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1、 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。研究了基于PLC的机械手模型控制系统的设计，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；MCG
2、S 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, these factors increased the strength of workers labor, even endange
3、r 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 were introduced. The principle of work and the process of actions r
4、ealization 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 supervision for the manipulator model control system was designed by MCGS
5、. 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; PLC; MCGS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
6、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32.1.2 PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较32.1.3 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的结构.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发展状况及趋势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
7、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153.4.1 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174.1.1 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的数据结构194.1.6 MCGS的作用194.2
8、 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 谢38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
9、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，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。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发展，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
10、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。本课题主要研究的是基于PLC的机械手模型控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计
11、编制PLC程序实现机械手模型控制系统的自动控制。利用组态软件MCGS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。提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。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
12、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。近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系
13、统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。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、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。PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表利用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自问世以来
14、，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
15、同的工业控制任务。 PLC具有很多的优点。机械手控制系统若采用PLC控制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于PLC所具有的灵活性、模块化、易于扩展等特点，可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求。机械手采用PLC控制技术，可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高图2-1 PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。2.2.2 PLC的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为
