基于PLC的机械手控制系统的设计

中北大学信息商务学院2012届毕业论文 1.引言工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的。 近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。研究机械手控制的目的是保持以计算机为基础的机械手的动态响应，以便与一些预先设定的系统性能和理想目标保持一致。一般情况下，机械手的动态性能直接依赖于控制算法的效率和机械手的动态模型。控制问题包括获得自然的机械手系统的动态模型，然后指定相应的控制规则或步骤以达到想要的系统响应和性能。 目前的工业机械臂控制将每一个机械臂的联合看做一个简单的联合伺服。伺服方法不能充分地模仿不同的动力学机械手，因为它忽略了机械手整体的运动和配置。这些控 第1页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 制系统的参数的变化有时是足够重要，以至于使常规的反馈控制方法失效。其结果是减少了伺服响应的速度和阻尼，限制了精度和最终效应的速度，使系统仅适用于有限精度的工作。机械手以这种方式控制速度降低而没有不必要的震动。任何在这一领域和其它领域的机械臂性能增益要求更有效率的动态模型、精密的控制方法、专门的计算机架构和并行处理技术。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。机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。机械手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。综上所述，近年来，机械手在自动化领域的应用越来越广泛，机械手具有结构简单、造价较低、维护方便、速度快等特点。我们要在本次毕业设计中灵活运用可编程序控制器原理及其应用课程教学中所学到的相关知识。在组态软件的PLC教学实验系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的提出为强化实践性的教学环节提供了一条新的途径。我们要找到合适自己的方法，用最好的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现来完成这次的毕业设计。 2.可编程控制器PLC 2.1PLC简介 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功 第2页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%～30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。 PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它 第3页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 2.2PLC的工作原理 编程序控制器实施控制，其实质就是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换与以物理实现。输入输出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点，同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处，其需要考虑实际控制的需要，应能排除干扰信号适应于工业现场，输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用，所以PLC采用了典型的计算机结构，主要是由微处理器（CPU）、存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）电路、通信接口及电源组成。PLC的基本结构如下图2.1 所示： 图2.1PLC的基本结构图 可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一 第4页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可如上图编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。 在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。可编程序控制起处于（RUN）状态时，还要完成另外3个阶段的操作。 在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。可编程序控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入寄存器。 外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开，对应的输入映像寄存器为“0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。 可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的0/1状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。 在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。体型图某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触 第5页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 点闭合，使外部负载通电工作。 若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。某一编程元件对应的映像寄存器为“1”状态时，称该编程元件为ON，映像寄存器为“0”状态时，称该编程元件为OFF。 扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时，指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2.1所示。第(N-1)个扫 描周期第(N+1)个扫描周期第N个扫描周期 输出刷新输入采样用户程序执行输出刷新输入采样 图2.1PLC的扫描运行方式 2.2.1输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2.2.2用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC的CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。 2.2.3输出刷新阶段 第6页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。 2.2.4输入/输出滞后时间 输入/输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 输入模块的CPU滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为10ms左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在10ms左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为10ms；晶体管型输出电路的滞后时间约为1ms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十ms，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入—输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。3.组态软件 3.2组态软件的简介 组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组态（Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。“监控（SupervisoryControl）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统）组态，PLC也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 第7页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。 