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1、吉林电子信息职业技术学院毕业设计论文题 目： 机械手模型限制系统的设计 姓 名： * 专业班级： 生产过程自动化技术 指导老师： 梁 玉 文 完成时间： 2010年6月 摘 要在工业生产和其他领域内，由于工作的须要，人们常常受到高温、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探讨现状及PLC的探讨发展趋势，描述了机械手限制系统的工作原理和动作实现过程。探讨了基于PLC的机械手模型限制系统的设计，还探讨了MCGS在机械手限制系统中的应用。利用组态软件MCGS设计了机械手模型限制系统监控界面，供应了较为
2、直观、清楚、精确的机械手运行状态，进而为修理和故障诊断供应了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。关键词：机械手；PLC；MCGS Design of Manipulator Model Control System based on PLCAbstractIn industrial production and other domains, Because of the demands of the work, people were usually subjected to endanger of heat, decay and poisonous air etc. factor, t
3、hese factors increased the strength of workers labor, even endanger 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 manipulator and development trend of research concerning PLC w
4、ere introduced. The principle of work and the process of actions realization of manipulator control system were described. The design of manipulator model control system based on PLC was researched and MCGSs application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervi
5、sion for 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 diagnosis were provided, the works efficiency of system was fully elevated.Key words: Manipulator，
6、PLC，MCGS目 录AbstractII第一章 绪 论11.1 课题探讨目的及意义11.2 国内外机械手探讨概况11.3 课题探讨的内容2其次章 机械手限制方式的选择和可编程序限制器简介32.1 机械手限制方式的选择32.1.1 限制方式的分类32.1.2 PLC与工业限制计算机（IPC）和集散限制系统（DCS）的比较32.1.3 机械手限制方式的选定42.2 可编程序限制器简介42.2.1 PLC的结构52.2.2 PLC的特点52.2.3 PLC的主要功能62.2.4 PLC的经济分析72.2.5 PLC发展状况及趋势8第三章 机械手模型限制系统的设计93.1 机械手限制系统构件概述93
7、.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点数的确定及PLC类型的选择143.3.2 PLC的I/O安排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153.4.1 PLC限制的安装与布线153.4.2 机械手限制系统的外部接线图163.4.3 机械手限制程序的调试16第四章 MCGS在机械手限制系统中的应用174.1 MCGS的概述174.1.1 MCGS的简介174.1.2 MCGS的构成174.1.3 MCGS
8、的主要特性和功能184.1.4 MCGS的编程语言184.1.5 MCGS的数据结构194.1.6 MCGS的作用194.2 工程的建立与变量的定义194.2.1 工程的建立194.2.2 变量的安排204.2.3 变量定义的步骤214.2.4 设备与变量连接224.3 工程画面的创建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264.4 动画的连接304.4.1 指示灯的动画连接304.4.2 机械手的动画连接314.5 组态运行34结 论35参考文献36致 谢37附 录38附录1 程序流程图38附录2 依次功能图41附录3 梯形图42附录4 指令表
9、44附录5 PLC外部电气接线图47第一章 绪 论1.1 课题探讨目的及意义机械手是工业自动化领域中常常遇到的一种限制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手渐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。特殊是在笨重、高温、有毒、危急、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殊重视。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。国内外都特别重视它的应用和发展。可编程序限制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业限制装置。随着微电子技术、自动
10、限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限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。由于自动化可以节约大量的人力、物力等，而PLC也具有其他限制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、好用性强、硬件配套齐全、编程方法简洁易学，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来限制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过PLC来实现自动化限制的。通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关学问，了解世界先进水平，尽可
11、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、流程限制和报表输出等多种方式向用户供应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 国内外机械手探讨概况机械手自二十世纪六十年头初问世以来，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，正式投入运用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序限制机械手。这代机
12、械手基本上采纳点位限制系统，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。其次代机械手具有感觉器官，仍旧以程序限制为基础，但可以依据外界环境信息对限制程序进行校正。这代机械手通常采纳接触传感器一类的简洁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、其次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，并具有对困难信息进行精确处理，对自己行为做出自主决策实力的智能化机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜寻、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家学问、语音功能和自学实力等人工智能3。目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、
13、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，还可依据工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业依次的规划，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45。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；限制系统向基于PC机的开放型限制器方向发展；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限制。国内方面：目前在一些机种方面，如
14、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）基本驾驭了机械手操作机的设计制造技术，解决了限制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还驾驭了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调限制技术；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 课题探讨的内容本课题主要探讨的是基于PLC的机械手模型限制系统的设计，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限制系统的自动限制。利用组态软件MCGS
15、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。供应较为直观、清楚、精确的机械手运行状态，为修理和故障诊断供应多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。其次章 机械手限制方式的选择和可编程序限制器简介2.1 机械手限制方式的选择 限制方式的分类传统的工业设备自动限制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种限制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简洁的工业设备中还有肯定市场，但该限制方式却有以下致命缺陷：（1）仅适合于简洁的逻辑限制；（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
