电，机械手停止上升，接着电磁铁4YA通电，机械手向工作台一方向移动，移动至原位置时，压到限位开关，4YA被断电，机械手停止移动，机械手就完成了一次循环作业[2]。图中单向节流阀４、６、１０、１２、１６、１８能有效提高气缸动作时的速度的稳定，液控单向阀３和７则可以防止在机械手停止时发生上下漂移的现象。

二、PLC对工业机械实现控制的原理

图

二、PLC控制的具体流程图

我们根据上述对机械手工作的要求，可以制定出PLC控制的具体流程图，并规定系统中的输入输出点数，本文讲述所采用的是日常实际使用中被使用最广泛的ＦＸ２Ｎ－４８ＭＲ型ＰＬＣ，该型号的PLC系统可靠性和抗干扰能力都相对较强，特别是其编程要求相对较简单，控制系统也能在使用中随时可变的优点而被众多使用者喜欢[3]。

三、PLC对工业机械手控制的软硬件设计

（一）PLC系统的硬件要求。PLC系统对工业机械手实现控制的过程中，PLC对机械手控制的接口全部采用的是触摸屏控制，极大的方便了我们的使用人员，降低了工作难度，节省了大量的IO口连接，在工作时只要把PLC系统通上电源，并装载好所有所需的程序在控制器中，通过触摸屏来操作就能完成大部分的工作，但这同时也要求我们的工作人员文化知识水平要足够，能够正常理解并使用触摸屏来控制机械手的运作，并积极提升自己的业务和经验，当仪器损坏时，要利用仪器工作原理来关停仪器以免对仪器有损害，以便仪器的维修。同时我们也应该看到，触摸屏控制器相比从前的机械式控制器有了很大的提升，极大的提高了工作效率和维修频率。

（二）PLC系统的软件要求。由该系统控制的机械手运动的顺序性很强，第一步完成以后采取进行下一步，所以编程设计都相对比较容易，可提前将程序写入控制器来进行控制。

四、结束语

工业机械手在现代自动化生产中发挥着及其重要的作用，它是不可替代的，帮人们完成了非常多人们几乎无法完成或非常危险的工作，而在未来发展趋势中，电气化一体是不可避免的，所以就要求我们的设计人员和工作人员提升自己的水平，对基础知识要熟练掌握，与此同时多接触最新的技术甚至是想法来提高对电气化发展的认识，只有这样才能紧跟时代潮流，对自己所设计和使用的电气化设备有新的认识并在使用时熟练掌握其使用技巧，随时应付其突发状况。在对PLC系统控制的工业机械手进行调试过程中，应先延长其定时器时间，待对整套系统流程控制无误之后，再缩短其控制时间，提高它的运行速度。

参考文献

[1]张劲.基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用[J].机械制造与自动化,2014,(4):133-134,139.[2]师亚娟,刘欣.基于PLC的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计[J].工业控制计算机,2013,26(6):112-113.[3]张玲莉.基于PLC控制的自动识别、分拣系统设计[J].自动化技术与应用,2010,29(5):110-111,122.[4]王思婷.西门子PLC自动化生产线[J].青年与社会,2014,(2):257-258.

第四篇：PLC系统在热力站控制中的应用分析

PLC系统在热力站控制中的应用分析

一、前言

在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及补水泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与补水泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的精确调整均受到极大限制。

太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供热热网的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备;对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制精确化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

二、热力站自控系统构成间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及补水泵;按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

三、系统控制思想

在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。

在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度中心都加设了全网平衡系统，调度中心通过与个热力

站进行通讯，获取热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。各热力站从控制中心获取对应的二次网供回水平均温度，站内系统将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及补水泵进行调速，系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统超调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100%时还不满足要求，则启动第二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统的二网供、回水压力是热网安全运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂;供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的最佳方案是对补水泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不超出某一范围即可，所以也可以采用开关补水控制方案。

四、热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度;一次网控制的对象为一次网调节阀;控制目的为提供热力站必须的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果;当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。

