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1、 PLC课程设计报告 题 目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计 二级学院： 电气与电子工程学院 班 级： 14电气实验班 姓 名： 李浩文 学 号： 组 员： 指导老师： 成 绩： 日 期： 2017年4月 基于PLC的机械手控制系统及组态设计摘要随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。本设计主要介绍了国内外
2、机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。实验表明，由S7-200 PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。关键词：S7-200 PLC；组态王Kingview6.55；机械手目录1绪论11.1研究该课题的重要性11.2国内外机械手研究现状11.3该课题研究的内容22组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍32.1组态王Kingview 6.55的介绍
3、32.1.1组态王的历史32.1.2组态王的结构32.1.3组态王的基本配置52.1.4组态王软件产生的背景82.1.5组态软件的发展方向82.2可编程控制器的介绍102.2.1可编程控制器的概述102.2.2可编程控制器的历史102.2.3 PLC的基本结构112.2.4 PLC的工作原理122.2.5 PLC的基本配置123机械手控制系统的设计153.1机械手控制方式的选择153.1.1机械手控制方式的分类153.1.2 PLC与IPC和DCS的比较153.2 PLC的控制电路程序设计163.2.1 PLC的I/O分配表163.2.2编程指令的选择173.2.4 机械手的动作实现过程193
4、.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图193.2.6 PLC梯形图设计213.3 PLC程序的调试303.3.1 PLC控制的安装与布线303.3.2机械手控制程序的调试314组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用324.1工程的建立与结构变量的定义324.1.1工程的建立324.1.2建立结构变量的步骤334.1.3设备与组态王的连接354.2动画的连接384.2.1指示灯的动画连接384.2.2机械手的动画连接394.3组态运行调试45总结46参考文献47附录 PLC梯形图设计481绪论1.1研究该课题的重要性该课题主要是研究当代机械手的控制过程以及如何实现，随着科技的不
5、断发展，机械手运用到各个领域和产业当中，而现在机械手面临的问题主要是位置的精准性，定位精准性的准确度决定了机械手在工业的运用场所，同时随着发展的需要，机械手上位机要准备的报出发生故障的所在位置，运行维护人员要第一时间赶往现场并排除故障原因。现代的机器手己经应用于众多领域：在汽车组装线上对车身进行焊接和喷漆；用于医疗领域的微型手术方面已有许多进展。因而，机械手控制技术的发展具有极其重大的意义。主要的部分是通过控制电动机来操控机械手的手臂，手指部分的旋转或者移动来完成对物件的抓取和传送。随着工业的自动化需要，解放人类劳动力，科学技术发展逐步代替了以往以人工为劳动力的流水线工作，同时一些不适宜人类施
6、工的成所，甚至会对人类造成伤害的场所等等，对于该课题机械手的控制系统研究是非常具有重要的实际意义。1.2国内外机械手研究现状目前在国内的机械手主要是从事一些简单的操作工作，例如：简单的机床加工，锻造简单工程，一些热处理而已，要想实现更加自动化的操作，还需要投入大量的科学研究，对于我国来说，这是非常必要的一个研究，研究成熟之后将会对工业生产带来极大的便利，同时也意味着我国的技术更向前迈一步，这将会是革命性的变化。而国外的机械手技术相对来说，比国内的技术要更成熟一些，能够实现更多自动化的操作，机械化的水平更是逐步完善，可以完成人类基本上的动作，包括位置的准确性、控制的速度、动作的灵敏性，这些国外的
7、技术都是值得我们去学习和借鉴，当然国外目前也是存在缺陷的，一些触觉、视觉性能的机械手还没有完全研究成熟，这也是意味着我们研究该课题的重要性，而机械手的设计还要涉及到每一个系统细小的基本单元。随着学科的相互渗透和大规模还有超大规模的集成电路等电子技术的发展，机械领域己经拓宽了许多，使得机械系统由简单到复杂，功能越来越强，精度越来越高，体现了生产力发展的进步和趋势。我国在这一领域的应用研究距离国际水平还存在着一定的差距，特别是中小型企业由于资金和技术上的因素导致一些技术性的研究还是停留在原地，要想得到快速的发展需要国家政策的相关支持，鼓励中小型的企业能向更加层次发展与创新，不仅带动企业的发展，更是
8、降低对环境的污染，对国家经济的推动。然而现在PLC的技术到了一个非常成熟的境界，不仅控制功能得到质一样的飞跃，功耗和体积日益减小，成本下降，可靠性增强，编程能力得到提高以及检测故障的能力也得到提升，PLC决定了工业生产的方向，成为了自动化控制的支柱。这无疑是对机械手未来发展前景带来了希望，特别是一些中小型企业的发展，降低投资的资金获得等价先进的生产水平能力。在20世纪中期，我国就开始对机械手的研究与发展。在1972年上海我国生产了第一台机械手，随着技术的完善和成熟，国家研究的投入使各省份开始大量的研制发展。为了实现机械手的全面推广，国家把研究机械手这领域列入到五年计划当中，并投入了大量的资金发
