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1、 . . . 目 录摘要1关键词1Abstract1Keywords11 引言21.1 课题提出与研究意义21.2 工业机械手发展现状21.3 本设计的主要工作22 可编程控制器概述32.1 PLC的应用与发展32.1.1 PLC的工作原理和应用领域32.1.2 PLC的的发展趋势32.2 PLC的工作原理与功能特点42.2.1 PLC的基本结构42.2.2 PLC工作原理42.3 施耐德Twido系列PLC介绍52.3.1 Twido PLC的功能概述52.3.2 Twido PLC的工作模式62.4 TwidoSoft编程环境72.4.1 安装TwidoSoft软件72.4.2 编程界面和
2、硬件配置82.4.3 PLC与PC的通信83 机械手实物模型设计93.1 系统概述93.1.1 技术性能103.1.2 设计原理103.2 控制要求133.3 接线设置133.4 程序设计144 控制系统组态174.1组态王简介174.2控制系统组态程序184.2.1 组态界面184.2.2 数据词典214.2.3 程序命令语言22总结与展望22致22参考文献23附录A：PLC程序24附录B：组态程序27基 于 可 编 程 控 制 器 的 机 械 手 设 计自动化专业学生玉建指导教师 坤摘要：机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，广泛应用于工业生产和其他领域。可编程控制器（PLC）
3、已在工业生产过程中得到广泛的应用。组态软件的应用，极辅助了PLC的应用围的推广。应用可编程控制器控制机械手能实现各种规定的工序动作，对生产过程有着十分重要的意义。论文以施耐德TWDLCAADRF40型PLC为基础，介绍PLC在机械手搬运控制中的应用，设计了一套可行的机械手控制系统，并给出了详细的PLC程序、组态王组态设计过程。设计完成的机械手可以在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样。关键词：可编程控制器；机械手；控制；组态王Manipulator System Design Based On PLCStudent majoring in Automation Liu YujianTutor
4、Li KunAbstract:The manipulator is a new device developed in the automatic production process. It is widely used in industrial producing and other fields. Programmable Logic Controller (PLC), has been widely used in industrial producing as well. With the application of Configuration Software,its appl
5、ication range is greatly enlarged. Manipulator with PLC control can complete various specified proceduralactions,which has very vital significance to the production process. Based on the PLC of Schneider TWDLCAADRF40 type,this paper introduces PLC application in manipulator transportation control sy
6、stem, and design a available manipulator control system,with provideing PLC programming process and configuration process in detail. The manipulator designed by this paper,can grap,put and carry object,etc.in the space.Keywords:PLC;Manipulator;Control;KingView1 引言1.1 课题提出与研究意义随着工业生产自动化规模的扩大，生产过程日趋复杂
7、。生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。在自动化生产领域中，工业机械手是近几十年发展起来的。工业机械手的是从工业机器人中分支出来的。其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业具有准确性和各种环境中完成作业的能力。借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。基于此思路设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了成本，提高了生产效率，具有十分重要的意义
8、。同时，借助组态软件的辅助作用，大大提高了系统的工作效率。1.2 工业机械手发展现状机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。机械手由执行机构、驱动-传动机构、控制系统、智能系统、远程诊断监控系统五部分组成。驱动-传动机构与执行机构是相辅相成的，在驱动系统中可以分：机械式、电气式、液压式和复合式，其中液压操作力最大。简易机械手在各类全自动化和半自动化生产线上应用的十分广泛，主要用于零部件或成品在固定位置之间的移动，代替人工作业，实现生产自动化。本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，各动作由PLC控制相关电机和
