【正文】 湖南文理學院本科生畢業(yè)論文（設計）題 目： 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的設計 姓 名： 鄧 宇 學 院： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 芙蓉自動化0902 學 號： 09210215 指導教師： 敖章洪 完成時間： 2013216 2013年2月16日50基于PLC的機械手模型控制系統(tǒng)的設計摘 要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領域內，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，增加了工人的勞動強度，甚至于危及生命。自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。在本設計中介紹了國內外機械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢，描述了機械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程。研究了基于PLC的機械手模型控制系統(tǒng)的設計，還研究了MCGS在機械手控制系統(tǒng)中的應用。利用組態(tài)軟件MCGS設計了機械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(tài)，進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。關鍵詞：機械手；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 國內外機械手研究概況 1 課題研究的內容 2第二章 機械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡介 3 機械手控制方式的選擇 3 控制方式的分類 3 PLC與工業(yè)控制計算機（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較 3 機械手控制方式的選定 4 可編程序控制器簡介 5 PLC的結構……………………………………………………………………..…5 PLC的特點 6 PLC的主要功能 7 PLC的經(jīng)濟分析 7 PLC發(fā)展狀況及趨勢 8第三章 機械手控制系統(tǒng)的設計 9 機械手控制系統(tǒng)構件概述 9 步進電機 9 步進電機驅動器 9 傳感器 11 直流電機驅動單元 12 機械手的動作實現(xiàn)過程 12 PLC程序設計 14 I/O點數(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程序的設計 15 PLC程序的調試 15 PLC控制的安裝與布線 15 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 16 機械手控制程序的調試 16第四章 MCGS在機械手控制系統(tǒng)中的應用 17 MCGS的概述 17 MCGS的簡介 17 MCGS的構成 17 MCGS的主要特性和功能 18 MCGS的編程語言 18 MCGS的數(shù)據(jù)結構 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 運行策略的建立及腳本程序的編寫 27 動畫的連接 31 指示燈的動畫連接 31 機械手的動畫連接 32 組態(tài)運行 35第五章 結 論 … 36參考文獻 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湖南文理學院電氣與信息工程學院本科畢業(yè)設計第一章 緒 論 課題研究目的及意義機械手是工業(yè)自動化領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機械手逐漸成為一門新興學科，并得到了較快的發(fā)展。機械手廣泛地應用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視?？傊?，機械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內外都十分重視它的應用和發(fā)展。可編程序控制器(PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的實時工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術、自動控制技術和計算機通信技術的飛速發(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足的進步，已經(jīng)成為工廠自動化的標準配置之一[1]。由于自動化可以節(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、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業(yè)領域中廣泛應用PLC。機械手在美國、加拿大等國家應用較多，如用果實采摘機械手來摘果實、裝配生產(chǎn)線上應用智能機器人等。我國自動化水平本身比較低，因此用PLC來控制的機械手還比較少。本次課題設計的機械手就是通過PLC來實現(xiàn)自動化控制的。通過此次設計可以更進一步學習PLC的相關知識，了解世界先進水平，盡可能多的應用于實踐。MCGS是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域中有著廣泛的應用[2]。本設計通過MCGS組態(tài)軟件對機械手進行監(jiān)控，將機械手的動作過程進行了動畫顯示，使機械手的動作過程更加形象化。 國內外機械手研究概況機械手自二十世紀六十年代初問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中重要的機電設備。目前，正式投入使用的絕大部分機械手屬于第一代機械手，即程序控制機械手。這代機械手基本上采用點位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進行校正。這代機械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應的適應性算法?，F(xiàn)在，第三代機械手正在第一、第二代機械手的基礎上蓬勃發(fā)展起來，它是能感知外界環(huán)境與對象物，并具有對復雜信息進行準確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能化機械手。它能識別景物，具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識圖等多種仿生動作，具有專家知識、語音功能和自學能力等人工智能[3]。目前機械手技術有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機械手、微型機械手和微操作系統(tǒng)（如細小工業(yè)管道機械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機械手化機器、智能機械手（不僅可以進行事先設定的動作，還可按照工作狀況相應地進行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動態(tài)學習等）。機械手的應用領域正在向非制造業(yè)和服務業(yè)方向擴展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機械手也將越來越多地裝備部隊[4][5]。國外方面：近幾年國外工業(yè)機械手領域有如下幾個發(fā)展趨勢。機械手性能不斷提高，而單機價格不斷下降；機械結構向模塊化、可重構化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機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)實技術在機械手中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制。國內方面：目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手（水下、爬壁、管道、遙控等機械手）基本掌握了機械手操作機的設計制造技術，解決了控制驅動系統(tǒng)的設計和配置，軟件的設計和編制等關鍵技術，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設備的全套自動通信、協(xié)調控制技術；在基礎元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術方面來說，我國已經(jīng)具備了獨立自主發(fā)展中國機械手技術的基礎[6]。 課題研究的內容本課題主要研究的是基于PLC的機械手模型控制系統(tǒng)的設計，包括硬件的設計和軟件的設計。通過設計編制PLC程序實現(xiàn)機械手模型控制系統(tǒng)的自動控制。利用組態(tài)軟件MCGS設計出人機界面，進行設備和數(shù)據(jù)對象的連接，實現(xiàn)動畫連接，實現(xiàn)機械手的監(jiān)控。通過MCGS將機械手的動作過程進行動畫演示，使機械手的動作形象化。提供較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(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 機械手控制方式的選擇和可編程序控制器簡介 機械手控制方式的選擇 控制方式的分類傳統(tǒng)的工業(yè)設備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：（1）僅適合于簡單的邏輯控制；（2）僅適合特殊的工程項目，而沒有通用性；（3）沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領域的自動化已經(jīng)基本實現(xiàn)了從繼電器控制到計算機控制的轉變，計算機控制方式具有以下兩個特點：（1）硬件上至少有一個微處理器；（2）通過軟件實現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動化領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)控制計算機（IPC）；（3）集散控制系統(tǒng)（DCS）。 PLC與工業(yè)控制計算機（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較各自技術發(fā)展的起源計算機是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設備。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資