【正文】 ......................................... 3 可編程序控制器簡(jiǎn)介 .................................................................................................. 5 第三章 機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ......................................................................................... 8 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 ........................................................................................... 8 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程 .............................................................................................10 PLC 程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 11 PLC 程序的調(diào)試 ........................................................................................................12 第四章 MCGS 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ............................................................................13 MCGS 的概述 .............................................................................................................13 工程的建立與變量的定義 ..........................................................................................16 工程畫面的創(chuàng)建 ........................................................................................................19 動(dòng)畫的連接 ...............................................................................................................23 組態(tài)運(yùn)行 ..................................................................................................................28 第五章 結(jié) 論 .........................................................................................................................28 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................29 附錄 1 梯形圖 .......................................................................................................................31 附錄 2 PLC外部電氣接線圖 ..................................................................................................31 引言 機(jī)械手自二十世紀(jì)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(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備 . 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 ) . 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) , 通過 MCGS 將機(jī)械手的動(dòng)作過程進(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 .總之 , 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) 2 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 ,加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多 ,如用果實(shí)采摘機(jī)械手來摘果實(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 PLC來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的 .通過此次設(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 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)作過程進(jìn)行了動(dòng)畫顯示 ,使機(jī)械手的動(dòng)作過程更加形象化 . 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(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(jī)械手具有感覺器官 ,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 .現(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 ,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 ,視覺 ,力覺 ,聽覺 ,味覺等多種感覺 ,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)械手也將越來越多地裝備部隊(duì) 3 [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 。運(yùn)算速度提高 ,CPU 的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 。 5) 人機(jī)界面功能 。 10%的交流電 .由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N 系列可編程 控制器 ,所以有直流 24V 輸出接線端 .該接線端可為輸入及傳感器 (如光電開關(guān)或接近開 關(guān) )提供直流 24V 電源 . 3,接地 正確選擇接地點(diǎn) ,完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè) ,其一為了安全 ,其二是為了 抑制干擾 . 完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一 . 系統(tǒng)接地方式有 : 浮地方式 ,直接接地方式和電容接地三種方式 .對(duì) PLC 控制系統(tǒng)而言 ,它屬高速低電平控 制裝置 ,應(yīng)采用直接接地方式 .良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件 ,可以避免偶 然發(fā)生的電壓沖擊危害 .所以我們給可編程控制器接上了專用接地線 . 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 2 機(jī)械手控制程序的調(diào)試 在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題 ,但最終都一一解決了 .在使用 STL 指令編程 時(shí) ,剛開始由于對(duì) STL 指令掌握的不是很好 ,所以犯了不 少錯(cuò)誤 ,加上機(jī)械手模型裝置本 身存在的一些問題 ,所以在調(diào)試程序時(shí) ,機(jī)械手動(dòng)作不符合控制要求 .經(jīng)過不斷查閱資料 , 研究 ,改進(jìn) ,最終程序調(diào)試成功 .機(jī)械手運(yùn)行良好 ,動(dòng)作正確 ,符合控制要求 . 第四章 MCGS 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 MCGS 的概述 MCGS(Monitor and Control Generated System,通用監(jiān)控系統(tǒng) )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)際工程問題的方案 ,在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用 .其主要特征和 功能大體為 :具有簡(jiǎn)單靈活的可視化操作界面 ,實(shí)時(shí)性強(qiáng) ,有良好的并行處理性能 ,有豐 富生動(dòng)的多媒體畫面 ,開放式結(jié)構(gòu) ,廣泛的 14 數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能 ,完善的安全 機(jī)制 ,強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 ,多樣化的報(bào)警功能 ,支持多種硬件設(shè)備 ,方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流 程 ,良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性 ,設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便 ,能實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng) 的分布式控制和管理等等 [17]. MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài) 環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分 . 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行 ,組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟 件 ,它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng) .用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件 ,稱 為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù) . 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng) ,它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行各種 處理 ,完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能 .運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義 ,必須與數(shù)據(jù)庫(kù)一起 作為一個(gè)整體 ,才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng) .組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了 MCGS 系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向 運(yùn)行環(huán)境的過渡 ,它們之間的關(guān)系如圖 41 所示 . 圖 41 組 態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境關(guān)系圖 由 MCGS 生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng) ,其結(jié)構(gòu)由主控窗口 ,設(shè)備窗口 ,用戶窗口 ,實(shí)