基于MCGS和PLC的机械手控制系统设计毕业设计论文.docx

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基于MCGS和PLC的机械手控制系统设计毕业设计论文

毕业设计（论文）

基于MCGS和PLC的机械手控制系统设计

学院（部）：

电气与信息工程学院

专业：

机电一体化技术

摘要

当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。

在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。

机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。

工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。

可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。

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

研究了基于PLC的机械手模型控制系统的设计，还研究了MCGS在机械手控制系统中的应用。

利用组态软件MCGS设计了机械手模型控制系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修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

ABSTRACT

Intoday'ssociety,scienceandtechnologyrapiddevelopment,humanactivitiescreateworldahugechange.Inthemeanwhile,technologicalprogressinvariouscontrollersdifferenttypesofmanipulatorwithitsoutstandingperformancemoreandmoreusedbypeople.Thehomeworkindifferentoccasionsmanipulator,especiallyinthespecialenvironmentcontextforthehumanactivityquicklysmoothlycausedgreatconvenienceandbenefit,particularlyobviousintheindustrialandmilitaryfield.IndustriallargeNumbersofproductionactivity,therearemanynotitiseasyforhumanstomanipulatethelink,especiallyinabusinessenvironmentisdangeroussituation,ifusehasremotecontrolfunctionsmaybeincreasedmanipulator,thesecurityofthesystem,bigsaveloss,improveefficiency.Visible,inautomation,theprocessofindustrialization,inspecialbackgroundenvironmentusingmanipulatorhasbecomeaninevitabletrend..

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

Keywords:

manipulator，PLC，MCGS

第一章绪论

1.1课题背景

随着计算机技术的飞速发展，PLC（即可编程逻辑编程器的简称）已经进入日常生产、生活的各个方面，PLC的应用在各行各业已成为必不可少的内容。

PLC作为通用的工业计算机，其功能日益强大，已经成为工业控制领域的主流控制设备。

PLC从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常迅猛的发展，并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。

在现代工业中生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

随着工业化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。

同时，现在生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效率的有效手段之一。

尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射和污染的场合，应用更为广泛。

在我国，近几年来也有较快发展，并取得一定效果，受到机械工业和铁路部门的重视。

本次课题主要是应用三菱公司FX2N系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。

该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。

我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。

1.2设计目的和意义

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期的缩短，更新换代速度加快。

然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。

目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。

为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的的发展趋势。

自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。

自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。

重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国际民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。

支撑发展就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支持经济社会的持续协调发展。

引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。

这一方针是我国半个世纪科技发展实践经验的概括总结，是面想未来，实现中华民族伟大复兴的重要抉择。

科技人才是提高自主创新能力的关键所在。

要把创造良好环境和条件，培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适用的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。

1.3本文主要工作

第一章：

绪论介绍该课题背景，对该系统的设计目的和意义做简单介绍

第二章：

系统介绍可编程逻辑控制器MCGS组态软件和机械手

第三章：

系统方案的分析设计及程序的设计

第四章：

系统的调试及设计总结

第2章可编程序逻辑控制器（PLC）和机械手概述

2.1可编程序逻辑控制器（PLC）

2.1.1PLC的结构

PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

PLC的硬件系统由微处理器（CPU）、存储器（EPROM，ROM）、输入输出（I/O）部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。

各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成[9]。

其结构简图如下：

外部设备

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，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。

用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。

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

可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

它是一种以微机处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信控制技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。

（本次课题主要应用三菱FX2N系列PLC进行设计）

2.1.2PLC的发展历程

在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。

但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。

1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。

从此这项技术迅速发展起来。

早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。

随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。

PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减