【正文】 量時(shí)間進(jìn)行專門的計(jì)算機(jī)應(yīng)用培訓(xùn)就能對可編程控制器進(jìn)行編程操作和下載，并應(yīng)用他來實(shí)現(xiàn)自己想要的難易不同的工業(yè)控制任務(wù)。相比于單片機(jī)，他的輸入輸出更加的接近工業(yè)現(xiàn)場，不需要再在控制器與設(shè)備之間加更多的轉(zhuǎn)換以及驅(qū)動(dòng)單元，這樣大大節(jié)省了設(shè)備組建的時(shí)間和工程量。之所以PLC可以勝任各種工業(yè)場合的控制要求，離不開他針對工業(yè)場合的專門設(shè)計(jì)和優(yōu)化：高可靠性、高抗干擾的能力。這種軟件繼承了PLC廠家的指令系統(tǒng)，而且廠家針對各自的PLC特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的修改和功能增強(qiáng)。沒有一種控制器可以用于各種環(huán)境，也沒一種控制器一無是處，我們只可以根據(jù)不同的需要和不同的工作環(huán)境選擇一種最適合的來蠻子我們的需要即可。PLC在脫機(jī)模式下運(yùn)行表現(xiàn)出色，但當(dāng)它在線運(yùn)行時(shí)如果想對他進(jìn)行較大數(shù)據(jù)量的修改，其能力比于STD工控機(jī)稍差，但是單純從開關(guān)量的控制來說，PLC則是不二選擇。集散系統(tǒng)本身或用計(jì)算機(jī)布局形成組態(tài)形成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。不同點(diǎn)雖然在硬件方面的差距逐漸縮小，但畢竟PLC和計(jì)算機(jī)是不同種類的兩種產(chǎn)品，經(jīng)過了多年的優(yōu)化和發(fā)展都形成了各自獨(dú)立的生態(tài)環(huán)境，尤其在各自的軟件資源方面區(qū)別很大。相同點(diǎn)在硬件方面，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)之間的界限逐漸模糊，各自的功能差異也在逐步縮小，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。在早期邏輯開關(guān)量控制的基礎(chǔ)上，增加了算數(shù)運(yùn)算、反饋調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量輸入輸出和PID調(diào)節(jié)算法等功能模塊；運(yùn)算速度有了提高，中央處理單元的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的水平；而且隨著通信能力的提高，衍生了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，應(yīng)用這些也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)成長而來，在工序控制方面應(yīng)用較多，早期PLC產(chǎn)品主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，其功能以開關(guān)量的順序控制為主。其標(biāo)準(zhǔn)的硬件配置，標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議，以及超前的兼容性，豐富的軟件資源無一不是它的優(yōu)勢所在，加之實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，使它在控制模型復(fù)雜和數(shù)據(jù)量巨大的控制對象時(shí)如魚得水。在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域應(yīng)用最多也對為廣泛的有三種，即可編程序邏輯控制器（PLC）；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；集散控制系統(tǒng)（DCS）。我國在邏輯控制器為主力的自動(dòng)化控制的大背景下，正以迅猛的步伐進(jìn)行改造。 課題研究的內(nèi)容本課題以啤酒瓶的抓取為研究對象，應(yīng)用PLC進(jìn)行控制設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容，對緩沖區(qū)的成品啤酒進(jìn)行抓取裝箱，應(yīng)用PLC指令對伺服驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及直流電機(jī)三個(gè)對象進(jìn)行算法控制，通過各個(gè)環(huán)節(jié)上相應(yīng)傳感器的反饋信息進(jìn)行算法調(diào)節(jié)達(dá)到精確可靠抓取啤酒瓶并放入箱內(nèi)的功能。在國內(nèi)，目前機(jī)械臂的應(yīng)用主要在噴涂機(jī)械臂、裝配機(jī)械臂、弧焊機(jī)械臂、搬運(yùn)機(jī)械臂、點(diǎn)焊機(jī)械臂、特種機(jī)械臂，基本掌握了機(jī)械臂的設(shè)計(jì)制造，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置以及軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆、弧焊以及周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)和控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械臂焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。機(jī)械臂的應(yīng)用領(lǐng)域正由以前主攻工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)，而且現(xiàn)在加入更多尖端科技的軍事機(jī)械臂也廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。用擬人的方法來說，它具有觸覺、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，就像工人一樣能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨識(shí)等多種仿生功能，而且就像專家一樣，十分專業(yè)。這種機(jī)械臂廣泛應(yīng)用接觸傳感器一類的簡單傳感器和相應(yīng)的自適應(yīng)控制算法來實(shí)現(xiàn)。這種機(jī)械臂大多采用點(diǎn)位控制，也就是沒有反饋系統(tǒng)，不能根據(jù)實(shí)際情況的變化作出調(diào)整，這類機(jī)械臂主要應(yīng)用于焊接、噴漆和上下料等用途。自二十世紀(jì)六十年代初第一套機(jī)械臂系統(tǒng)的誕生，經(jīng)過將近40年的發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。 