基于plc的運輸設(shè)計機械手臂的控制系統(tǒng)方案

1、 . . . 摘要本文介紹了利用可編程控制器PLC對傳送帶、機械手進(jìn)行的控制，可以很容易地完成自動和手動切換。機械手是機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。因為它能大改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的物體進(jìn)行分揀，本畢業(yè)設(shè)計機械手傳送帶控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計，采用的西門子PLC，對機械手的上下、左右和抓取運動進(jìn)行控制，用于檢測物體是否合格并且進(jìn)行分類的機械裝置。設(shè)計主要是機械手與傳送帶的原理介紹、軟件仿真兩部分，以組態(tài)軟件仿真為核心，采用可編程控制器PLC作為控制器，設(shè)計了基于plc的運輸設(shè)計，上位機采用mcgs昆侖通態(tài)軟件完成工

2、業(yè)控制計算機與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，并且分為自動和手動，來實現(xiàn)運輸?shù)拇尕浐腿∝?。不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而且對于人身安全的保障，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗和降低成本。與此同時我利用MCGS組態(tài)昆侖通態(tài)軟件對整個系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計監(jiān)控。關(guān)鍵詞：PLC； 機械手；MCGS組態(tài)AbstractThis paper introduces the use of programmable controller PLC of conveyor belt, manipulator control, can easily complete the automatic and manual switch.Man

3、ipulator is developed in the process of mechanization, automation production, a new type of device. Because it can greatly improve the working conditions of workers, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation, in the process of production, often want to sorting objects

4、 on the assembly line, this graduation design manipulator conveyor design of PLC control system, adopting Siemens PLC, up and down, left and right sides and fetching movement of manipulator control, used to test whether qualified object and classification of machinery. Design is primarily a manipula

5、tor with two parts, the principle of conveyor is introduced, the software simulation based on configuration software simulation, using programmable controller PLC as controller, designed the transportation design based on PLC, PC using kunlun pass the MCGS configuration software to complete the data

6、 communication between industrial control computer and PLC, and divided into automatic and manual, to achieve the inventory and transportation. Not only can improve the quality of the products, and for the protection of the personal safety, improve labor productivity, save raw materials consumption

7、and reduce costs.At the same time I kunlun state using the MCGS configuration software monitoring the simulation to the whole system design.Keywords：PLC;Mechanical arm; MCGS configuration59 / 59目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 課題背景11.2 研究意義11.3 本文結(jié)構(gòu)1第2章系統(tǒng)設(shè)計22.1 總體要求22.2 控制要求22.3 方案分析與設(shè)計22.4 本章小結(jié)4第三章傳送帶傳送系統(tǒng)的

8、設(shè)計53.1 傳送帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案53.2 接觸器的介紹與選用63.2.1接觸器的介紹與分類63.2.2 接觸器的選用依據(jù)73.3 傳送帶電動機的介紹與選用73.3.1 電動機的介紹與分類73.3.2 電動機的型號與選用依據(jù)83.4 行程開關(guān)的介紹與選用83.4.1 行程開關(guān)的介紹與分類83.4.2 行程開關(guān)的選用與型號依據(jù)93.5 光電傳感器的介紹與選用93.5.1 光電傳感器的介紹與分類93.5.2 傳感器的選用與型號依據(jù)103.6二維碼掃描器的選用103.7按鈕的介紹與選用113.7.1按鈕的介紹與分類113.7.2按鈕的選用以與依據(jù)113.8 本章小結(jié)11第四章機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計

9、124.1 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計方案124.2 電磁閥的介紹與選用134.2.1 電磁閥的介紹與分類134.2.2 電磁閥的選用以與依據(jù)134.3 限位開關(guān)的選用以與依據(jù)144.4 本章小結(jié)14第五章 PLC程序的設(shè)計155.1 PLC的介紹與選用155.1.1 PLC的介紹與分類155.1.2 PLC的特點155.1.3 PLC結(jié)構(gòu)155.1.4 PLC性能指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域175.1.5 PLC的選用以與依據(jù)175.2 I/O地址分配185.3 梯形圖35.4本章小結(jié)20第六章組態(tài)仿真的設(shè)計216.1 組態(tài)軟件的介紹與選用216.1.1 組態(tài)軟件的介紹216.1.2 組態(tài)軟件的選用216.2

10、MCGS簡介216.3 MCGS組態(tài)監(jiān)控畫面226.3.1 通訊設(shè)定：226.3.2畫面：246.4 組態(tài)語言256.5 組態(tài)調(diào)試306.6 本章小結(jié)35結(jié)論36致37參考文獻(xiàn)38附錄1 譯文39附錄2 英文參考資料40第1章 緒論1.1 課題背景由于經(jīng)濟全球化的大潮，世界各國之間貿(mào)易頻繁，對倉儲條件的要求越來越高，傳統(tǒng)的倉庫運輸已不能滿足要求，傳統(tǒng)倉儲運輸技術(shù)效率低下，空間利用率低，并且需要較多的人員維持倉庫的運輸，自動化程度很低，同時也存在著安全隱患，所以隨著國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，已經(jīng)嚴(yán)重不適應(yīng)國各行各業(yè)的發(fā)展需求，所以市場前景很大。國在這方面的研究起步晚，與日本、美國為代表的發(fā)達(dá)國家還存在差

