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1、毕业设计(论文)基于PLC的机械手控制系统的设计PLC robot control system design黑体小三，居中学生姓名学院名称专业名称指导教师年月日基于PLC的机械手控制系统的设计摘 要自工业革命以来，工业生产领域得到了长足的发展，但高温、腐蚀及有毒气体给工作中的人们带来的危害是难以估量的，自从机械手问世以来，这些危害也得到了妥善的解决。在本设计中首先阐述了课题的研究意义，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，进一步研究了基于PLC的机械手控制系统的设计，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
2、、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 Design of Manipulator Model Control System based on PLCAbstractSince the industrial revolution, the industrial production has been developed by leaps and bounds, but the high temperature, corrosive and toxic gases people to work the h
3、arm is incalculable, since the advent of robot, these hazards have also been properly resolved.In this design, first elaborated the research significance, introduced the domestic and foreign mechanical hand research status quo and the PLC research development trends, description of the robot control
4、 system working principle and action implementation process, further study of the mechanical hand based on the PLC control system design use configuration software MCGS design model of robot control system monitoring interface, more intuitive, clear, accurate robot running state, and thus provides a
5、 wide range of possibilities for the maintenance and troubleshooting, to fully enhance the work efficiency of the system.Key words: manipulator; PLC; MCGS目 录摘 要Abstract第一章 绪 论21.1 课题研究目的及意义21.2 国内外机械手研究概况2第二章 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介22.1 机械手控制方式的选择22.1.1 控制方式的分类22.1.2 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较22.1
6、.3 机械手控制方式的选定22.2 可编程序控制器简介22.2.1 PLC的结构.52.2.2 PLC的特点22.2.3 PLC的主要功能22.2.4 PLC的经济分析22.2.5 PLC发展状况及趋势2第三章 机械手模型控制系统的设计23.1 机械手控制系统构件概述23.1.1 步进电机23.1.2 步进电机驱动器23.1.3 传感器23.1.4 直流电机驱动单元23.2 机械手的动作实现过程23.3 PLC程序设计23.3.1 I/O点数的确定及PLC类型的选择23.3.2 PLC的I/O分配23.3.3 编程指令的选择23.3.4 PLC程序的设计23.4 PLC程序的调试23.4.1
7、PLC控制的安装与布线23.4.2 机械手控制系统的外部接线图23.4.3 机械手控制程序的调试2第四章 MCGS在机械手控制系统中的应用24.1 MCGS的概述24.1.1 MCGS的简介24.1.2 MCGS的构成24.1.3 MCGS的主要特性和功能24.1.4 MCGS的编程语言24.1.5 MCGS的数据结构24.1.6 MCGS的作用24.2 工程的建立与变量的定义24.2.1 工程的建立24.2.2 变量的分配24.2.3 变量定义的步骤24.2.4 设备与变量连接24.3 工程画面的创建24.3.1 封面窗口及监控画面的制作24.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写24.4
8、动画的连接24.4.1 指示灯的动画连接24.4.2 机械手的动画连接24.5 组态运行35第五章 结 论 2参考文献2致 谢2附 录2附录1 程序流程图2附录2 梯形图43附录3 指令表45 附录4PLC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，
9、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。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。1.2 国内外机械手研究概况目前机械
10、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；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
11、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。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
12、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）可编程序逻辑控制器（PLC）；（2）工业控制计算机（IPC）；（3）集散控制系统（DCS）。2.1.2 PLC与工业控制计算机（IPC
13、）和集散控制系统（DCS）的比较1、各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。2、相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机
14、、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。3、不同点由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品7。2.1.3 机械手控制方式的选定PLC实现的自动控制系统，其控制功能基本都是通过设计软件来实现的，这种软件是利用PLC厂商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计。PLC自问世以
15、来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力。编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。 2.2 可编程序控制器简介可编程序控制器
