基于西门子PLC的四自由度液压机械手设计与组态仿真

基于西门子PLC的四自由度液压机械手设计与组态仿真

摘要

针对目前世界上关于机械装置以及可编程逻辑控制器的研发情况和未来方向，确定本论文的研究目标是采用液压技术的4个自由度情况下的机械手。

得益于这种机械手的大功率，控制方便，速度快等特点，已在工业生产当中得到很大的推广。这种装置是非常完全的机电一体化，这种集成模式所用到的学科主要有液压、自控以及机械设计等内容。本论文首先着重讨论了它的使用地点以及主要结构，然后在剖析它的主要动作后，液压系统的讨论，这也是关键的控制步骤之一。这种机械装置主要利用可编程逻辑控制器进行对电磁阀的把控，进而能够控制这种机械装置的每一个动作。在得到这种机械装置的输入以及输出的条件要求，进行控制系统的选型，以及的选择，信息收集所用到的变送器的选择，调控可编程逻辑控制器的地址，还有这种体系的电路编制以及柜体的设计。

最后，该设计使用四自由度液压机械手作为其对象，采用产自于德国SIEMENS公司的可编程逻辑控制器以及屏幕，选择国产的软件 7 MicroWIN V4.0 SP3和Wincc flexible 2008完成转动、螺旋、延伸、收缩等动作。

关键词：机械手； PLC；触摸屏；传感器；控制；程序

第一章绪论 1

1.1课题研究背景及意义 2

1.2 PLC的选择 2

第二章机械手机构与液压系统分析 3

2.1机械手工作环境分析 3

2.2机械手机构分析 4

2.3机械手液压系统分析 5

2.4机械手设计时应考虑的几个问题 6

2.5本章小结 6

第三章机械手控制系统设计 7

3.1机械手动作分析 9

3.2仪器选型 12

3.3PLC控制电路的设计 18

3.4本章小结 21

第四章PLC控制系统程序的设计 22

4.1总程序的设计 22

4.2回原点程序的设计 23

4.3点动程序的设计 27

4.4自动程序的设计 28

4.5触摸屏程序的设计 30

4.6本章小结 31

第五章程序调试与功能实现 32

5.1西门子S7-200的通讯 33

5.2 PLC通信 33

第六章总结与展望 34

6.1总结 34

6.2展望 34

致谢 35

参考文献 36

附录 51

1绪论

1.1课题研究背景及意义

应用工业范围里面的机械手作为一种新型领域，现在已经是现代化制造的标志性之一。这种机械装置由于具备非常好的促进功能，受到非常多的人的关注：第一，机械化生产能够在某些领域替代人工；第二，根据不同的工艺特点，完成不同的任务，工时和环境都能够随着工作的变化而变化；最后，能够代替人工完成一些无法完成的工作。

通过上面的描述，我们发现这种机械装置能够提高工作效率，降低人工成本，改善工作环境，提高工业生产的机械化程度。在工业发展非常强盛的国家，工业机械装置的应用非常广泛，尤其是在工作环境特别恶劣的环境下，如温度很高、压力很高、噪声很大等。

由于工业化程度的不断更新，现代化的工业生产已经进入到快车道，机械生产装置的应用也越来越频繁。常规的控制方法，如继电器的方式，将会带来很多难以控制的问题，如结构复杂、安全性不好、线路杂乱、容易出错等。面对诸如此类的困境，人们急需一种安全可靠、准确高效的控制体系，在这种背景下，可编程逻辑控制器应运而生，完美解决了上述问题，便于维护和良好工作效果的条件下（1）。

然而，最近一段时间，仪表采用微型处理单元作为，拥有的功能主要有逻辑表达、数学演算、推理预测、网络联系。其实更准确的表达是个人电脑。可是以区别他们与个人电脑，称之为PLC。

PLC具有以下主要优点：

（1）应用方便，适应性强

当需要进行控制变化的时候，只要进行程序以及软件去完成。

（2）安全高效，稳定准确

进行硬件设计上面，微型处理器采用不用接触的方式进行电路设计，利用半导体以及大规模的集成式的那些新型电路技术来完成。而对于中央处理器，在进行输入输出的时候，需要就行分离，就要采用光电分离技术去实现。

进行软件设计上面，可以设计本身的检查软件，能够实现抗干扰查询以及环境影响因素的排查。如果出现故障，它会将状态保存到内存并关闭它以进行连锁维护；它可以实时查看，也就是常说的定时器，同时查询软件是否正在周期内的情况：越过了周期里面的时候就是提示；进行软件的查询，一旦出现错误的时候，就会在屏幕上出现提示信息，同时自动终止程序。

（3）应用方便

应用的程序语言是常规的梯形图语言，这种方法的特点是容易上手，修改方便。无论是输入方面，还是输出方面，都能够同不一样的设备接口进行连接，处理起来非常快捷。

（4）功能强大，体积小

技术完全可以满足各种各样的要求，同时能够进行模拟演算，进行模拟/数字，数字/模拟转换和数字操作，并可进行相关数据的处理。这种技术完全能够对多个仪器同时工作，能够完成在线的远程处理。同时，硬件本身很小，很轻便，组装很便捷。

本论文使用技术以及屏幕显示技术进行机械装置在工作时的操作，能够确保工作时的安全高效，降低人工用时，提高工作效率，简化工作流程，具备很强的现实作用。

参考文献

[1]黄伟胡青龙.机械手PLC控制系统的设计[J] .2008年

[2]程周.电气控制与PLC原理及应)4J[M].电子工业出版社.2006年

[3]李允文.工:业机械手设计[M].电子版

[4]陈洁.现代PLC控制技术与发展[J].2004年

[5]陈洁.新技术形势下PLC的发展前景[J].2004年

[6]王积伟.液压传动[M].2006年