11、距，特別是在PLC的研究方面與發(fā)達(dá)國家存在較大差距，從而國的PLC運輸研究成果自動化程度不高，控制過程較為繁瑣，精度誤差較大，所以國需要自動化程度更高，性能更優(yōu)的傳送帶與機械手設(shè)計。早期的傳送帶運輸機由于運行距離短、速度低,運輸時受到一下限制?，F(xiàn)在對與傳送帶控制系統(tǒng)中存在的問題,利用可編程控制器取代繼電器進(jìn)行控制傳送帶的啟動和停止。提高了系統(tǒng)的可靠性,傳送帶是在一定的線路上連續(xù)輸送物料的物料搬運機械。自動控制機械手是現(xiàn)代化理論與工業(yè)自動化生產(chǎn)實踐的結(jié)合，機械手是提高生產(chǎn)過程自動化條件，可以節(jié)約調(diào)整時間，增加設(shè)備的柔性，同時運行穩(wěn)定可靠。1.2 研究意義通過運輸?shù)淖詣涌刂七^程以與監(jiān)控過程，來優(yōu)化

12、運輸倉庫的運輸功能，達(dá)到預(yù)期的目的。在設(shè)計中，采用的是機械手與傳送帶直接的銜接，人通過集成化的操作界面控制機械手與傳送帶的取貨和送貨。如果在自動控制過程中發(fā)生故障，則可以采用手動控制，來完成取貨送貨。利用PLC實現(xiàn)對機械手傳送帶的控制，結(jié)構(gòu)簡化，維護(hù)方便，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。廣泛的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)。1.3 本文結(jié)構(gòu)本文章根據(jù)立題的目的意義設(shè)計本題目的PLC梯形圖，之后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試成功后再利用mcgs昆侖通態(tài)設(shè)計畫面監(jiān)控，對畫面進(jìn)行設(shè)計，完整的顯示監(jiān)控畫面需要的元件，畫圖完成后，進(jìn)行寫腳本文本，并且模擬運行，找出其中的錯誤，與時改正。最后撰寫畢業(yè)設(shè)計報告，根據(jù)相關(guān)要求，完整而正確的完成

13、。第2章 系統(tǒng)設(shè)計2.1 總體要求運用MCGS技術(shù)完成控制運輸設(shè)計的仿真與監(jiān)控。2.2 控制要求（1）按啟動按鈕啟動系統(tǒng)，傳送帶1啟動運行，傳輸帶1運載著包裝箱進(jìn)入光電測量區(qū)，傳輸帶1停止。（2）二維碼傳感器掃描物體是否合格，合格后，預(yù)先準(zhǔn)備好的機械手開始下降抓取物體；不合格則放棄，傳送帶繼續(xù)傳送物體。（3）機械手下降，抓取物體，上升、右移、下降，將物體放在傳送帶2上。傳送帶2位置傳感器檢測到物體，傳送帶2運行。（4）機械手放下物體后，再上升、左移、等待抓物；如此循環(huán)，記錄物體數(shù)量。（5）按下停止按鈕，機械手與傳輸帶1、2均停止。（6）繪制組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)備模擬。記錄夾取數(shù)量。2.3 方案分析與

14、設(shè)計本畢業(yè)設(shè)計是基于plc的運輸設(shè)計，簡單的概括就是將傳送帶1的貨物檢測后，運用機械手放置傳送帶2上。當(dāng)二維碼傳感器檢測到貨物時會發(fā)送信息給PLC，由PLC控制電機實現(xiàn)傳送帶的停止功能，機械手運輸傳送系統(tǒng)將會運行，而當(dāng)光電傳感器檢測不到貨物時機械手取走貨物，傳送帶將會繼續(xù)循環(huán)運行?？梢园颜w分為傳送系統(tǒng)和運輸系統(tǒng)兩部分。傳送帶系統(tǒng)中是由西門子PLC控制的，PLC控制兩個傳送帶的電機、傳感器計數(shù)器、二維碼傳感器、行程開關(guān)、光電傳感器。機械手運輸系統(tǒng)同樣是基于PLC控制的，PLC主要將控制機械手的上升、下降電磁閥、放松、夾緊電磁閥、左移、右移電磁閥、上下限位開關(guān)、左右限位開關(guān)、松緊限位開關(guān)。PLC

15、為主控單元，接收信號經(jīng)過處理發(fā)送機械手執(zhí)行相應(yīng)的操作。從而實現(xiàn)傳送系統(tǒng)的啟停和運輸系統(tǒng)機械手的搬運動作等。在設(shè)計程序時，先設(shè)計系統(tǒng)流程圖（如圖2.3.1），然后再是主電路與控制電路的電路圖和編寫程序。在編寫程序的時，主要用步進(jìn)指令編寫，這是一常用指令。這是本程序設(shè)計中應(yīng)該注意的一步過程。開始傳送帶1轉(zhuǎn)到傳送帶指定位置傳送帶1停止機械手下降抓取機械手上升機械手下降松開到傳送帶指定位置傳送帶2運轉(zhuǎn)機械手上升機械手右移機械手左移結(jié)束檢驗物體是否合格YN圖2.3.1流程圖2.4 本章小結(jié)通過對國外研究的現(xiàn)狀，做出對現(xiàn)實需要的改進(jìn)，培養(yǎng)動手和實踐能力。在本次設(shè)計中，本章主要是系統(tǒng)設(shè)計，通常都需要傳送帶與