國內(nèi)外機(jī)械臂研究概況工業(yè)機(jī)械臂的產(chǎn)生是伴隨著近代工業(yè)自動(dòng)化水平的突飛猛進(jìn)以及實(shí)際生產(chǎn)中的需要發(fā)展而來的，如今已經(jīng)成為實(shí)際生產(chǎn)中必不可少的自動(dòng)化裝置。因此這次設(shè)計(jì)便是以些小的啤酒生產(chǎn)線成品啤酒的裝箱環(huán)節(jié)中三自由度機(jī)械臂為硬件來實(shí)現(xiàn)基于PLC的機(jī)械臂控制目的。通過此次設(shè)計(jì)不僅能夠更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的控制方式和編程環(huán)境，更重要的是可以在實(shí)際操作過程中對PLC有更深的理解。目前來看，我國的自動(dòng)化水平還處于起筆階段，是一個(gè)年輕的行業(yè)，應(yīng)用PLC來控制的機(jī)械臂還不是很多。由于實(shí)際生產(chǎn)中人力物力的投入很高，因此自動(dòng)化技術(shù)的加入在節(jié)省人力物力等方面優(yōu)勢巨大，而且PLC也具有很多其他種類控制器所不具備的優(yōu)勢，比如通用性高、穩(wěn)定性好、配套設(shè)備齊全、編程軟件簡單易學(xué)，因此PLC是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的控制器之一。可編程序邏輯控制器(PLC)就是專門針對工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種邏輯控制器。總之，機(jī)械臂在提高勞動(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)化中占據(jù)了重要的位置。機(jī)械臂廣泛地應(yīng)用在鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各種不適宜人介入的工序?；赑LC的機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 Ⅰ第一章緒 論 1 課題研究目的及意義 1 國內(nèi)外機(jī)械臂研究概況 1 課題研究的內(nèi)容 2第二章機(jī)械臂控制方式的選擇和可編程序控制器簡介 3 機(jī)械臂控制方式的選擇 3 控制方式的分類 3（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較 3 機(jī)械臂控制方式的選定 4 可編程序控制器簡介 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 8第三章機(jī)械臂模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 機(jī)械臂控制系統(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)械臂的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程 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 1547 PLC控制的安裝與布線 15 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖 16 機(jī)械臂控制程序的調(diào)試 16第四章 組態(tài)王在機(jī)械臂控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 17 組態(tài)王的概述 17 組態(tài)王的簡介 17 組態(tài)王的構(gòu)成 17 組態(tài)王的主要特性和功能 18 組態(tài)王的編程語言 18 組態(tài)王的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 19 組態(tài)王的作用 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)械臂的動(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第一章 緒 論 課題研究目的及意義機(jī)械臂是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中常常需要的一種高效可靠地自動(dòng)化裝置。這些年來伴隨著工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)革新，機(jī)械臂逐漸發(fā)展起來，并得到了較快的發(fā)展。尤其是在笨重、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)械臂以其顯著的優(yōu)勢而受到廣泛的應(yīng)用。無論是在國內(nèi)還是國外，都十分重視它的應(yīng)用與發(fā)展。伴隨著微電子技術(shù)行業(yè)、自動(dòng)控制技術(shù)行業(yè)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)行業(yè)的突飛猛進(jìn)，PLC也在硬件、軟件、通訊等功能以及模擬量輸入輸出控制等方面取得了長足的進(jìn)步，成為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中必不可少的高科技裝備。機(jī)械臂已經(jīng)在歐美等發(fā)達(dá)國家有著廣泛應(yīng)用，例如用于采摘果實(shí)、收割莊稼、汽車結(jié)構(gòu)焊接等。本次課題設(shè)計(jì)的就是基于PLC的機(jī)械臂控制。就目前來看，啤酒是當(dāng)今前世界消費(fèi)量最大的酒類飲料，千秋的啤酒產(chǎn)量需求越來越大，而我國更是一個(gè)啤酒消費(fèi)大國。過去的人工抓瓶裝箱已經(jīng)顯得效率低下，因此機(jī)械臂的加入尤為重要，它不僅抓取快，而且能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，以機(jī)械臂裝箱配合入庫，工作效率非常高。工業(yè)機(jī)械臂的加入顯著提高了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度并且改善了勞動(dòng)條件、提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。近年來在我國工業(yè)機(jī)械臂的發(fā)展也是非常迅速的，需求量也是越來越大。目前，正式服役于生產(chǎn)中的機(jī)械臂大多屬于比較老式的一種，即程序開環(huán)控制機(jī)械臂。如今使用比較廣泛的機(jī)械臂已經(jīng)和以前大有不同，他加入了反饋系統(tǒng)，也就是說有個(gè)感覺，雖然它仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但它能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的偏差來調(diào)整動(dòng)作。