【正文】 ..................................................... 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(guò)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(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(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 .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(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 .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(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(tīng)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) 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 ?？刂葡到y(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放 型控制器方向發(fā)展 。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) 。 (2)僅適合特殊的工程項(xiàng)目 ,而沒(méi)有通用性 。 (2)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制思想 . 目前 ,工業(yè)自動(dòng)化 4 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 1,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) ,軟件資源豐富 ,特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持 ,故對(duì)要求快速 ,實(shí)時(shí)性強(qiáng) ,模 型 復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì) . 集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng) ,所以其在模擬量處理 ,回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì) ,初期主要用在連續(xù)過(guò)程控制 ,側(cè)重回路 調(diào)節(jié)功能 .PLC 是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來(lái) ,主要應(yīng)用在工序控制上 ,初期主要是代替 繼電器控制系統(tǒng) ,側(cè)重于開(kāi)關(guān)量順序控制方面 . 近年來(lái)隨著微電子技術(shù) , 大規(guī)模集成電路技術(shù) , 計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展 , PLC 在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍 .在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上 ,增加了數(shù)值運(yùn)算 ,閉環(huán)調(diào)節(jié)等功 能 ,增加了模擬量和 PID 調(diào)節(jié)等功能模塊 。通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò) (LAN),因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng) . 特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到 PLC 系統(tǒng)中 . PLC 在過(guò)程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn) 場(chǎng)總線 ,暨向下拓展功能 ,開(kāi)放總線 . 2,相同點(diǎn) 3 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下 ,從硬件的角度來(lái)看 ,PLC,工業(yè)計(jì)算機(jī) ,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(dǎo)體存儲(chǔ)器和 I/O 模件組成 .編程方面也有很多相同點(diǎn) . 3,不同點(diǎn) 由于 PLC 和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品 , 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件 工具 ,實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在 . PLC 用編程器或計(jì)算機(jī)編程 ,編程語(yǔ)言是梯形圖 ,功能塊圖 ,順序功能表圖和指令表 等 .集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)環(huán)境 . 特別需要提出的是 ,PLC 與 STD 總線工控機(jī)的區(qū)別 ,無(wú)論從維修 ,安裝和模件功能都 很相似 .PLC 更適用于黑模式下運(yùn)行 ,但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改 ,其能力略 遜于 STD 工控機(jī) ,但是從開(kāi)關(guān)量控 制而言 ,PLC 的性能優(yōu)于 STD 工控機(jī) . 總的來(lái)說(shuō) ,在選擇控制器時(shí) ,首先要從工程要求 ,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮 .沒(méi) 有哪種控制器是絕對(duì)完善的 ,也沒(méi)有哪種產(chǎn)品絕對(duì)差 ,只能說(shuō)根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品 [7]. 機(jī)械手控制方式的選定 PLC 實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng) ,其控制功能基本都是通過(guò)設(shè)計(jì)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,這種軟件是利用 PLC