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1、-山东大学成人教育 毕 业 设 计论文题 目 基于PLC的机械手模型控制系统的设计 副标题 性 质： 毕业设计 毕业论文学生姓名 吕泓江 年 级 2015级 函 授 站 烟台工程职业技术学院 专 业 机械电子工程指导教师 孙松舜 . z.-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的研究开展趋势，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，
2、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 . z.-Design of Manipulator ModelControl Systembased on PLCAbstractIn industrial production and other domains, Because of the demands of the work, people were usually subjected to
3、endanger of heat, decay and poisonous air etc. factor,these factors increased the strength of workers labor, evenendanger life. Since the manipulator was born, the various difficult problems were easily solved.In this design the present condition of research about domestic and international manipula
4、tor and development trend of research concerningPLCwere introduced. The principle of work and the process of actions realization of manipulator control system were described. Thedesign of manipulator model control systembased on PLC was researchedand MCGSsapplicationin the manipulator model control
5、systemwas researched. The interface of supervisionfor the manipulator model control system was designed by MCGS.An intuitive, clear and accurate manipulator operating state was provided.And then various possibilities for maintain and breakdowns diagnosiswere provided, the works efficiency of system
6、was fully elevated.Keywords: manipulator; PLC; MCGS. z.-目 录摘 要Abstract第一章绪 论11.1课题研究目的及意义11.2 国内外机械手研究概况11.3 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32.1 机械手控制方式的选择32.1.1 控制方式的分类32.1.2PLC与工业控制计算机IPC和集散控制系统DCS的比较3 机械手控制方式的选定42.2 可编程序控制器简介52.2.1 PLC的构造.52.2.2 PLC的特点62.2.3 PLC的主要功能72.2.4 PLC的经济分析72.2.5 PLC开展状况及
7、趋势8第三章机械手模型控制系统的设计93.1 机械手控制系统构件概述93.1.1 步进电机93.1.2 步进电机驱动器93.1.3 传感器113.1.4 直流电机驱动单元123.2 机械手的动作实现过程123.3 PLC程序设计143.3.1 I/O点数确实定及PLC类型的选择143.3.2 PLC的I/O分配143.3.3 编程指令的选择143.3.4 PLC程序的设计153.4 PLC程序的调试15. z.-3.4.1 PLC控制的安装与布线153.4.2 机械手控制系统的外部接线图163.4.3 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174.1 MCGS的概述1
8、74.1.1 MCGS的简介174.1.2 MCGS的构成174.1.3 MCGS的主要特性和功能184.1.4 MCGS的编程语言184.1.5 MCGS的数据构造194.1.6 MCGS的作用194.2 工程的建立与变量的定义204.2.1 工程的建立204.2.2 变量的分配204.2.3 变量定义的步骤214.2.4 设备与变量连接234.3 工程画面的创立244.3.1 封面窗口及监控画面的制作254.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写274.4 动画的连接314.4.1 指示灯的动画连接314.4.2 机械手的动画连接324.5 组态运行35第五章 结 论 36参考文献37致3
9、8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5 PLC外部电气接线图.48. z.-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开展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的开展。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
10、和开展。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开展，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
11、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展监控，将机械手的动作过程进展了动画显示，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多年的开展，现在已经成为制造业生产
12、自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大局部机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手根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，仍然以程序控制为根底，但可以根据外界环境信息对控制程序进展校正。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、第二代机械手的根底上蓬勃开展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进展准确处理，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
13、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开展：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展事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进展动作，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效劳业方向扩展，并且蓬勃开展的军用机械手也将越来越多地装备部队45。国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个开展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械构造向模块化、可重构化开展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向开展；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、预演开展到用于过程控制。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、遥控等机械手根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；在根底元件方面，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开展中国机械手技术的根底6。1.3 课题研究的内容本课题主要研究的是基
