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高等教育自学考试毕业论文

基于PLC的机械手分选大小球的自动控制

主考学校： 武汉工业学院 专 业： 机电一体化工程 指导老师： 胡 江 萍 考生姓名： 姚 世 洪 准考证号： 018008200334

2011年9月 25 日

目 录

第一章 PLC可编程控制器概述………………………………………………3 1.1 PLC可编程控制器的定义……………………………………………3 1.2 PLC可编程控制器的特点……………………………………………3 1.3 PLC可编程控制器的趋势与动向……………………………………5 第二章 PLC可编程控制器的原理……………………………………………6 2.1 PLC可编程控制器的组成……………………………………………6 2.2 PLC可编程控制器工作原理…………………………………………8

2.3 PLC可编程控制器系统设计参考……………………………………9 第三章 PLC在大小球分选系统中的设计……………………………………12 3.1 分选大小球控制系统的工作原理…………………………………12 3.2 分选大小球控制系统的输入/输出地址及定时器分配……………13 3.3 分选大小球控制系统的接线图……………………………………14 3.4 分选大小球控制系统的状态流程图………………………………15 3.5 分选大小球控制系统的梯形图……………………………………17 3.6 分选大小球控制系统的程序图……………………………………18 总结………………………………………………………………………………19

致谢………………………………………………………………………………20

参考文献…………………………………………………………………………21

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摘要

机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件。机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色，它可以搬运货物、分选物品、代替人的繁重劳动。随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员工作环境的同时也使生产效率大大的提高，能够最大限度地满足被控对象和生产过程的控制要求。因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

本次毕业设计任务是通过PLC实现机械手分选大小球的自动控制。论文主要对PLC可编程控制器的概述、特征、大小球分选自动系统中的设计进行具体阐明，并通过PLC来实现大小球分选系统的控制。设计中采用日本三菱公司具有高性价比的微型可编程控制器FX2系列PLC，实现自动分选大小球的控制系统。系统充分利用了可编程控制器（PLC）多方面的设计知识和方法，精确的实现了机械手从圆点下降、抓取、上升、右行、下降、释放、上升、左行还原等一系列的动作，完成一整套。

关键词：机械手，可编程控制器（PLC）,自动化控制，大小球分选

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第一章 PLC可编程控制器概述

1.1 PLC可编程控制器的定义

可编程控制器（PROGRAMMABLE LOGICAL CONTROLLER，简称PLC）与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的新一代工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，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、计数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及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

1.2 PLC可编程控制器的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10～1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

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（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

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