9、展，也成功的制造了一系列的机器人控制。1.3该课题研究的内容随着科学技术的进步与成熟，当今社会的发展趋势下，社会主义市场经济控制的国民经济，传统的工业流水线、复杂有害的成所、不适应人类工作的环境等这一系列情况，运用而生的机械手将逐步代替人类工作，这是社会发展的必然趋势，同时也是人类智慧的体现。而传统的工业也无法满足社会经济的发展需求，也逐渐淘汰了，未来的发展将是推动社会进步的重要体现，也是研究机械手实现自动化存在的意义。通过PLC编程控制机械手可以实现更加精准性，位置的准确度，速度的快慢，包括一些大件货物的搬运以及打包等等，这些都是可以在PLC控制下实现，自动化的过程也会得到大大的简化，减去繁
10、琐的工程。然而PLC与组态王的结合，更是实现了实时监测机械手在工作当中的运作，监测运作过程中会出现的故障问题，这样大大的减少了人类的工作，提高了工作的效率，出现故障问题我们都能在第一时间发现，并做出准确的判断，实现这样的一体化的自动系统，需要我们在不断实践中摸索，在未来我国现代化发展过程中也会起到巨大的作用。2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍2.1组态王Kingview 6.55的介绍2.1.1组态王的历史随着集散型控制系统（DCS）的出现被熟知，在PC技术向工业领域渗透中占据特殊而重要的地位。 （1）20世纪60年代：计算机较少地用于工业过程控制中。 （2）20世纪70年
11、代：随着计算机控制技术的成熟逐渐在DCS中得到运用，但是软件方面的技术仍然存在不足和封闭专用，导致其成本非常昂贵。 （3）80年代中后期：基于PC计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。美国wonderware公司推出第一个商业化组态软件intouch。 （4）80年代末国外组态软件进入中国（开始不是很接纳） （5）90年代国内开始研究并开发，各个国组态公司开始成立。 （6）90年代后期国内组态产品开始成熟。 1、国外软件商提供的组态软件产品： （1）德国Seimens公司的WinCC （2）美国Wonderware公司的Intouch （3）美国Intellution公司的iFixFix
12、（4）美国Rockwell公司的RSView （5）美国NI的Labview 2、国内自行开发的产品的组态软件产品： （1）北京亚控的组态王、三维力控科技的力控、 （2）昆仑通态的MCGS、易控、世纪星、紫金桥等2.1.2组态王的结构1、使用软件的工作阶段划分根据组态系统环境划分，组态软件Kingview6.55主要是两大部分组成的： （1）组态系统的开发环境：根据组态王的软件设计，自动化工程师为了能设计一个可靠的控制方案，同时能够在组态王软件支持下进行应用程序系统生成的一个工作环境。建立用户所需要的数据库文件，生成图形目标应用系统，这些开发环境下的系统能够在组态运行环境中运行使用。（2）组态
13、系统的运行环境：该运行环境可以实现投入实时运行，简单的来说就是可以支持在线组态的设计技术，将目标应用程序可以在计算机内存中实时运行，简化繁琐的流程，操作易于方便，且灵活性高等特点。同时组态运行环境在不退出的状态下，可以进入组态系统环境直接修改有问题的部分，而且修改的这部分在该组态运行环境下会直接生效运行，大大的提高了工作的效率也降低了成本价值。 2、按照成员构成划分组态王Kingview6.55仿真软件中，每一个功能都具有其一定的独立性，而每个功能相对能实现较大的应用，每个独立的功能形式能组成一个集成软件平台，同时由若干个程序构件组成，其中必备的典型组件包括：（1）工程管理器工程管理器是给设计
14、的工程师提供了一个方便的操作界面，包括程序的搜索、新建、删除、属性、备份、恢复、开发和运行等一系列功能管理工具。但是在设计的过程当中往往会遇到很多问题，例如：组态数据需要经常备份、组态仿真界面需要借鉴别人成功的范例、同时还需要经常了解保存的工程项目。这些繁琐的步骤也给设计工程师带来了额外的许多负担，而且效率低下又容易出错。工程管理器的简单操作界面，使上述繁琐的事情得到简单化。（2）图形界面开发程序为了能使设计的方案得到合理的实施，设计工程师需要在一个开发环境中生成相关的图形系统，然后通过建立数据库文件的信息，生成最终需要的目标应用程序，同时供运行环境运行时使用。（3） 图形界面运行程序组态系统软件运行的环境中，计算机内存设计的图形目标系统及其图形设计的运行程序，这些都能在计算机中实行实时运行状态。（4）实时数据库系统组态程序目前比较成熟的组态软件已经具备了独立的实时数据库系统件，这成熟的条件解决了很多问题，不仅提高了系统的实时性还增强了系统的处理能力，改变以往组态程序中只能简单的数据管理功能，给设计工程师带来了更有价值的创造，因为实时数据库系统组态程序能定义数据库的结构、连接、来源、类型等等。（5）实时数据库系统运行程序实时数据库系统运行程序都是在组态系统运行环境中实现的，并且在计算机内存中实现各种的数据计算和处理等一些基本
