机电一体化技术毕业论文-基于PLC驱动的三自由度机械手设计.doc

基于PLC驱动的三自由度机械手设计

摘要：可编程控制器（PLC）是专门为工业生产环境而设计的控制设备，具有抗干扰能力强，可靠性高，编程简单性价比高的特点，在工业控制领域得到越来越广泛应用。当工作环境较为恶劣.如电磁干扰较强、湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使硬件可靠性受到影响，当处理复杂逻辑或者精细控制时，噪音干扰以及越来越复杂的软件设计都会使软件可靠性受到影响。本文从PLC控制系统的产生及发展现状入手，详细的论述了PLC的基本结构和工作的原理，并通过可编程控制器在机器手中的应用进行了具体的应用分析。

关键词:可编程控制器；控制系统；设计

1.引言

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存贮器，用于其内部存贮程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩允其功能的原则设计。可编程控制器（PLC）这一电子系统的设计目的是为了能够更好的在工业环境下进行数字运算。可编程控制器选用的存储器是可编程式，为了在它内部存储执行定时、算术运算、顺序控制、逻辑运算、计数等操作指令，并且运用模拟式或者数字式的输入与输出来达到对各类型的机器与生产活动就行控制。现在可编程控制器应用已经大规模的运用到计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）之中了。随着计算机网络的日益发展，作为国际通用网络以及自动化控制网络重要组成部分的可编程控制器（PLC）将会在工业以及工业之外的各种领域担当重要角色[1]。

在人们的日常生活、工业制造、制冷等领域，温度作为当前环境的重要因素之一，被人们广泛的作为参考因素来使用，从而保证各项工作的正常运行，如火灾报警、温室或粮仓中的温度实时监控、冷库温度的调节等，因此以温度参数为基础的温度控制系统被广泛开发和使用。使用传统意义上的温度计采集温度信息，不但采集精度低，实时性差，而且操作人员的劳动强度高。此外由于环境因素导致的数据难以采集的问题，特别是在工厂，火灾等现场，工作人员不能长时间停留在现场观察和采集温度，就需要实现能够将数据采集并将其传送到一个地方集中进行处理，以节约人力，提高效率，但是这样就会出现数据传输的文艺，由于厂房打、需要传输的数据多，使用传统的方法容易造成资源浪费而且可操作性差，精度不高，这都是在不同程度上限制了工作的进行和展开。因此，高精度，低成本，实时性好的温度控制系统急需人们去开发。

2.可编程控制器的概述

2.1可编程控制器的定义和特点

PLC是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程[2]。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。”上述是国际电工委员会于1985年1月对PLC所作的权威性的定义。以微处理技术为基础，应用于以控制开关量为主，或包括控制过程参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。

（1）可靠性高，抗干扰能力强

可靠性高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。

（2）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、小各种规模的产品。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，现代的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的功能模块大量涌现，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，编程语言为工程技术人员所接受。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[3]。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。

2.2可编程控制器的结构

PLC的系统结构如图2.1。

图2.1PLC的系统结构

(1)PLC的核心部分则是微处理器单元(CentralProcessingUnit，CPU)。微处理器单元包括控制接口电路和微处理器两部分。作为PLC运算控制中心的微处理器，不但要实现PLC的逻辑运算，并且要协调控制好系统内部各