机械手控制系统设计摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。
自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。
本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。
设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。
该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。
机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。
机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。
通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。
通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。
关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图IIThe Design of Manipulator Control SystemABSTRACTIn industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved.The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient.The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training.Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram目录第1章绪论 (1)1.1 机械手的背景与现实意义 (1)1.2 国内外机械手研究概况 (1)1.3 机械手控制存在的问题及最新发展 (3)1.3.1 利用单片机实现对机械手的控制 (3)1.3.2 利用传统继电器实现对机械手的控制 (3)1.3.3 PLC实现对机械手的控制 (3)1.4 本文主要工作 (5)第2章机械手控制系统工艺流程与总体方案设计 (6)2.1 机械手控制系统的流程设计 (6)2.2 机械手的工艺过程 (6)2.3 机械手总体控制方案的设计思路 (7)第3章机械手硬件系统设计 (9)3.1电气原理设计 (9)3.1.1 机械手电源电路设计 (9)3.1.2 机械手控制电路 (9)3.1.3工作状态指示灯电路 (11)3.1.4 LED段码指示电路 (11)3.2 PLC的选型及参数 (12)3.3电器元器件的选型 (13)3.3.1 接触器 (13)3.3.2 行程开关 (14)3.3.3 熔断器 (14)3.3.4 低压断路器 (14)3.3.5 控制按钮 (14)3.3.6 直流减速电机 (14)第4章机械手软件系统设计 (15)IV4.1设计任务和控制要求 (15)4.2高级指令说明 (15)4.2.1 定时器指令 (15)4.2.2 顺控继电器(SCR)指令 (17)4.2.3 传送指令 (17)4.2.4 计数器指令 (18)4.2.5 标准转换指令 (20)4.2.6 段码指令 (20)4.3 PLC的I/O接口功能设计与分配 (20)4.3.1 PCL的I/O接口功能设计 (20)4.3.2 I/O接线图 (23)4.4设计系统工作流程 (24)第5章机械手控制系统调试 (25)5.1 西门子S7-200系列PLC编程软件 (25)5.2 程序说明 (26)5.3 故障及其解决方案 (31)第6章总结 (33)参考文献 (34)谢辞 (35)附录程序清单 (36)1 绪论1.1机械手的背景与现实意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。
近年来随着工业自动化的发展，机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。
机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段，国内外都十分重视它的应用和发展。
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。
机械手延伸和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[1]。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。
综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。
1.2 国内外机械手研究概况机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。
目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。
这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。
第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。
这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。
现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。
它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能[2]。
目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统(如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等)、机械手化机器、智能机械手(不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等)。
机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队。
国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。
机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。
国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手(水下、爬壁、管道、遥控等机械手)基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。