基于PLC的机械手模型控制系统的设计和实现 机械制造及其自动化专业.docx

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1、基于P1.C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P1.C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P1.C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；P1.C；M

2、CGSDesignofManipulatorModelControlSystembasedonP1.CAbstractInindustrialproductionandotherdomains,Becauseofthedemandsofthework,peoplewereusuallysubjectedtoendangerofheat,decayandpoisonousairetc.factor,thesefactorsincreasedthestrengthofworkerslabor,evenendangerlife.Sincethemanipulatorwasbom,thevarious

3、difficultproblemswereeasilysolved.InIhisdesignthepresentconditionofresearchaboutdomesticandinternationalmanipulatoranddevelopmenttrendofresearchconcerningP1.Cwereintroduced.Theprincipleofworkandtheprocessofactionsrealizationofmanipulatorcontrolsystemweredescribed.Thedesignofmanipulatormodelcontrolsy

4、stembasedonP1.CwasresearchedandMCGS,sapplicationinthemanipulatormodelcontrolsystemwasresearched.TheinterfaceofsupervisionforthemanipulatormodelcontrolsystemwasdesignedbyMCGS.Anintuitive,clearandaccuratemanipulatoroperatingstatewasprovided.Andthenvariouspossibilitiesformaintainandbreakdownsdiagnosisw

5、ereprovided,thework,sefficiencyofsystemwasfullyelevated.Keywords：manipulator;P1.C;MCGS摘要IAbstractII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错误!未定义书签。1.3 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12.1 机械手控制方式的选择12.1.1 控制方式的分类错误!未定义书签。2.1.2 P1.C与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较错误!未定义书签。2.1.3 机械手控制方式的选定错误!未定义书签。2.2 可编程序控制器简介

6、错误!未定义书签。2.2.1 P1.C的结构52.2.2 P1.C的特点32.2.3 P1.C的主要功能42.2.4 P1.C的经济分析错误!未定义书签。2.2.5 P1.C发展状况及趋势错误!未定义书签。第三章机械手模型控制系统的设计53.1 机械手控制系统构件概述53.1.1 步进电机错误!未定义书签。3.1.2 步进电机驱动器53.1.3 传感器73.1.4 直流电机驱动单元73.2 机械手的动作实现过程73.3 P1.C程序设计93.3.1 I/O点数的确定及P1.C类型的选择93.3.2 P1.C的I/O分再己93.3.3 编程指令的选择103.3.4 P1.C程序的设计103.4

7、P1.C程序的调试错误!未定义书签。3.4.1 P1.C控制的安装与布线错误!未定义书签。3.4.2 机械手控制系统的外部接线图错误!未定义书签。3.4.3 机械手控制程序的调试11第四章MCGS在机械手控制系统中的应用错误!未定义书签。4.1 MCGS的概述错误!未定义书签。4.1.1 MCGS的简介114.1.2 MCGS的构成错误!未定义书签。4.1.3 MCGS的主要特性和功能124.1.4 MCGS的编程语言错误!未定义书签。4.1.5 MCGS的数据结构124.1.6 MCGS的作用124.2 工程的建立与变量的定义134.2.1 工程的建立134.2.2 变量的分配134.2.3

8、 变量定义的步骤144.2.4 设备与变量连接154.3 工程画面的创建174.3.1 封面窗口及监控画面的制作184.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写194.4 动画的连接234.4.1 指示灯的动画连接234.4.2 机械手的动画连接244.5 组态运行35第五章结论错误!未定义书签。参考文献27致谢错误!未定义书签。附录30附录1程序流程图30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5P1.C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

9、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(P1.C)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，P1.C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川。由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而P1

10、.C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P1.C。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P1.C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P1.C来实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习P1.C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P1.C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。通过设计编制P1.C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

11、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

12、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。P1.C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，P1.C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PlD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(1.AN),因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到P1.C系统中。P1.C在过程控制的发展

13、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，P1.C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P1.C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。P1.C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P1.C厂商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计。P1.C自问世以来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成

14、为重要产业，当前，P1.C在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用P1.C设计自动控制系统已成为世界潮流。P1.C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。P1.C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。P1.C具有很多的优点。机械手控

15、制系统若采用P1.C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P1.C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P1.C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2-1P1.C硬件结构图P1.C的软件系统是指P1.C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P1.C成品必须包括的部分，由P1.C厂家提供，用于控制P1.C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P1.C系统，他们是相辅相成，缺一不可的。2.2.2 P1.C的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为P1.C具有以下优点：1、灵活、通用在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其