16、機械手直接的銜接，來實現(xiàn)對于檢測物體運輸?shù)臏?zhǔn)確性與便捷性。第三章 傳送帶傳送系統(tǒng)的設(shè)計3.1 傳送帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案根據(jù)傳送帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計要求，我要選用一些按鈕來實現(xiàn)整個傳輸系統(tǒng)的啟停。我將用兩個傳感器來控制兩個電機，兩個電動機來控制兩條傳送帶。傳送帶物品的計數(shù)，我將選用兩個個光電傳感計數(shù)器。而第一條傳送帶貨物所進(jìn)入的指定位置我用1個行程開關(guān)，第一條傳送帶貨物進(jìn)入的光電傳感區(qū)我將選用一個二維碼傳感器進(jìn)行控制第四章中的機械手控制系統(tǒng)中的機械手。主電路如圖3.1（a）所示，控制電路如圖3.1（b）所示。主電路：如圖3.1（a）主電路控制電路：圖3.1（b所示）控制電路3.2 接觸器的介紹與選用

17、3.2.1 接觸器的介紹與分類接觸器是電力拖動和自動控制系統(tǒng)中使用量大的一種低壓控制電器，頻繁接通和斷開交直流回路和大容量控制電路。接觸器由電磁機構(gòu)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會產(chǎn)生很強的磁場，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電或者電壓顯著降低時，吸力消失或減弱，銜鐵在緩沖彈簧作用下，主、輔觸頭又恢復(fù)到初始狀態(tài)。3.2.2 接觸器的選用依據(jù)本設(shè)計選用2個接觸器，該接觸器需要滿足電壓、電流這兩個條件。施耐德 TeSYs系列交流接觸器 220V LC1D40

18、M7C如圖3.2所示，這是一種比較經(jīng)濟型的接觸器，3極接觸器機械壽命高達(dá)2000萬次，電壽命高達(dá)200萬次。擁有“TH”防護(hù)處理，可以在濕熱的環(huán)境中使用。圖3.2 施耐德 TeSYs系列交流接觸器3.3 傳送帶電動機的介紹與選用3.3.1 電動機的介紹與分類電動機是一種旋轉(zhuǎn)式電動機器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，它是利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象制成。磁場對電流受力的作用，使電動機轉(zhuǎn)動。在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并受磁場的作用而使其轉(zhuǎn)動。通電導(dǎo)線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線方向有關(guān)，因交流電在磁場與電樞電路中，同時轉(zhuǎn)向，故力偶矩之方向恒保持不變，該機乃

19、轉(zhuǎn)動不停。用于實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)換。運行時從電系統(tǒng)吸收電功率，向機械系統(tǒng)輸出機械功率。1按工作電源分類直流電動機和交流電動機。其流電動機還分為單相和三相電動機。2按結(jié)構(gòu)與工作原理分類直流電動機，異步電動機和同步電動機。3按啟動與運行方式分類電容啟動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容啟動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。3.3.2 電動機的型號與選用依據(jù)本設(shè)計中的傳送帶會用到2個電動機。電動機的選用只要滿足小功率三相交流異步電動機這一條件就行。對于僅有一兩個簡單往復(fù)動作的普通機械，在本設(shè)計中我們要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的交流異步電動機。異步電動機主要用于拖動各種生產(chǎn)機械結(jié)構(gòu)簡單，使

20、用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高。3.4 行程開關(guān)的介紹與選用3.4.1 行程開關(guān)的介紹與分類行程開關(guān)也稱限位開關(guān)，是一種常用的小電流主令電器。它是利用運動部件的行程位置實現(xiàn)控制的電器，利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。把行程開關(guān)安裝于機械行程的終點處，用于限制行程，稱為終端開關(guān)，是將機械位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺钥刂茩C械運動的電氣裝置。在電氣控制系統(tǒng)中，其作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機械設(shè)備的行程與限位保護(hù)。構(gòu)造：由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。在生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊碰觸

21、行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為：1.直動式行程開關(guān)2.滾輪式行程開關(guān)3.微動式行程開關(guān)按其觸點的性質(zhì)可分為：1.有觸點式2.無觸點式3.4.2 行程開關(guān)的選用與型號依據(jù)本課題將選用一個行程開關(guān)。該行程開關(guān)必須能滿足24V直流電壓這一條件，我選用西門子行程開關(guān)3SE2303-0GW（圖3.4）該行程開關(guān)耐用性強，價格適中。圖3.4 西門子行程開關(guān)3.5 光電傳感器的介紹與選用3.5.1 光電傳感器的介紹與分類光電傳感器是光電

22、檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。在受到可見光照射后即產(chǎn)生光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。它除能測量光強之外，還能利用光線的透射、遮擋、反射、干涉等測量多種物理量，因而是一種應(yīng)用極廣泛的重要敏感器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，比如光強、光照度、輻射測溫等；光電式傳感器具有精度高、非接觸、性能可靠、而且可測參數(shù)多等特點，因此在工業(yè)自動化裝置中獲得廣泛應(yīng)用。比如：機電控制、計算機、國防科技等方面。我們可以將光電傳感器分為這3大類。1.標(biāo)準(zhǔn)光電傳感器2.