而現(xiàn)在最新的機(jī)械臂則是在前兩種的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良可再造，它既能夠感知外界環(huán)境和操作對象，又具有對復(fù)雜信息進(jìn)行收集和處理的能力，能夠?qū)ψ陨淼膭?dòng)作實(shí)現(xiàn)自我智能化控制。目前機(jī)械臂的發(fā)展較為多元化，出現(xiàn)了仿人型機(jī)械臂、微型機(jī)械臂、智能機(jī)械臂等多種各具特色的機(jī)械臂。在歐美等發(fā)達(dá)國家近幾年機(jī)械臂的發(fā)展趨勢迅猛，伴隨著機(jī)械臂性能不斷提高，價(jià)格的不斷下降，機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊化、可重構(gòu)化以及控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器，越來越多的滿足各種需要的機(jī)械臂如雨后春筍般涌現(xiàn)。從技術(shù)方面來看，我國目前在自行設(shè)計(jì)和制造機(jī)械臂的方面已經(jīng)沒有技術(shù)障礙。第二章 機(jī)械臂控制方式的選擇和可編程序控制器簡介 機(jī)械臂控制方式的選擇 控制方式的分類較早的工業(yè)自動(dòng)控制主要基于繼電器和一些分離的電路原件進(jìn)行，這種控制器投資相對少一些，目前這種設(shè)備僅存的一些都服役于老企業(yè)和自動(dòng)化程度很低的小企業(yè)，由于這種設(shè)備存在很多缺陷，如僅適合于簡單的邏輯控制，通用性差，不便于優(yōu)化和改造等，已遭到淘汰。邏輯控制器控制有硬件上至少有一個(gè)微處理器、通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想的特點(diǎn)。（PLC）、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）以及集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較各自技術(shù)發(fā)展的起源計(jì)算機(jī)可以滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求。DCS在工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心，所以它在模擬處理，控制一定的優(yōu)勢，最初主要應(yīng)用于連續(xù)過程控制。近年來伴隨著各種高新技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的新技術(shù)加入到了PLC中，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了質(zhì)的飛躍。最重要的是個(gè)人機(jī)算機(jī)也引入到了PLC系統(tǒng)當(dāng)中，PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。編程方面也有很多相同點(diǎn)。在編程環(huán)境方面，PLC主要使用編程器或者計(jì)算機(jī)軟件編寫程序，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。需要特別之處的是PLC于STD總線工控機(jī)之間的區(qū)別，他們無論從維修、安裝和模塊組件功能都相差不多。在選擇控制器的時(shí)候，首先要從控制精度，控制需求，控制對象和經(jīng)濟(jì)節(jié)能的要求考慮。 機(jī)械臂控制方式的選定PLC是通過在電腦上的專用軟件編寫控制程序然后通過下載線將程序下載到控制器來實(shí)現(xiàn)控制的。公司自成立以來，經(jīng)過20年的發(fā)展，在發(fā)達(dá)國家，歐洲，日本和其他美國目前已經(jīng)成為一個(gè)重要的行業(yè)，PLC已成為國際市場的最流行的工業(yè)控制產(chǎn)品，應(yīng)用PLC編程實(shí)現(xiàn)程序控制設(shè)備已經(jīng)是但僅世界的大潮流。編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。PLC輸入是一個(gè)繼電器，晶體管和可控硅控制單元，上端與一般微機(jī)用戶連接。PLC的優(yōu)點(diǎn)還有很多。正因?yàn)镻LC所具有的靈活性、模塊化、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，才能夠很據(jù)現(xiàn)場的不同需要完成用戶的控制需求。同時(shí)，用PLC作為控制器可以方便的對系統(tǒng)流程進(jìn)行更改和優(yōu)化。 可編程序控制器簡介可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)進(jìn)化而來，它不斷地改進(jìn)增強(qiáng)優(yōu)化，不斷地向微型計(jì)算機(jī)靠攏，從而逐步的適應(yīng)了復(fù)雜控制任務(wù)的處理。PLC的硬件系統(tǒng)由中央微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(EPROM，ROM)、輸入輸出口(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備以模塊的形式拼接而成。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：外設(shè)I/O接口 輸出部件存儲(chǔ)器 EPROM 微處理器 運(yùn)算器 控制器電源 輸入部件I/O擴(kuò)展接口 I/O擴(kuò)展單元 受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖21 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種軟件和指令的集合，一般可分為系統(tǒng)固化程序和用戶下載程序兩大部分。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。 PLC的特點(diǎn)可編程序邏輯控制器簡稱PLC，它的主要核心部件是一種類似于微機(jī)處理器的中央處理單元，因此它相當(dāng)于專門用作自動(dòng)化控制的計(jì)算機(jī)。主要是因?yàn)镻LC具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：靈活、通用在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，應(yīng)用的主要控制部件是繼電器，整個(gè)系統(tǒng)需要預(yù)先設(shè)計(jì)好，然后根據(jù)設(shè)計(jì)好的圖紙進(jìn)行布線焊接施工，所用設(shè)備固定，每套系統(tǒng)只對應(yīng)一種設(shè)備，如果工藝上出現(xiàn)一些小的改進(jìn)或者調(diào)整，需要對控制系統(tǒng)加以調(diào)整的話，那么之前裝好的整個(gè)控制系統(tǒng)都要進(jìn)行拆除，然后對其重新進(jìn)行布線焊接施工等工作，浪費(fèi)了大量的人力、物力、精力和時(shí)間。而且PLC更為強(qiáng)大的是