发布时间 : 星期一 文章PLC机械手控制系统文献综述(包括外文翻译)更新完毕开始阅读6d87676543323968011c92c3
基于PLC的机械手控制系统
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一(张志献，2002)。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的牛产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故(杨永清等，2008)。
在机械工业中，机械手的应用具有以下意义。
应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。
随着现代工业技术的发展，工业自动化技术也越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。对于机械手的研究国内外的水平不一，但代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高，只相当于世界先进技术在八十年代的水平。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。
目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有
触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。
国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。
目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量产产品达到6轴，负载2Kg的产品系统总重已突破100Kg。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。
本设计是利用可编程控制器PLC作为载体的一套机械手驱动装置，用来实现文字书写的功能，并可根据需求的变化要求随时更改相关控制参数。
通过对学校图书馆提供的数据库以及网络上存在的资料的搜集，我查询到了很多有关于本课题的文献资料。它们包括图书、期刊、学术论文等。这些文献涉及了有关本设计的各个方面能较好的为完成设计作为参考。
综合各个文献的内容可以看到PLC有以下优点，它能适应工业现场的恶劣环境，可靠性高。在工业生产中一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力。而PLC在这方面的独到之处有：它在硬件上采用光电隔离装置以防止输出对输入的反馈干扰；采用屏蔽措施以防止空间的电磁干扰；设置滤波环节，以消除外部干扰和各模块之间的干扰影响；采用连锁及互锁控制、自诊断电路和模块式结构等措施，以提高硬件的可靠性及模块的互换性；在软件上采用了故障自检测、自诊断等措施。
其他实用方面的优点有1.PLC软件简单易学。2. PLC使用方便；3.PLC体积小，重量轻，便于安装。由于PLC具有上述一系列优点，工业控制中广泛用于以下三种控制：(1)开关量顺序、逻辑控制。即代替继电器控制系统，如冶金行业中的高炉上料系统，轧钢机、连铸机、费剪等控制系统；机械行业各种自动生产线、自动加工机床、机械手、龙门铣床等控制；轻工业中的注塑机、包装机、食品加工机械等。(2)模拟量控制。如温度、压力、流量等；(3)数据采集、分析处理。如控制中的数据采集、算术运算、函数运算、逻辑运算、数据传输、转换、捧序和查表等操作。
综上用PLC作为控制系统控制机械手写字的设计是一种方便、实用、可靠的控制系统设计方案。通过收集各种资料和初期的规划我已对将要进行的设计非常了解，相信在老师的指导和我自己的努力下我可以很好的完成设计任务，虽然期间肯定会遇到这样或那样的困难，但是我有信心做好这一切。
外文原文及其翻译：
The advantages of PLC control
Any control system goes through four stages from conception to a working plant. A PLC system brings advantages at each stage.
The first stage is design; the required plant is studied and the control strategies decided. With conventional systems design must be complete before construction can start. With a PLC system all that is needed is a possibly vague idea of the size of the machine and the I/O requirements (how many inputs and outputs). The input and output cards are cheap at this stage, so a healthy spare capacity can be built in to allow for the inevitable omissions and future developments.
Next comes construction. With conventional schemes, every job is a ‘one-off’ with inevitable delays and costs. A PLC system is simply bolted together from standard parts. During this time the writing of the PLC program is started (or at least the detailed program specification is written).
The next stage is installation, a tedious and expensive business as sensors, actuators, limit switches and operator controls are cabled. A distributed PLC system using serial links and prebuilt and tested desks can simplify installation and bring huge cost benefits. The majority of the PLC program is written at this stage.
Finally comes commissioning, and this is where the real advantages are found. No plant ever works first time. Human nature being what it is, there will be some oversights. Changes to conventional systems are time consuming and expensive. Provided the designer of the PLC system has built in spare memory capacity, spare I/O and a few spare cores in multicore cables, most changes can be made quickly and relatively cheaply. An added bonus is that all changes are recorded in the PLC’s program and commissioning modifications do not go unrecorded, as is often the case in conventional systems.
There is an additional fifth stage, maintenance, which starts once the plant is working and is handed over to production. All plants have faults, and most tend to spend the majority of their time in some form of failure mode. A PLC system provides a very powerful tool for assisting with fault diagnosis.
外文文献翻译：
PLC的控制优势
任何控制系统从概念到进入工厂工作都要经历四个阶段。 PLC系统在每一个阶段都有优势。
第一阶段是设计，对工厂的需要进行研究和制定控制策略，传统的运行平台的设计和制造必须在设计进行前完成。PLC系统仅仅需要的是一个模糊的关于机器的可能大小的想法和I/O数量的要求（多少输入和输出接口）。在这个阶段输入和输出芯片十分便宜，所以可以内置一个很健全的备用容量，它允许用来补充遗漏项目和为未来的扩充做准备。
其次是设计。传统的方案是，每一项工作都是“一次成型”这不可避免的造成了工程拖延和增加成本。一个的PLC系统使用最简单的标准件螺栓连接在一起。在这样的连接下开始编写 PLC程序（或者至少是写入详细的程序规范）。
下一阶段是安装，安装是一种繁琐和昂贵的工作，例如安装传感器、执行器、限制开关系统和主机的连接。分布式PLC系统使用串行链路式的预编译，测试界面可以简化安装它带来了巨大的成本优势。PLC的程序多数在这个阶段完成。
最后是调试，而这正是PLC真正的优势被发掘的部分。没有任何设备在第一次就正常工作。人性就是这样，总会有一些疏漏。与传统的系统变动情况的耗时和昂贵相比，PLC的设计师提供了系的内置备用内存容量、备用I/O和一些备用多芯电缆线，多数的变动能迅速和相对便宜的完成。另外一个好处是，所有的变化PLC都有记录，程序的调试和修改不会因为没有被记录而遗失，这是一个经常发生在常规系统中的问题。
还有一个额外的第五阶段，维护，一旦启动工作，并移交生产就产生了维护的问题。所有设备都有缺点，大多数设备在错误的模式中度过了它们的大部分的时间。 PLC系统提供了一个非常强大的工具帮助诊断故障。
参考文献：
[1] 《电气控制系统与可编程控制器》 机械工业出版社.常晓玲主编 [2] 《检测与转换技术》 机械工业出版社.常健生 [3] 《PLC应用开发实用子程序》 人民邮电出版社.贾德胜 [4] 《三菱FX2N系列PLC应用技术》 机械工业出版社.刘建华 [5]《PLC原理与应用》 清华大学出版社.俞国亮
[6] Lozano, R. (Rogelio),．Adaptive control systems[M]．Fresno:Witerwoof Inc.,1999