23、安全光電傳感器3.門控光電傳感器3.5.2 傳感器的選用與型號依據(jù)本課題中會用到2個光電傳感器，一個用來計數(shù)，一個用來檢測。傳感器必須具有計數(shù)準(zhǔn)確、定位（檢測）精確這兩個條件。我選用型號為CR-10，CR-10P反射型如圖3.5所示。該光電傳感器在灰塵較多的場所檢測物體；檢測透明包裝物部的物體；檢測計數(shù)；檢測運動物體通過等等。此光電傳感器具有響應(yīng)時間短，分辨率高，檢測距離長這三個顯著優(yōu)點。圖3.5 光電傳感器3.6二維碼掃描器的選用采用SICK二維碼讀碼器在線實時讀取產(chǎn)品上面的二維碼,二維碼的長度在80位左右(不固定長度)。讀碼器與PLC采用485自由口通訊方式，通過串口將二維碼信息發(fā)送到PL

24、C中，PLC需要對接收到的二維碼數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過判斷接收到的容，來判斷讀碼成功或者失敗。計算機通過RS485串口，采用PPI協(xié)議與PLC通訊，獲取存儲在PLC中的二維碼數(shù)據(jù)。二維碼讀碼器通訊協(xié)議：RS485串口，輸出容為ASCII格式：開始標(biāo)志：02H，結(jié)束標(biāo)志03H；讀碼成功時，輸出二維碼容，讀碼失敗時，輸出NoRead。例如讀碼成功時輸出：02二維碼容03；讀碼失敗時，輸出：02NoRead033.7按鈕的介紹與選用3.7.1按鈕的介紹與分類按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路，從而達(dá)到控制電動機或其他電氣設(shè)備運行目的的一種開關(guān)。1.常開按鈕開關(guān)觸點斷開的按鈕。2.常

25、閉按鈕開關(guān)觸點接通的按鈕。3.常開常閉按鈕開關(guān)觸點既有接通也有斷開的按鈕。 3.7.2按鈕的選用以與依據(jù)該畢設(shè)中的按鈕皆為常開型低壓按鈕，可以根據(jù)實際價格進(jìn)行選型，該按鈕物美價廉很是實用。3.8 本章小結(jié)本章主要是確定本設(shè)計的硬件選擇，對于電機、行程開關(guān)、限位開關(guān)、二維碼掃描器等的選擇。無論是手動或是自動工作方式下，限位開關(guān)的狀態(tài)以與傳感器輸出信號、傳動帶的啟動停止會體現(xiàn)出來并且能夠有產(chǎn)品的系統(tǒng)信息，并且對產(chǎn)品的當(dāng)前總產(chǎn)量，產(chǎn)品中的正品數(shù)目、次品數(shù)目的動態(tài)顯示。第四章 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計方案機械手控制系統(tǒng)的方案設(shè)計中，我根據(jù)項目要求我分析傳送帶傳輸系統(tǒng)中的二維碼掃

26、描器與機械手控制系統(tǒng)起著銜接作用。二維碼掃描器通過與PLC的通訊間接的控制機械手的電磁閥，電磁閥再控制氣缸，氣缸中的推桿運動，到達(dá)限位開關(guān)，以此來實現(xiàn)機械手的控制。plc接線圖如圖4.1所示。圖4.1 plc接線圖4.2 電磁閥的介紹與選用4.2.1 電磁閥的介紹與分類電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，普通電磁閥只有開、關(guān)兩個位置，在控制精度要求

27、高和參數(shù)要求平穩(wěn)時需選用多位電磁閥電磁閥選型，首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性等來選擇。1.電磁閥從原理上分為三大類直動式電磁閥、分步直動式電磁閥、先導(dǎo)式電磁閥。2.電磁閥從從閥結(jié)構(gòu)和材料的區(qū)別分類為：直動膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜片結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)。4.2.2 電磁閥的選用以與依據(jù)根據(jù)本畢設(shè)我將選用二位五通電磁閥 電磁閥需具有，兩個可控位置：開-關(guān)，五個通道通氣，其中1個與氣源連接，兩個與雙作用氣缸的外部氣室的進(jìn)出氣口連接，兩個與部氣室的進(jìn)出氣口接連。兩位五通電磁換向氣閥24V210-08電磁閥進(jìn)口密封圈（如圖4.2）圖4.2兩位五通電磁換向氣

28、閥4.3 限位開關(guān)的選用以與依據(jù)限位開關(guān)是用在機械手控制系統(tǒng)的氣缸上，所以我將選用常開型磁性限位開關(guān)，我選用型號為150035/YIDA-03R SEEHONG如圖4.3所示。圖4.3 常開型磁性限位開關(guān)4.4 本章小結(jié)本章主要是機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計選件，對于電磁閥和限位開關(guān)的選擇。手動控制方式下，機械手和傳送帶的工作是獨立的，為保證自動控制和手動控制的合理切換，在自動轉(zhuǎn)向手動時，系統(tǒng)暫停，機械手和傳送帶停止運動，然后控制器向機械手和傳送帶發(fā)送運轉(zhuǎn)指令。第五章 PLC程序的設(shè)計5.1 PLC的介紹與選用5.1.1 PLC的介紹與分類可編程控制器簡稱PC，是一種以計算機為核心的通用工業(yè)控制裝置，