应用组态软件在计算机屏幕上全真模拟PLC的控制对象可以弥补上述不足，它还能以动画形式演示PLC控制对象的工作过程，具有成本低、免维护、灵活多样、形象直观等优点。从学习意义上说，如果能用计算机全真模拟被控对象，不但可以克服实物模型的缺点，而且可利用有限的设备及多样化的程序丰富学生的实验课内容，增强PLC实验课的教学效果,利用组态软件设计的应用软件，可以仿真多种PLC控制对象。仿真的被控对象不仅可以接受多种由PLC发出的控制信号，如逻辑开关信号、继电器控制信号、脉冲信号和各种数值信号等，还能按照程序的算法以动画、数值、文字、标尺等形式在计算机屏幕上反映出PLC的控制过程与结果。可以直接从屏幕上观察PLC的控制结果正确与否；组态亦可向PLC发出各种命令信号，如逻辑开关控制信号、继电器开关信号、中断信号及位置信号等。组态还能以按钮、滑动标尺、数值输入及单选框、复选框等形式向PLC发出各种命令和输出各种参数，以配合PLC的控制，反映PLC与被控对象(软件仿真的被控对象)及控制结果之间的关系。 3.2组态软件的应用与发展 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机设备与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口进行系统集成。因PLC是用 第8页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 于工业现场控制，且PLC不同于计算机，无法通过显示器观察程序的执行结果，验证PLC程序的正确与否，只能用PLC来控制相应的控制对象，以观察控制结果是否正确，故PLC研究有很强的实践性。组态软件可以通过RS232接口与PLC之间进行通信，并监控PLC的所有的存储器、控制器及I/0接口的状态，以变量值的形式传输到计算机上，供上位机使用、处理,利用组态软件设计，可以仿真多种PLC控制对象，还可同时全真模拟多个被控对象。仿真的被控对象不仅可以接受多种由PLC发出的控制信号，如逻辑开关信号、继电器控制信号、脉冲信号和各种数值信号等，亦可向PLC发出各种命令信号，如逻辑开关控制信号、继电器开关信号、中断信号、位置信号等，还可与PLC之间进行各种状态数据的传输，从而反映出PLC与被控对象(软件仿真的被控对象)和控制结果之间的关系。较有代表性的就是1975年美国Honeywell公司推出的世界上第一套DCSTDC-2000,而随后的20年间，DCS及其计算机系统软件(操作系统)、组态软件、控制软件、操作站软件以及其他辅助软件(如通信软件)等。80年代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统概念的推广，基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件作为个人计算机监控系统的重要组成部分，比PC监控的硬件系统具有更为广阔的发展空间。下面列举并介绍了一些有代表性的国外组态软件：1.美国Wonderware公司的InTouch它堪称组态软件的“鼻祖”，率先推出16位Windows环境下的组态软件，在国际上曾得到较高的市场占有率。InTouch软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控制功能较弱;西门子公司的WINCC，德国西门子公司的WINCC组态软件在网络结构和数据管理方面要比FIX差，但也属于比较先进的产品之一,西门子似乎仅是想把这个产品当作其硬件的陪衬，对第三方硬件的支持也不热衷,若选用西门子公司的硬件，能免费得到WINCC，所以对于使用其它硬件的用户不是个好的选择,国产化的组态软件产品也正在成为市场上的一支生力军，具有较强的价格竞争优势，但总的来讲，由于资金来源缺乏，软件 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 的组织薄弱，因此软件商品化的程度还比较差。从时间概念上来说，力控也是国内较早就己经出现的组态软件之一,32位Windows下1.0版的力控在体系结构上就己经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且它的实时数据库结构为可组态的“活结构”,这在1999至2000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富性、易用性、开放性和I/O驱动数量方面都得到了很大的提高。更有利于我们日常生活和工作中制作一些简单的程序。 第9页共27页[11] 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 4.工业机械手系统概论 4.1工业机械手的发展状况 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过PLC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。机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力，在我国有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用传统继电器控制的半自动化装置。此控制系统设计复杂,需大量继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。若采用PLC控制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，应用松下PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高了工作效率，代替人从从事繁重、枯燥的工作。这使得工业机械手得到愈来愈广泛的应用。 4.2工业机械手的应用与发展趋势 生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；工业机械手在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。 5.工业机械手的控制要求 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 工业机械手的控制属于顺序控制，可以根据其工作流程图进行程序设计。控制要求：机械手将工件从A点向B点传送。机械手工作原点在左上方，按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次运动。它有手动、单步、一个周期和连续工作 第10页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 （自动）四种操作方式。机械手上装有五个限位开关SQ1～SQ5,控制对应工步的结束，传送带上设有一个光电开关，作用是检测工件是否到位。控制过程见图5.1 所示： 图5.1机械手控制过程示意图 按下启动按钮SB1,机器手开始工作，机器臂完成上升、左移、下降、传送带动、抓紧、上升、右移、下降、放松等动作，在各个相应动作设有限位保护，5秒后重复上述动作。任意时刻按下停止按钮SB2后，机器手停止工作。机器手的工作过程属于顺序控制。 6.PLC型号的选择 可编程序控制器是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，其种类繁多，不同厂家的产品各有特点，且有一定的区别，但作为工业标准设备，可编程序控制器具有一定的共性。 6.1PLC的特点 6.1.1抗干扰能力强，可靠性高 PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 第11页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 PLC主要模块均采用了大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，目前各生产厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时，有的甚至达到了几十万小时。 6.1.2控制系统结构简单，通用性强 PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入、输出信号线即可。当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线的工作量是很小的。 6.1.3编程方便，易于使用 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎，使编程更加简单方便。 