最新版基于PLC的机械手模型控制系统的设计毕业设计论文.docx

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最新版基于PLC的机械手模型控制系统的设计毕业设计论文

优秀论文审核通过

未经允许切勿外传

池州职业技术学院

专科生毕业论文（设计）

题目：

基于PLC的机械手模型控制系统的设计

姓名：

王发庆

学院：

池州职业技术学院

专业：

机电一体化

班级：

2008.2

学号：

指导教师：

李胜多

完成时间：

2010.6.18

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

DesignofManipulatorModelControlSystembasedonPLC

Abstract

Inindustrialproductionandotherdomains,Becauseofthedemandsofthework,peoplewereusuallysubjectedtoendangerofendangerlife.Sincethemanipulatorwasborn,thevariousdifficultproblemswereeasilysolved.

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

Keywords:

manipulator;PLC;MCGS

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

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

3.3.1IO点数的确定及PLC类型的选择14

3.3.2PLC的IO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

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作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等）。

机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队[4][5]。

国外方面：

近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。

机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。

国内方面：

目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手（水下、爬壁、管道、遥控等机械手）基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。

从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础[6]。

1.3课题研究的内容

本课题主要研究的是基于PLC的机械手模型控制系统的设计，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控制系统的自动控制。

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，为维修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。

第二章机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介

2.1机械手控制方式的选择

2.1.1控制方式的分类

传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

（1）仅适合于简单的逻辑控制；

（2）仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；（3）没有改动和优化的可能性。

伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

（1）硬件上至少有一个微处理器；

（2）通过软件实现控制思想。

目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

（1）可编程序