29、采用了微處理器作為中央處理單元，用于在部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時控制、定時、計數(shù)和基本運算等操作的指令，經(jīng)過數(shù)字和模擬的輸入和輸出，控制機械的過程。PLC的發(fā)展趨勢主要為控制與管理功能一體化，可靠性得到了進(jìn)一步的提高，CPU處理速度也進(jìn)一步加快。現(xiàn)代PLC的功能已經(jīng)超出了上述定義的圍，PLC發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新速度也明顯提升，功能也隨之加強，應(yīng)用更加廣泛。已經(jīng)稱為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種實用類工具，名副其實的多功能控制器。PLC的分類：1.按結(jié)構(gòu)分類：整體式plc、組合式plc。1.按控制規(guī)模分類：微型機、小型機、中型機、大型機、超大型機。2.按生產(chǎn)廠家分類：德國西門子、日本歐姆龍、三菱、松

30、下、日立、東芝、富士、法國施耐德等。5.1.2 PLC的特點PLC具有以下鮮明的特點。（1）靈活、應(yīng)用（2）可靠性高、抗干擾能力強（3）編程簡單、使用方便（4）接線簡單（5）功能強（6）體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化5.1.3 PLC結(jié)構(gòu)主要由CPU模塊，輸入模塊，輸出模塊和編程器組成，如圖5.1(a)所示。圖5.1 PLC控制系統(tǒng)CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成。存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，其中系統(tǒng)程序存儲器為ROM。I/O模塊包括輸入模塊和輸出模塊，相應(yīng)的輸入輸出電路如圖5.1(b)、5.1(c)所示。圖5.1(b) PLC的輸入電路圖5.1(c) PLC的輸出電路5

31、.1.4 PLC性能指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器自出現(xiàn)以來發(fā)展非常迅速。在工業(yè)自動化方面正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，plc的性能指標(biāo)主要有以下幾種：1.I/O點數(shù)2.用戶程序存儲器容量3.掃描速度4.指令種類與條數(shù)5.部器件的種類和數(shù)量6.智能單元逐漸成為工業(yè)自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)的三大支柱之一。主要應(yīng)用在以下幾個方面：1.開關(guān)量的邏輯控制2.模擬量的閉環(huán)控制3.數(shù)字量的智能控制4.數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控5.通訊、聯(lián)網(wǎng)與集散控制5.1.5 PLC的選用以與依據(jù)根據(jù)本設(shè)計我選用西門子S7-200/CPU226本機集成了24輸入16輸出共40個數(shù)字量I0，價格低廉，也滿足本項目的需求。5.2 I/O地址分配

32、輸入符號表描述PLC部地址外部編號啟動I0.0SB1停止I0.1SB2自動手動I0.2SA1上升到位檢測I0.3SQ1下降到位檢測I0.4SQ2左移到位檢測I0.5SQ3右移到位檢測I0.6SQ4手動上升I0.7SB3手動下降I1.0SB4手動左移動I1.1SB5手動右移動I1.2SB6手動抓取I1.3SB7手動釋放I1.4SB8傳送帶A檢測到位I1.5B1傳送帶B檢測到位I1.6B2編碼檢測合格I1.7B3輸出符號表：功能描述部地址外部編號傳送帶A運行Q0.0KA1傳送帶B運行Q0.1KA2上升Q0.2YV1下降Q0.3YV2左移Q0.4YV3右移Q0.5YV4夾爪打開夾緊Q0.6YV5運行

33、指示Q0.7HL1合格指示燈Q1.0HL2不合格指示燈Q1.1HL3剔除Q1.2YV6部使用地址：開始讀取M0.0讀取失敗M0.1讀取成功M0.2傳送帶A啟動M1.0物體到達(dá)傳送帶A位置合格M1.1左端下降M1.2左端夾緊M1.3左端上升M1.4右移到傳送帶BM1.5右端下降M1.6右端松開M1.7右端上升M2.0左移動到傳送帶AM2.1剔除不合格標(biāo)志M3.0傳送帶B自動運行M3.1自動手動上位機M3.2手動啟動上位機M3.3手動停止上位機M3.4傳送帶A運行上位機M4.0傳送帶B運行上位機M4.1手動上升上位機M4.2手動下降上位機M4.3手動左移上位機M4.4手動右移上位機M4.5手動抓取

34、上位機M4.6A傳送帶計數(shù)VW0B傳送帶計數(shù)VW2A傳送帶合格計數(shù)VW4A傳送帶不合格計數(shù)VW65.3 梯形圖主程序仿真啟動，運行指示燈亮傳送帶A開始運行當(dāng)物體到達(dá)傳送帶A末端時，傳送帶A停止運行，開始進(jìn)行二維碼掃描檢測物體是否合格設(shè)置檢測時間，假設(shè)為1秒二維碼檢測之后，合格執(zhí)行機械手動作，不合格啟動剔除檢驗不合格物體進(jìn)行剔除機械手下降到下限位開關(guān)，機械手進(jìn)行抓取動作設(shè)定夾緊時間夾取時間到，開始執(zhí)行上升機械手機械手到達(dá)左上限位時，機械手開始執(zhí)行向右移動機械手到右限位時，機械手開始下降移動機械手到達(dá)右下限位時，機械手開始釋放物體。設(shè)定釋放時間釋放時間到，機械手開始上升右端到達(dá)上限位時，執(zhí)行向左移

