【正文】 分理想的控制設備 [10]。 體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機電一體化 由于 PLC 采用了半導體集成電路。 功能強 現(xiàn)代 PLC 不僅具有條件控制、計時、計數(shù)和步進等控制功能，而且還能完成 A/D、D/A 轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處 理以及通信聯(lián)網和生產過程監(jiān)控等。 對于使用者來說，幾乎不需要專門的計算機知識。為了保證 PLC 能在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠的工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，使其可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境。 可靠性高、抗干擾能力強 對于機械手系統(tǒng)來說，可靠性、抗干擾能力是非常重要的指標，如何能在各種工作環(huán)境和條件 (如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵超高溫等 )下，平穩(wěn)可靠的工作，將故障率降至最低，是研制每一種控制系統(tǒng)必須考慮的問題。而可編程控制器是通過存儲在存儲器中的程序實現(xiàn)控制功能的，如果控制功能需 要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。 其主要原因是因為 PLC 具有以下優(yōu)點： 靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制器件是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設計好的電器控制圖，由人工布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。 輸出部件 外設I/O接口 存儲器 EPROM 微處理器 運算器 控制器 電源 輸入部件 I/O 擴展接口 I/O 擴展單元 受控元件 輸入信號 外部設備 青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計 6 PLC 的特點 可編程序控制器是一種以微機處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質是一種工業(yè)控制用的專用計算機。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。其結構簡圖如下： 圖 21 PLC 硬件結構圖 PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。 PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器 (CPU)、存儲器 (EPROM， ROM)、輸入輸出 (I/O)部件、電源部件、編程器、 I/O 擴展單元和其他外圍設備組成。 可編程序控制器簡介 可編程序控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC 或 PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，逐漸適應復雜的控制任務 。同時，用 PLC 控制系統(tǒng)可方便地更改生產流程，增強控制功能 [8]。由于 PLC 所具有的靈活性、模塊化、易于擴展等特點，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械手的不同工作要求。 PLC 具有 很多的優(yōu)點。 PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。編程安裝使用簡便、低價格長壽命。 PLC 自問世以來，經過 20 多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要產業(yè)，當前， PLC 在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷 產品，用 PLC 設計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產品絕對差，只能說 根據(jù)不同的環(huán)境 選擇更適用的產品 [7]。 PLC 更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于 STD 工控機，但是從開關量控制而言 ， PLC 的性能優(yōu)于 STD 工控機。集散系統(tǒng)自身或用計算機結構形成組態(tài)構成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。 不同點 由于 PLC 和計算機 屬于兩類產品，經過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區(qū)別仍然 存在。 相同點 青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計 4 在微電子技術發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看， PLC、工業(yè)計算機、集散系統(tǒng) (DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大 容量半導體存儲器和I/O 模件組成。特別是個人計算機也被吸收到 PLC 系統(tǒng)中。 近年來隨著微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的發(fā)展， PLC在技 術和功能上發(fā)生了飛躍。 集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側重回路調節(jié)功能。 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。 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。 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。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。 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。 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。 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。 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）?，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。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。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。 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。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。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。 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。 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?？傊瑱C械手是提高勞動生產率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的一個重要手段。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)。 MCGS 目 錄 摘 要 ...................................................................................................................... Ⅰ Abstract ...................................................................................................................... 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 的經濟分析 .........................................................................................7 PLC發(fā)展狀況及趨勢 ..................................................................................8 第三章 機械手模型控制系統(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 ................................................