6.1.4功能完善，扩展能力强 PLC内部具有许多控制功能，能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能。PLC具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多条生产线。他不但可以进行现场控制，还可以用于远程控制。 6.1.5PLC控制系统设计、安装、调试方便 PLC由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，使安装接线工作量大大减小，设计人员只要有一台PLC就可进行控制系统的设计并可在实训室进行模拟调试。而继电接触器系统需在现场调试，工作量大且繁难。 6.1.6维修方便，维修工作量小 PLC具有完善的自诊断，履历情报存储及监视功能。对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过他可查出故障原因，便于迅速处理，及时排除。 6.1.7PLC的优点 第12页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。 6.2松下PLC基本组成 PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、编程器及电源模块组成，见图2。 PLC内部各组成单元之间通过电源线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。 工业机械手控制系统需要八个输入信号和七个输出信号，PLC选用松下FPX系列产品，型号为FPX－L60R，它有32个输入点和28个输出点，它们的编号为X0～XF、X10～X1F、Y0～YD、Y10～Y1D。完全能够满足控制要求的需求。 6.3松下PLC机械手设定 机械手在生产线上的任务是将工件从A处传送到B处。根据外界情况，机械手在空间上主要进行以下动作：机械手下降，机械手抓紧工件，机械手与工件上升，机械手与工件有右移，机械手与工件下降，机械手放松工件，机械手上升，机械手左移，理如下：原位 右移左移上移放松本次设计要求简易的机械手控制，其控制示意图如6.1所示。 图6.1PLC机械简易手控制示意图 6.4程序的编写 本次毕业设计要求在里说能及的范围内编写程序和运行，要求较为简单的操作。根据本人所学现状，将编写简单的操作程序，共分为两部分：自动控制部分和手动控制部分。自动控制部分就是机械手从开始运行到抓举完成并收回的过程中都由电脑控制，不 第13页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 能人工参与。而手动部分则可以从机械手的启动开始，由人控制各个运行按钮完成机械手的上行、下行、左行、右行。 6.5程序的流程图 用合适的电器元件，了解控制原理，绘制所需的系统流程图原理图 6.1，如下： 7.I/O点数的分配 7.1自动控制I/O点 第14页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 自动控制I/O点的具体分配表7.1 如下： 图7.1自动控制I/O点数分配 7.2手动控制I/O点 手动控制I/O点的具体分配表7.2 如下： 图7.1自动控制I/O点数分配 第15页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 8.程序设计 8.1自动控制 用基本指令编写的机器手控制程序梯形图 8.1，如下： 第16页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 图8.1自动控制程序梯形图 7.2手动控制 用步进指令编写的机器手控制程序梯形图8.2 ，如下： 图8.2手动控制程序梯形图 第17页共27 页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 9.运行结果 9.1自动控制运行结果 自动运行结果图 9.1，如下: 第18页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 图9.1自动控制运行结果图 9.2手动控制运行结果 手动运行结果图9.2，如下 ; 图9.2手动控制运行结果图 第19页共27 页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 10.组态软件的仿真 10.1自动控制的仿真 将编译好的程序出入到电脑中，进入组态界面如下图10.1 所示： 图10.1自动控制组态界面图 在此界面上进行简单的机械手的形状、大小。位置等参数的模拟设置，将其设计成简单的机械手模拟物。然后进入到到脚本编译界面如下图10.2 对程序脚本进行编译. 图10.2自动控制组态脚本编译界面图 第20页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 调试和修改编译好的脚本之后，进入数据库建立界面10.3如下所示来建立你所需的数 据库。 图10.3自动控制组态数据库界面图 仔细检查所设置的脚本和建立的数据库，确认无误后进行仿真。仿真界面10.4如 下图所示： 图10.4自动控制组态仿真界面图 将仿真结果刻录下来并将设计的主要界面截图，将展示在本次设计中。 第21页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 10.2手动控制的仿真 将编译好的程序出入到电脑中，进入组态界面如下图10.5 所示： 图10.5手动组态界面图 在此界面上进行简单的机械手的形状、大小。位置等参数的模拟设置，将其设计成简单的机械手模拟物。 进入数据库界面，如图10.6 所示，并建立手动控制的组态数据库。 图10.6手动控制组态数据库界面图 第22页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 仔细检查各项设置，并在确认无误后进行仿真。仿真界面10.7 如下图所示： 图10.47手动控制组态仿真界面图 将仿真结果刻录下来并将设计的主要界面截图，将展示在本次设计中。然后进行排版，以便于完成本次毕业设计。 11.心得体会 2012年初，我就开始了我的毕业设计工作，时至今日，历时将近小半年的时间，毕业设计基本完成。想想这段难忘的岁月，从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。遇到困难，我会觉得无从下手，不知从何写起；当困难解决了，我会觉得豁然开朗，思路打开了；当毕业设计经过一次次的修改后，基本成形的时候，我觉得很有成就感。毕业设计的写作是一个长期的过程，需要不断的进行精心的修改，不断地去整理各方面的资料，不断的想出新的创意，认真总结。历经了这么久的努力，紧张而又充实的毕业设计终要落下帷幕。在这次毕业设计的写作的过程中，我拥有了无数难忘的感动和收获。 在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂， 第23页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。注重理论与实践的相结合。 写作毕业设计是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得毕业设计是一个很困难的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后写作总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业设计的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。 我在这次毕业设计的写作过程中可谓是获益匪浅，最大的收益就是让我培养了脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神。写作中，需要的是耐心，还要用心。每当无法实现自己的想法或者运行不下去的时候，我就会出现浮躁的情绪，但是我没有放弃，而是适时地调节自己的心态，最关键是在困难面前，理顺思路，寻找突破点，一步一个脚印的慢慢来实现自己既定的目标。越是不懂的东西才要去学，在学习的过程中你会收获很多，在学习之后你会感觉到很有成就感，这也是我在完成毕业设计之后体会到的。我想这是一次对意志的磨练，也是对我实际能力的一次提升，相信这对我今后走向工作岗位是至关重要的。 第24页共27页 中北大学信息商务学院2012届毕业论文 参考文献： [1]康立新，马建华.工业机械手的设计[J].中国期刊网,2009. 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