35、動，傳送帶B開始運行機械手到達(dá)左限位時，開始循環(huán)執(zhí)行下一動作傳送帶A開始運行傳送帶B開始運物體，設(shè)定運行10秒，傳動帶B停止傳送帶B運行機械手上升機械手下降機械手左移機械手右移機械手夾緊合格與不合格指示燈二維碼掃描器發(fā)出信號掃描信號二維碼掃描讀取數(shù)據(jù)PLC接受光電開關(guān)信號，開始掃描，掃描之后復(fù)位開始讀碼傳送帶A計數(shù)總產(chǎn)品量傳送帶B計數(shù)合格產(chǎn)品傳送帶合格數(shù)傳送帶不合格數(shù)5.4本章小結(jié)本章主要對于PLC程序進(jìn)行設(shè)計并且調(diào)試，在調(diào)試過程時我發(fā)現(xiàn)，傳送包裝系統(tǒng)和運輸搬運系統(tǒng)兩個單獨的系統(tǒng)能完成應(yīng)該有的工作，但是當(dāng)兩個系統(tǒng)結(jié)合起來的時候，出現(xiàn)一些問題當(dāng)光傳感檢測到貨物時，二維碼傳感器檢測物體是否合格，合

36、格后機械手能將貨物搬走，而同時，機械手搬走貨物后光電傳感器檢測不到貨物，傳送帶不能正常運行，隨后我用步進(jìn)指令的分支將程序修改完成。第六章 組態(tài)仿真的設(shè)計6.1 組態(tài)軟件的介紹與選用6.1.1 組態(tài)軟件的介紹組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA，它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。對于一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)，上位機尤為重要，因為上位機（人機界面）是操作人員與控制系統(tǒng)之間交互的紐帶，良好的人機界面可以讓操作人員的操作更為容易，工作效率更加提高。工控組態(tài)軟件是在生產(chǎn)化工企業(yè)使用的某種數(shù)據(jù)采集和過程控制系統(tǒng)的專用上位機軟件，它組態(tài)方式靈活，能夠進(jìn)行監(jiān)控自動控制系統(tǒng)。在組態(tài)控制軟件出現(xiàn)

37、之前，工業(yè)控制領(lǐng)域的用戶通常是通過程序員編寫程序或者以項目外包的形式編寫人機界面上位機程序，組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的系統(tǒng)。隨著工業(yè)控制組態(tài)軟件的迅速發(fā)展，實時控制、實時數(shù)據(jù)庫、開放數(shù)據(jù)接口、通訊與聯(lián)網(wǎng)、對FO設(shè)備的也變得非常廣泛。仿真功能捉供強大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計，從而縮短開發(fā)周期。6.1.2 組態(tài)軟件的選用根據(jù)本課題我將選用MCGS昆侖通態(tài)自動化軟件。6.2 MCGS簡介MCGS監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)是昆侖通態(tài)自動化軟件科技研發(fā)的一套基于Windows平臺的，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Window

38、s 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系統(tǒng)，提供中斷處理，定時掃描可達(dá)毫秒級，提供對mcgsTpc串口、存、端口的訪問。對用戶來說，具體操作簡單易學(xué)并且命令語言編寫容易，參數(shù)輸入和輸出、修改較靈活，控制能力較前，能夠多次仿真運行，這些很強的交互設(shè)計能力使其在自動化控制系統(tǒng)的測驗中可以發(fā)揮很理想的效果。6.3 MCGS組態(tài)監(jiān)控畫面6.3.1 通訊設(shè)定：串口設(shè)定PLC設(shè)定：插入數(shù)據(jù)：實時數(shù)據(jù)庫：6.3.2畫面：連接PLC畫面：仿真畫面：6.4 組態(tài)語言仿真畫面命令：if (仿真啟動停止=1) thenif (運行指示=1) thenif (動作步驟=0) then隱藏1=1傳送帶A運行輸

39、出=1if (水平移動<190) then水平移動1=水平移動1+10endifif (水平移動1>=190) then動作步驟=1傳送帶A運行輸出=0endifendifif (動作步驟=1) thenif (合格檢測=1) thenif (合格指示=1) then動作步驟=2else動作步驟=10endifendifendifif (動作步驟=2) then下降輸出=1if (垂直移動<=100) then垂直移動=垂直移動+10else下降輸出=0動作步驟=3endifendifif (動作步驟=3) then夾緊松開輸出=1夾緊松開時間=夾緊松開時間 +1if (夾緊

40、松開時間>= 10) then夾緊松開時間=0隱藏=1隱藏1=0水平移動1=0動作步驟=4endifendifif (動作步驟=4) then上升輸出=1if (垂直移動>0) then垂直移動=垂直移動 -10else上升輸出=0動作步驟=5endifendifif (動作步驟=5) then右移輸出=1if (水平移動<170) then水平移動=水平移動 +10else右移輸出=0動作步驟=6endifendifif (動作步驟=6) then下降輸出=1if (垂直移動<100) then垂直移動=垂直移動 +10else下降輸出=0動作步驟=7endifend

