仓库机械手plc毕业设计

1 绪论

1.1 选题背景

20世纪后半期，随着计算机、材料、自动控制等技术的发展，制造业也获得了蓬勃的发展，新的加工、制造概念和方法层出不穷，如CNC、CAD、CAM、FMS、CIMS、ERP、并行工程、敏捷制造等等。这些先进的制造技术改变了传统的制造模式，大大提高了企业的竞争能力。先进制造技术是传统制造技术与基础科学、管理学和工程技术等领域的最新成果、理论、方法有机结合产生的适应未来制造的前沿技术的总称，具有综合性、系统性、创新性、可持续性等特征，成为集机械、电子、信息、材料和管理等学科于一体的新兴交叉学科。

1.2 可编程控制技术教学现状

在先进制造技术日益发展的情况下，可编程控制技术（PLC）已经成为先进自动化制造系统中一项非常重要的技术。因此，可编程控制技术也已成为机械制造专业方向非常重要的专业课。同济大学职业技术教育学院机械工程及其自动化专业也开设了相关的课程。

然而，可编程控制器的特点决定了这些课程技术实践性非常强，其程序的验证只有结合被控制对象才能实现，因此，在教学过程中，实验环节非常重要。而实物被控对象一般都有体积大、价格昂贵、维护困难的特点，所以大部分学校都因为受资金、场地、设备等因素的制约，只购买一些简单的实验箱或者功能单一的可编程控制器，或者只配备一套实验系统。为了克服这些困难，目前国内外部分学校已经开始尝试采用一种基于计算机仿真技术的实验方法，通过计算机仿真软件模拟其自动控制过程。

1.3 基于教学现状的课题研究目的

基于上述我们在相关专业课程里遇到的实际操作困难，本课题利用德国SL公司开发的MSM-2102软件，在计算机上构建一套由高架立体仓库和三轴运动机械手等组成的毛坯零件搬运单元。在了解柔性制造系统（FMS）中毛坯零件的仓储、搬运的特点的基础上，采用德国西门子S7可编程控制器进行控制，编制出相应的PLC程序，然后进行仿真模拟，从而实现自动化生产过程的模拟仿真。

一方面，通过这种模拟仿真不仅可以在教学过程中让学生非常直观地查看控制过程，更容易地理解编程的方法，而且还可以提高学生编程和调试的能力，以培养我们的工程研究与开发的能

力。另一方面，对于我们职教师资项目的学生来说，还可以深入地体会到用项目教学法与模拟仿真方法相结合，构建复杂工作环境的教学方法带来的优势。综合上述因素提出了本课题。

1.4 研究内容和研究方法

1.4.1 课题构思

本课题要求在了解柔性制造系统（FMS）中毛坯零件的仓储、搬运的特点的基础上，利用德国SL公司开发的MSM-2102软件在计算机上仿真构建一套由高架立体仓库和三轴运动机械手等组成的毛坯零件搬运单元，采用德国西门子S7可编程控制器进行控制，编制出相应的PLC程序，然后对编制的程序进行调试、模拟运行。这样一来，通过对实际项目的仿真模拟，操作者简单形象地了解了PLC控制过程，掌握编程方法，培养了工程研究与开发能力。

1.4.2 研究内容

（1）熟悉并掌握德国SL公司提供的MSM-2102软件和可编程控制器编程语言STEP7。 （2）了解柔性制造系统（FMS）中毛坯零件的仓储、搬运的特点。

（3）利用德国SL公司提供的MSM-2102软件搭建一个能存放20个毛坯零件的高架立体仓库，一个能三轴运动的机械手、一个带紧停按钮的操作面板、若干个毛坯零件等组成的毛坯零件搬运系统，连接输入、输出信号线，并设计控制流程图。如图所示：

图1.1 系统搭建界面

（4）用编程语言STEP7编制相应的PLC控制程序，并利用仿真手段对该系统进行调试，以得出最终控制程序。

1.4.3 研究方法

本课题的研究主要采用系统研究和实验研究等方法。 （1）系统研究

利用系统研究的方法了解柔性制造系统（FMS）中毛坯零件的仓储、搬运的特点，分析研究零件在仓储、搬运中将要碰到的技术问题，以帮助设计控制流程图和编制PLC控制程序。 （2）实验研究

利用德国SL公司提供的MSM-2102软件，搭建上述的控制系统的硬件设备并连接输入、输出信号。用可编程控制器编程语言STEP7编制相应的PLC控制程序，并利用仿真手段对该系统进行调试并最终得出控制程序。此过程即实验研究过程。

2 可编程控制技术

1969年美国数字设备公司（DEC），研制出世上第一台PLC，并在GM汽车生产线上应用成功。国际电工委员会（LEC）于1982年11月和1985年1月对PLC定义为：可编程序控制器（Programmable Logical Controller，简称PLC）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。它采用可编程序的存储器，用来在其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命令，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。

多年来，可编程序控制器从其产生到现在，实现了从接线逻辑到存储逻辑的飞跃，功能由弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步。在半导体技术、计算机技术和通信技术高速发展的今天，PLC在模拟量的处理、数字运算、人机接口和网络等各方面的能力都已大幅度提高，成为工业控制领域的主流控制设备并且应用的越来越广泛，在各行各业发挥着越来越大的作用。

2.1 由继电器到PLC的变革

在现代工业设备及自动化项目中，我们会遇到大量的开关量、脉冲量以及模拟量等控制装置。如电机的启动与停止，电磁阀的开闭；工件的位置、速度、加速度等的测定；产品的计数以及温度、压力、流量等物理量的设定和控制等。早期的控制系统是用导线将各种继电器、定时器、接触器及其触点按照系统要求的逻辑关系连结起来组成的，这就是60年代以前在工业控制领域广为应用的继电接触器控制系统。它的优点是结构简单，易于掌握，价格便宜。继电接触器控制系统基本上能够满足一些工作模式简单而固定的工业场合的控制要求。