3、二网定压补水控制：

二次网的补水控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的补水系统压力加大，补水频繁。而传统的工频补水泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。

在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行精确的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。

4.现场人机界面

在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：

一、二次网供回水温度及温差，变频器最大最小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。

五、热力站自控系统的优点

在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。

通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。

作者简介

剌慧东 男 现供职于山西省太原市热力公司材料设备处，分管技术工作，兼任山西省城镇供热协会特聘电气专家。

参考文献

[1> 王亦昭、刘雄，供热工程，机械工业出版社，2007年8月;

[2> 佚名，RTU在城市热网自动控制系统中的实际应用，自动化在线，2007年;

第五篇：PLC在工业机械手中的应用

PLC在工业机械手中的应用

摘要：机械手是模仿着忍受的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求恩能够实现自动抓取、搬运的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。实际生产中，应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境下，他代替人进行正常的工作，意义更为重大。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到越来越广泛的应用。关键词：PLC 机械手

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。

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。机械手的简介

1.1 概述

机械手首先是由美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出了第一台机械手。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。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。

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。运动机构的升降、伸缩、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。1.3 机械手的分类

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等。

1.4 机械手的应用

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。另外，机械手在锻造工业中的应用不仅能进一步发展锻造设备的生产能力，而且还能改善热、累等劳动条件。可编程控制器

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、技术和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力等各个领域，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小、重量轻、价格便宜的特点。该种技术是计算机技术与几点接触控制技术相结合的产物，其解决了传统控制系统内接线复杂，可靠性低，耗能高以及灵活性较差等缺点，因此近年来被广泛应用于电气自动化。要正确、合理地应用PLC去完成机械手的控制任务，首先应了解它的结构特点和工作原理，这对控制系统应用程序的开发设计有着非常重要的作用。2.1 可编程控制器的系统组成

可编程控制器主要由中央处理单元CPU、存储器、输入输出接口、电源、I/O扩展接口、外部设备接口、编程器等几个主要部分。

（1）CPU作为整个PLC的核心骑着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。它的主要任务：

①诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。②用扫描方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。

③在运行状态时，按用户程序存储器中存放的先后书序逐条读取指令，经编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作，根据运算结果存储相应数据，并更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容。（2）存储器

具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

（3）输入/输出接口

①输入接口： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。

②输出接口 PLC的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。

三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载

晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载

晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载（4）编程器

编程器是人与PLC联系和对话的工具，是PLC最重要的外围设备。用户可以利用编程器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视PLC的工作状态，显示错误代码或修改系统寄存器的设置参数等。除采用手持编程和监控外，还可通过PLC的RS232C外设通讯口与计算机，并列用PLC生产厂家提供的专用工具软件，来对PLC进行编程和监控。相比起来，利用计算机进行编程和监控往往比手持编程工具更加直观和方便。2.2 可编程控制器的工作原理

一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数

6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

二．PLC与继电器控制系统、微机区别

1．PLC与继电器控制系统区别 前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。

2．PLC与微机区别

前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断” 3.PLC 编程方式

PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。

PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点： 1．每个梯形图由多个梯级组成。2．梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3．继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4．每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5．输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。PLC在工业领域应用的发展趋势

工业自动化生产线的首要目标是保证产品质量，生产过程不可能进行过多的人工干预，产品质量的保证只能依赖在线质量检查设备和仪器，监视产品质量参数，为控制器提供准确的测量值和检测状态。长期以来PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于他能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。

在企业方面，国内企业经过多年的努力，工业过程控制经过继电器控制，PLC控制、集中监控，到现在的工业现场的工业现场总线控制技术和管控一体化控制系统，为国内企业自动化、信息化打下了良好的基础。如今，工业企业现代化改造的方向是全面实现企业自动化向信息化方向发展，现代工业企业自动化的特征是自动控制技术、物流技术、信息技术的综合应用。为了满足企业提出的提质降耗、精细加工、管理控制结合，发展企业自动化技术，是提高企业竞争力的现代化发张方向。