41、ifif (動作步驟=7) then夾緊松開輸出=0夾緊松開時間=夾緊松開時間 +1if (夾緊松開時間>= 10) then隱藏=0隱藏2=1夾緊松開時間=0動作步驟=8endifendifif (動作步驟=8) then上升輸出=1if (垂直移動>0) then垂直移動=垂直移動 -10else上升輸出=0傳送帶B運行輸出=1動作步驟=9endifendifif (動作步驟=9) then左移輸出=1水平移動2=水平移動2 +10if (水平移動>0) then水平移動=水平移動 -10else左移輸出=0隱藏2=0水平移動2=0傳送帶B運行輸出=0動作步驟=0B傳送帶

42、計數(shù)=B傳送帶計數(shù)+1endifendifif (動作步驟=10) then剔除不合格=1剔除時間=剔除時間+1if (剔除時間>10) then剔除時間=0動作步驟=0水平移動1=0endifendif手動上升=0手動下降=0手動左移動=0手動右移動=0手動夾緊松開=0else右移輸出=手動右移動左移輸出=手動左移動上升輸出=手動上升下降輸出=手動下降夾緊松開輸出=手動夾緊松開if (手動左移動=1) then手動右移動=0if (水平移動>0) then水平移動=水平移動 -10else手動左移動=0endifendifif (手動右移動=1) then手動左移動=0if (水

43、平移動<170) then水平移動=水平移動 +10else手動右移動=0endifendifif (手動上升=1) then手動下降=0if (垂直移動>0) then垂直移動=垂直移動 -10else手動上升=0endifendifif (手動下降=1) then手動上升=0if (垂直移動<100) then垂直移動=垂直移動 +10else手動下降=0endifendifendifendifif (手動自動上位機=1) then運行指示=0endifif (合格指示=1) then不合格指示=0else不合格指示=1Endif6.5 組態(tài)調(diào)試組態(tài)的調(diào)試我依然參照PLC

44、程序的調(diào)試，分為傳送帶搬運系統(tǒng)的調(diào)試和機械手控制系統(tǒng)的調(diào)試兩個部分，調(diào)試結(jié)果為這兩個程序均能單獨運行，結(jié)合在一起出現(xiàn)了問題還是出在光電傳感區(qū)那部分，之后對于程序進(jìn)行了修改。運行：工程下載：選擇模擬運行，點工程下載啟動運行點啟動運行，進(jìn)入運行畫面點確定進(jìn)入連PLC畫面切換到仿真畫面點仿真啟動按鈕，選擇自動模式，點啟動按鈕傳送帶A運行點合格按鈕或者不合格按鈕，然后點擊檢測完成按鈕機械手開始下降做一系列的抓取運動釋放狀態(tài)。釋放后，B傳送帶運動，機械手回到原點，等待下一循環(huán)。6.6 本章小結(jié)通過設(shè)計要求的各項性能指標(biāo)，進(jìn)行仿真的設(shè)計，并根據(jù)實際調(diào)試進(jìn)行總體參數(shù)設(shè)計與調(diào)節(jié)，分析錯誤產(chǎn)生的原因以與如何解決

45、所產(chǎn)生的問題。模擬運行。首先對照輸入信號狀態(tài)表，設(shè)置好開始狀態(tài)下輸入信號的狀態(tài)，再使PLC運行。依次發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令信號，則系統(tǒng)將依次進(jìn)行工步狀態(tài)轉(zhuǎn)換。每發(fā)出一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換主令信號，系統(tǒng)將結(jié)束一個工步狀態(tài)轉(zhuǎn)入下一個工步狀態(tài)。仔細(xì)觀察。輸出端點指示燈，看各輸出端點的狀態(tài)是否在每個工步狀態(tài)里都與執(zhí)行元件節(jié)拍表里的要求一致，如果一致則說明PLC應(yīng)用程序設(shè)計正確，符合控制要求。這樣逐步檢查，以便都達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。結(jié)論本文設(shè)計了機械手與傳送帶的硬件系統(tǒng)、軟件控制程序，針對機械手抓取貨物的要求，圍繞該運輸系統(tǒng)的性能提升展開了一系列的工作。本文主要完成了以下幾個方面的容：1)課題通過對國外運輸?shù)臓顩r分析與市場對

46、機械手需求，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與控制系統(tǒng)硬件與軟件設(shè)計。2)在研究與設(shè)計中，運行系統(tǒng)的控制流程，應(yīng)用Step7編程軟件編寫了相應(yīng)的PLC控制程序，程序簡化，縮短了掃描周期，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，并由在組態(tài)軟件中編寫的相應(yīng)程序進(jìn)行觸發(fā)執(zhí)行。3)為實現(xiàn)對于運輸?shù)南到y(tǒng)監(jiān)控，采用了目前工程常用中的昆侖通態(tài)mcgs軟件，并對機械手傳送帶的組態(tài)仿真與進(jìn)行了分析研究。通過之前的調(diào)試，完成了貨物的運輸、檢測、傳送整個生產(chǎn)線的流程。在這條生產(chǎn)線中，有很多的優(yōu)點，例如，它運用的光電傳感計數(shù)器，這可以大大降低龐大的人工計數(shù)。再例如在光電傳感區(qū)，我運用了光電傳感器，完美的銜接了連個單獨的系統(tǒng)，這是比較不錯的。由于時間不是

