【正文】 湖南文理學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名： 鄧 宇 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 芙蓉自動(dòng)化0902 學(xué) 號(hào)： 09210215 指導(dǎo)教師： 敖章洪 完成時(shí)間： 2013216 2013年2月16日50基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。在本設(shè)計(jì)中介紹了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢(shì)，描述了機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理和動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程。研究了基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還研究了MCGS在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)了機(jī)械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；MCGS Design of Manipulator Model Control System based on PLCAbstractIn industrial production and other domains, Because of the demands of the work, people were usually subjected to endanger of heat, decay and poisonous air etc. factor, these factors increased the strength of worker39。s labor, even endanger life. Since the manipulator was born, the various difficult problems were easily solved.In this design the present condition of research about domestic and international manipulator and development trend of research concerning PLC were introduced. The principle of work and the process of action’s realization of manipulator control system were described. The design of manipulator model control system based on PLC was researched and MCGS’s application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervision for the manipulator model control system was designed by MCGS. An intuitive, clear and accurate manipulator operating state was provided. And then various possibilities for maintain and breakdown’s diagnosis were provided, the work’s efficiency of system was fully elevated.Key words: manipulator。 PLC。 MCGS目 錄摘 要 ⅠAbstract Ⅱ第一章 緒 論 1 課題研究目的及意義 1 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究概況 1 課題研究的內(nèi)容 2第二章 機(jī)械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡(jiǎn)介 3 機(jī)械手控制方式的選擇 3 控制方式的分類 3 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較 3 機(jī)械手控制方式的選定 4 可編程序控制器簡(jiǎn)介 5 PLC的結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………..…5 PLC的特點(diǎn) 6 PLC的主要功能 7 PLC的經(jīng)濟(jì)分析 7 PLC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì) 8第三章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 9 步進(jìn)電機(jī) 9 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 9 傳感器 11 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元 12 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程 12 PLC程序設(shè)計(jì) 14 I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類型的選擇 14 PLC的I/O分配 14 編程指令的選擇 14 PLC程序的設(shè)計(jì) 15 PLC程序的調(diào)試 15 PLC控制的安裝與布線 15 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 16 機(jī)械手控制程序的調(diào)試 16第四章 MCGS在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 17 MCGS的概述 17 MCGS的簡(jiǎn)介 17 MCGS的構(gòu)成 17 MCGS的主要特性和功能 18 MCGS的編程語(yǔ)言 18 MCGS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 19 MCGS的作用 19 工程的建立與變量的定義 20 工程的建立 20 變量的分配 20 變量定義的步驟 21 設(shè)備與變量連接 23 工程畫面的創(chuàng)建 24 封面窗口及監(jiān)控畫面的制作 25 運(yùn)行策略的建立及腳本程序的編寫 27 動(dòng)畫的連接 31 指示燈的動(dòng)畫連接 31 機(jī)械手的動(dòng)畫連接 32 組態(tài)運(yùn)行 35第五章 結(jié) 論 … 36參考文獻(xiàn) 37致 謝 38附 錄 39附錄1 程序流程圖 39附錄2 順序功能圖 42附錄3 梯形圖 43附錄4 指令表 45 附錄5 PLC外部電氣接線圖…………………………………………………………...48湖南文理學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒 論 課題研究目的及意義機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊?，機(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一[1]。由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來(lái)摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國(guó)自動(dòng)化水平本身比較低，因此用PLC來(lái)控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用[2]。本設(shè)計(jì)通過(guò)MCGS組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)畫顯示，使機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程更加形象化。 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究概況機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒(méi)有感覺(jué)外界環(huán)境信息的感覺(jué)器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺(jué)器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡(jiǎn)單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)，它是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺(jué)、視覺(jué)、力覺(jué)、聽覺(jué)、味覺(jué)等多種感覺(jué)，能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專家知識(shí)、語(yǔ)音功能和自學(xué)能力等人工智能[3]。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)[4][5]。國(guó)外方面：近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)[6]。 課題研究的內(nèi)容本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)出人機(jī)界面，進(jìn)行設(shè)備和數(shù)據(jù)對(duì)象的連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的監(jiān)控。通過(guò)MCGS將機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫演示，使機(jī)械手的動(dòng)作形象化。提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。第二章 機(jī)械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡(jiǎn)介 機(jī)械手控制方式的選擇 控制方式的分類傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場(chǎng)，但該控制方式卻有以下致命缺陷：（1）僅適合于簡(jiǎn)單的邏輯控制；（2）僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒(méi)有通用性；（3）沒(méi)有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）硬件上至少有一個(gè)微處理器；（2）通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：（1）可編程序邏輯控制器（PLC）；（2）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；（3）集散控制系統(tǒng)（DCS）。 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較各自技術(shù)發(fā)展的起源計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資