plc机械手Word格式.docx

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2007年6月18日

基于PLC的机械手模型操纵系统的设计

摘要

在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。

自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。

在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC的研究进展趋势，描述了机械手操纵系统的工作原理和动作实现过程。

研究了基于PLC的机械手模型操纵系统的设计，还研究了MCGS在机械手操纵系统中的应用。

利用组态软件MCGS设计了机械手模型操纵系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为修理和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。

关键词：

机械手；

PLC；

MCGS

DesignofManipulatorModelControlSystembasedonPLC

Abstract

Inindustrialproductionandotherdomains,Becauseofthedemandsofthework,peoplewereusuallysubjectedtoendangerofheat,decayandpoisonousairetc.factor,thesefactorsincreasedthestrengthofworker'

slabor,evenendangerlife.Sincethemanipulatorwasborn,thevariousdifficultproblemswereeasilysolved.

InthisdesignthepresentconditionofresearchaboutdomesticandinternationalmanipulatoranddevelopmenttrendofresearchconcerningPLCwereintroduced.Theprincipleofworkandtheprocessofaction’srealizationofmanipulatorcontrolsystemweredescribed.ThedesignofmanipulatormodelcontrolsystembasedonPLCwasresearchedandMCGS’sapplicationinthemanipulatormodelcontrolsystemwasresearched.TheinterfaceofsupervisionforthemanipulatormodelcontrolsystemwasdesignedbyMCGS.Anintuitive,clearandaccuratemanipulatoroperatingstatewasprovided.Andthenvariouspossibilitiesformaintainandbreakdown’sdiagnosiswereprovided,thework’sefficiencyofsystemwasfullyelevated.

Keywords:

manipulator;

PLC;

MCGS

2.2.1PLC的结构……………………………………………………………………..…5

附录5PLC外部电气接线图…………………………………………………………...48

第一章绪论

1.1课题研究目的及意义

机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种操纵对象。

近年来随着工业自动化的进展机械手逐步成为一门新兴学科，并得到了较快的进展。

机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。

专门是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到专门重视。

总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。

国内外都十分重视它的应用和进展。

可编程序操纵器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的实时工业操纵装置。

随着微电子技术、自动操纵技术和运算机通信技术的飞速进展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量操纵等方面均取得了长足的进步，差不多成为工厂自动化的标准配置之一[1]。

由于自动化能够节约大量的人力、物力等，而PLC也具有其他操纵方式所不具有的专门优越性，如通用性好、有用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。

机械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。

我国自动化水平本身比较低，因此用PLC来操纵的机械手还比较少。

本次课题设计的机械手确实是通过PLC来实现自动化操纵的。

通过此次设计能够更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

本课题要紧研究的是基于PLC的机械手模型操纵系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。

通过设计编制PLC程序实现机械手模型操纵系统的自动操纵。

利用组态软件MCGS设计出人机界面，进行设备和数据对象的连接，实现动画连接，实现机械手的监控。

通过MCGS将机械手的动作过程进行动画演示，使机械手的动作形象化。

提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，为修理和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。

第二章机械手操纵方式的选择和可编程序操纵器简介

2.1机械手操纵方式的选择

1、各自技术进展的起源

运算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。

硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，专门是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和运算工作量大的工业对象的操纵占有优势。

集散系统从工业自动化外表操纵系统进展到以工业操纵运算机为中心的集散系统，因此其在模拟量处理、回路调剂方面具有一定优势，初期要紧用在连续过程操纵，侧重回路调剂功能。

PLC是由继电器逻辑系统进展而来，要紧应用在工序操纵上，初期要紧是代替继电器操纵系统，侧重于开关量顺序操纵方面。

近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、运算机技术和通信技术等的进展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。

在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调剂等功能，增加了模拟量和PID调剂等功能模块；

运算速度提高，CPU的能力赶上了工业操纵运算机；

通信能力的提高进展了多种局部总线和网络（LAN），因而也可构成为一个集散系统。

专门是个人运算机也被吸取到PLC系统中。

PLC在过程操纵的进展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

2、相同点

在微电子技术进展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业运算机、集散系统（DCS）之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体储备器和I/O模件组成。

编程方面也有专门多相同点。

3、不同点

由于PLC和运算机属于两类产品，通过几十年的进展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍旧存在。

PLC用编程器或运算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表利用PLC厂商提供的指令系统，依照机械设备的工艺流程来设计。

PLC自问世以来，通过20多年的进展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业操纵畅销产品，用PLC设计自动操纵系统已成为世界潮流。

PLC之因此有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：

高可靠性、强抗各种干扰的能力。

编程安装使用简便、低价格长寿命。

比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，如此节约了用户时刻和成本。

PLC的下端〔输入端〕为继电器、晶体管和晶闸管等操纵部件，而上端一样是面向用户的微型运算机。

人们在应用它时，能够不必进行运算机方面的专门培训，就能对可编程操纵器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业操纵任务。

PLC具有专门多的优点。

机械手操纵系统假设采纳PLC操纵，体积小、重量轻、操纵方式灵活、可靠性高、操作简单、修理容易。

由于PLC所具有的灵活性、模块化、易于扩展等特点，能够依照现场要求实现机械手的不同工作要求。

机械手采纳PLC操纵技术，能够大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时刻继电器和硬件接线，提高

图2-1PLC硬件结构图

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。

系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于操纵PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。

用户程序是由用户依照操纵需要而编写的程序。

硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。

2.2.2PLC的特点

可编程序操纵器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动操纵装置，事实上质是一种工业操纵用的专用运算机。

国内外现有的机械手系统，它们的操纵形式大都采纳可编程序操纵器操纵，专门是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。

其要紧缘故是因为PLC具有以下优点：

1、灵活、通用

在继电器操纵系统中，使用的操纵器件是大量的继电器，整个系统是依照设计好的电器操纵图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费劲。

假如因为工艺上的稍许变化，需要改变电器操纵系统的话，那么原先的整个电器操纵系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，白费了大量的人力、物力和时刻。

而可编程操纵器是通过储备在储备器中制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其能够适应恶劣的工业应用环境。

3、操作方便、修理容易

PLC采纳电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读明白程序和编写、修改程序。

关于使用者来说，几乎不需要专门的运算机知识。

工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就能够使用。

4、功能强

现代PLC不仅具有条件控

同样，可编程序操纵器操纵也有其不足的地点，在性价比上要高于继电器操纵和单片机操纵，其开发潜力要差于单片机，同时通用性不行，不同厂家的可编程序操纵器以及其附属单元差不多上固定专用等等。

2.2.3PLC的要紧功能

PLC是一种应用面专门广、进展专门迅速的工业自动化装置，在工厂自动化（FA）和运算机集成制造系统（CIMS）内占重要地位。

综上所述，在各种环境中，使用PLC操纵机构设备，生产流水线和生产过程的自动化操纵将越来越广泛。

对PLC的经济分析，应从以下几方面考虑：

1、从阻碍成本的各个因素综合考虑

对目前生产设备操纵装置来说，有三种类型：

①继电器操纵；

②半导体器件操纵；

③PLC操纵。

价格仅是选择PLC品牌的一个因素，而可靠性是选择操纵装置时需要考虑的又一个重要因素。

2、从设计、生产周期长短考虑

不论是对旧设备进行改造，依旧设计新的生产机械设备。

毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至期望边设计、边安装、边调试和边生产，专门是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能赶忙组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产据调查，目前我国70%的机械生产设备，差不多上采纳继电器进行操纵的，除了可靠性差外，程序设计也专门纷杂。

从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量专门大，这势必造成设计周期长。

而采纳PLC操纵能够大大缩短设计周期