基于PLC的机械手模型控制系统的设计毕业设计论文定稿要点.docx
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基于PLC的机械手模型控制系统的设计毕业设计论文定稿要点
青岛农业大学
本科生毕业论文（设计）
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完成时间：
基于PLC的机械手模型控制系统的设计张彬机电工程学院农业电气化与自动化2003.20320030226李胜多
2007年6月18日
基于PLC的机械手模型控制系统的设计
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
I
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
II
摘要......................................................................................................................................ⅠAbstract.......................................................................................................................................Ⅱ
第一章绪论...........................................................................................................................1
1.1课题研究目的及意义......................................................................................1
1.2国内外机械手研究概况..................................................................................1
1.3课题研究的内容..............................................................................................2
第二章机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介..............................3
2.1机械手控制方式的选择.............................................................................................3
2.1.1控制方式的分类.....................................................................................................3
2.1.2PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较....................3
2.1.3机械手控制方式的选定.........................................................................................4
2.2可编程序控制器简介..................................................................................................5
2.2.1PLC的结构……………………………………………………………………..…5
2.2.2PLC的特点..............................................................................................................6
2.2.3PLC的主要功能......................................................................................................7
2.2.4PLC的经济分析......................................................................................................7
2.2.5PLC发展状况及趋势..............................................................................................8
第三章机械手模型控制系统的设计........................................................................9
3.1机械手控制系统构件概述.........................................................................................9
3.1.1步进电机.................................................................................................................9
3.1.2步进电机驱动器.....................................................................................................9
3.1.3传感器...................................................................................................................11
3.1.4直流电机驱动单元...............................................................................................12
3.2机械手的动作实现过程...........................................................................................12
3.3PLC程序设计..............................................................................................................14
3.3.1I/O点数的确定及PLC类型的选择....................................................................14
3.3.2PLC的I/O分配....................................................................................................14
3.3.3编程指令的选择...................................................................................................14
3.3.4PLC程序的设计....................................................................................................15
3.4PLC程序的调试..........................................................................................................15
3.4.1PLC控制的安装与布线........................................................................................15
3.4.2机械手控制系统的外部接线图...........................................................................16
3.4.3机械手控制程序的调试.......................................................................................16
第四章MCGS在机械手控制系统中的应用......................................................17
4.1MCGS的概述..............................................................................................................17
4.1.1MCGS的简介........................................................................................................17
4.1.2MCGS的构成........................................................................................................17
4.1.3MCGS的主要特性和功能....................................................................................18
4.1.4MCGS的编程语言................................................................................................18
4.1.5MCGS的数据结构................................................................................................19
4.1.6MCGS的作用........................................................................................................19
4.2工程的建立与变量的定义.......................................................................................20
4.2.1工程的建立...........................................................................................................20
4.2.2变量的分配...........................................................................................................20
4.2.3变量定义的步骤...................................................................................................21
4.2.4设备与变量连接...................................................................................................23
4.3工程画面的创建.........................................................................................................24
4.3.1封面窗口及监控画面的制作...............................................................................25
4.3.2运行策略的建立及脚本程序的编写...................................................................27
4.4动画的连接..................................................................................................................31
4.4.1指示灯的动画连接...............................................................................................31
4.4.2机械手的动画连接...............................................................................................32
4.5组态运行.......................................................................................................................35
第五章结论…..................................................................................................................36参考文献...................................................................................................................................37致谢.........................................................................................................................................38附录.........................................................................................................................................39
附录1程序流程图...........................................................................................................39附录2顺序功能图...........................................................................................................42附录3梯形图....................................................................................................................43附录4指令表....................................................................................................................45
附录5PLC外部电气接线图…………………………………………………………...48
青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计
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控制对象。
近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。
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。
特别是在笨重、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特别重视。
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发展。
可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。
随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一[1]。
由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、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来控制的机械手还比较少。
本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化控制的。
通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。
MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用[2]。
本设计通过MCGS组态软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。
1.2国内外机械手研究概况
机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。
目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。
这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。
第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。
这代机械手通常采用接触传感器一类1
青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计
的简单传感装置和相应的适应性算法。
现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。
它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能[3]。
目前机械手技术有了新的发展：
出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统（如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等）、机械手化机器、智能机械手（不仅可以进行事先设定的动
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