基于PLC的机械手控制系统设计+仿真图(5)
2.3.1 PLC的结构
PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。PLC硬件结构图如图4所示：
图4 PLC硬件结构图
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。
2.3.2 PLC的特点
可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为可编程控制器具有以下优点：
(1)灵活、通用；
(2)可靠性高、抗干扰能力强；
(3)操作方便、文修容易；
(4)功能强；
(5)体积小、重量轻和易于实现机电一体化。
同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于单片机控制和继电器控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。
2.4 控制方式的选定
传统的机械手控制方式采用继电气控制，其文护困难、可靠性差、线路复杂等缺点，无法满足现代工业自动化对机械手控制的需求。而可编程控制器(PLC)的出现使得这类问题得到解决，PLC控制，具有编程简单、控制方便、结构简单、可靠性高、改造方便和功耗低的特点，能够满足现代工业自动化对机械手控制高精度的需求。所以本文所采用的机械手控制方式是可编程控制器控制。
3. 机械手控制系统硬件设计
3.1 机械手的整体结构设计
整个机械手的的操作是由操控面板来完成，机械手的各个动作由舵机驱动，而舵机由相应的电磁阀控制。机械手的全部动作由PLC控制完成。
3.1.1 设计的基本原则
(1)最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求；
(2)在满足要求的前提下，力求使控制系统简单，一次性投资小，使用时节约能源；
(3)保证控制系统安全、可靠，使用与文修方便；
(4)考虑到今后的发展和工艺的改进，在配置硬件设备时应留有一定的余量。
3.1.2 硬件的设计要求
在硬件的设计方面，系统的硬件一般只有2种：一种是PLC的接线图；另一种是I/O点的地址分配。其中在可编程控制器(PLC)的型号选择方面主要考虑以下几个因素：
(1)PLC功能与控制要求相适应(高、中、低档机)；
(2)PLC结构合理、机型统一(整体式\模块式结构)；
(3)I/O点数需留有一定的裕量。
3.1.3 软件设计的要求
软件设计主要包括梯形图和程序，对复杂的程序首先进行分段调试，然后进行总调试，并作必要的修改。需要考虑的主要包括以下几个方面：
(1)对复杂的控制系统应绘制工艺流程图或控制功能图；
(2)编制梯形图；
(3)根据梯形图编写程序清单。
控制系统的硬件框图如图5所示。
图5 控制系统的硬件框图
3.2 PLC选型
根据系统控制要求并从经济性和可靠性等方面考虑，选择西门子S7-200系列PLC作为此机械手控制系统的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等之分。
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