9、启动执行元件完成。能十分方便的嵌入到各类生产工业生产线中。日益复杂的工业过程促进了机械手在工业生产中的应用。对相应的控制精度、控制稳定性也提出了更高的要求。其现状是在性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修）的同时，单机价格不断下降。机械结构向模块化、可重构化发展。器件集成度、系统的可靠性、易操作性和可维护性提高。伴随科学技术的不断进步，机器人与工业自动化技术的迅猛发展 ,尤其是移动机械手(Mobile Manipulator)系统的不断进步，为危险品的安全处理提供了新的思路。1.3 本设计的主要工作针对工业现场的控制要求，本文将详细介绍以可编程控制器为处理单元的机械手过程控制系
10、统设计与实现。首先，在本文的第二部分阐述可编程控制器的概况，施耐德PLC与其编程环境-TwidoSoft，PC与PLC的通信。其次，在本文的第三部分阐述机械手系统的基本组成与控制原理。包括PLC输入输出点的分配，机械手步进电机的驱动，以与相关的位置检测电路，以与确立系统的软件的整体框架，进行相关的软件设计。最后对系统设计进行总结。最后，针对本设计，完成相关的组态工作，直观的显示系统的动态运动过程，所用平台为亚控公司的组态王6.5.1版。本文对设计的每一部分都给出了较详细的的设计步骤，并对系统搭建的结果进行了实物验证，取得了很好的效果。2 可编程控制器概述2.1 PLC的应用与发展可编程控制器（
11、Programmable Logic Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制，称可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的围，不仅具有逻辑控制功能，而且还能实现数据运算、数据传输和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备，因此，今天这种装置称作可编程序控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称PC混淆，所以仍将可编程序控制器简称PLC。1987年，国际电工
12、委员会（IEC）颁布了新的PLC标准与其标准定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字模式或模拟模式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。而有关外围设备，都应按照易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。PLC就是使用一系列指令构成的程序来操作、控制相关工业控制机械，使其形成一个完整的工业控制系统，以完成各种各样的控制功能。12.1.1 PLC的工作原理和应用领域随着微电子技术、计算机技术和数字通信技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产
13、业最先进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能与性能指标上得以丰富和完善，从而突破了传统PLC的概念，在中、小型控制领域极扩展了其应用围。在特定的围，高性能价格比已成为新型PLC的最突出的特点。PLC以其高可靠性、适应性强和使用方便等突出特点在自动化控制领域应用广泛。另外PLC的制造成本不断降低，而其功能却不断增强。目前在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业，诸如钢铁、冶金、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保、交通、建筑等各行各业。特别是在轻工业行业中，生产门类多、加工方式多变、产品更新换代快，PLC广泛应用在组合机床自动化生产线、
14、专用机床、塑料机械、包装机械、电梯等电气设备中。PLC已跃居现代工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主导地位。PLC广泛的应用在以下领域1）逻辑控制领域2）运动控制领域3）过程控制领域4）数据处理领域5）多级控制领域2.1.2 PLC的的发展趋势目前，PLC技术发展的总体趋势是系列化、通用化和高性能化，主要表现在以下方面：1）在系统构成规模上向大小两个方向发展发展小型（超小型）化、专业化、模块化、低成本、高性能PLC，以真正代替最小的继电器控制系统；发展大容量、高速度（超高速）、多功能、高性价比的PLC，已满足现代企业中那些大规模、复杂系统自动化的需要。2）功能不断增强，
15、各种应用模块不断推出大力加强过程控制和数据处理功能，提高组网和通信能力，开发多种高性能模块，以使各种模块的自动控制系统更加强大、更加可靠、组成和维护更加灵活方便，使PLC的应用更加广泛。3）产品更加规化、标准化PLC厂家在使硬件与编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP（制造自动化协议）靠拢，并使PLC基本部件，如输入输出模块、联网通信模块、接线端子、通信协议、编程语言和工具方面的技术规格规化、标准化，使不同的产品间能够相互的兼容、易于组网，以方便用户，扩大产品的应用领域。2.2 PLC的工作原理与功能特点为了介绍PLC的工作原理我们首先在本节介绍PLC的基本结构，然后介绍PLC的工作原理，最后简单介绍一下PLC的主要功能和特点。2.2.1 PLC的基本结构可编程控制器的基本结构框图如图2.1示。可编程序控制器主要有CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置和电源组成。图2.1 PLC的基本结构2.2.2 PLC工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分成三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，如图2.2所示。图2.2 PLC的扫