47、很充裕，我僅僅完成了老師的任務(wù)，但是我覺得，這條生產(chǎn)線還可以進(jìn)行更進(jìn)一步的設(shè)計。在機械手運輸搬運系統(tǒng)我們可以設(shè)計兩個機械手，以此來減少等待機械手抓取的時間，提高工作效率。還有就是在傳送帶2的貨物出口處我們可以加裝一個光電篩選的傳感器和機械手。當(dāng)然這些只是我的一些想法，也有可能不是很理想。致本次畢業(yè)設(shè)計是在導(dǎo)師親切關(guān)懷下完成的。指導(dǎo)老師對我的論文進(jìn)行了太多的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的對論文的細(xì)節(jié)進(jìn)行修改和改進(jìn)；指導(dǎo)老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，思維開闊，指導(dǎo)畢業(yè)論文循循善誘，給我的幫助一直都很大。為了使我的論文更加完善，在論文的撰寫過程中，我也努力做到與時積極地跟指導(dǎo)老師交流，隨時向老師請教，并且向本專業(yè)的其他

48、老師請教，最終完成了本次畢業(yè)設(shè)計論文的撰寫。在這次基于plc的運輸設(shè)計和論文的撰寫中，周圍的同學(xué)對我進(jìn)行了很多的幫助，在此對于幫助我的同學(xué)們表示感！尤其要強烈感我的論文指導(dǎo)老師乃川老師，他對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感！還要感電氣工程自動化專業(yè)的老師們，是你們使我在這四年的學(xué)習(xí)和生活中收獲頗豐、受益匪淺。感父母這些年來對我的細(xì)心照顧和培養(yǎng)，感答辯老師們在百忙之中抽出時間來評閱我的論文！感這篇論文所涉與到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。由于我

49、的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正。參考文獻(xiàn)1于慶廣.可編程控制器原理與系統(tǒng)設(shè)計.：清華大學(xué)，20042宏.可編程控制器(PLC)的選型J.化工進(jìn)展.2003，22(12)：13541356.3明.程懷舟.多層堆垛立體停車庫計算機監(jiān)控系統(tǒng)研究.機械與電子.2004年第9期4程懷舟.基于PLC的多層堆垛立體停車庫控制系統(tǒng)設(shè)計.電子設(shè)計應(yīng)用.2005.45鐘肇新等.可編程控制器原理與應(yīng)用. 華南理工大學(xué).第4版.2008.26翠嶺，黃建兵，集散控制系統(tǒng).中國林業(yè) 2006.9.7發(fā)海，王巖，電機與拖動基礎(chǔ) 第三版.清華大學(xué),2005.88殷洪義，吳建華，PLC原理

50、與實踐M.：清華大學(xué)，2008.109西門子中國公司， S7-200系列PLC系統(tǒng)手冊. 2003.510柴瑞娟,海霞.西門子PLC編程技術(shù)與工程應(yīng)用M.：機械工業(yè).2006.11桂香,志軍.PLC的選型與系統(tǒng)配置J.微計算機信息.2005(9)：81，82，36.12嚴(yán)盈富，羅海平，吳海琴.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門M.：人民郵電，2006.13昆侖通態(tài)使用手冊M.：昆侖科技發(fā)展.2001.14 Controlling a Robotic Arm manipulator with a PLCHämeen Ammattikorkeakoulu,2008附錄1 譯文PLC(可編程序邏輯控

51、制器)是一種通用工業(yè)控制平臺和高可靠性?；谖鏖T子s7-200系列的PLC,介紹了機械手的控制方案的交通控制系統(tǒng)。給出了硬件設(shè)計和PLC程序的細(xì)節(jié)。此外,配置模擬控制系統(tǒng)是由國王視圖的應(yīng)用程序軟件。這個系統(tǒng),可靠性高的優(yōu)點,簡單的連接和低功耗,可廣泛應(yīng)用于教學(xué)實踐和工業(yè)應(yīng)用。摘要本文是委托應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的目標(biāo)是設(shè)計一個機械手臂的控制系統(tǒng)。機械臂在這種情況下是HAMK實驗室自動化、Riihim ki由尼古拉斯Mustaka設(shè)計(一個來自希臘的交換學(xué)生,2009)本論文的主要目的是設(shè)計一個機械手臂控制系統(tǒng)使用可編程序邏輯控制器(PLC)和構(gòu)造一個爪?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計包括電子元件的安裝(PLC),電機控制

52、器,電壓調(diào)節(jié)器,控制懸而未決的新娘板電路)。預(yù)先存在的機械臂設(shè)計使用電位器手動工作,用PLC替代。一開始,研究進(jìn)行了定義設(shè)計約束之間尋找最佳的選擇最適合這個應(yīng)用程序的組件。一個PLC控制系統(tǒng)設(shè)計需要額外的電子元件,如直流電機控制器和控制下垂的。選擇的部分是那些符合規(guī)和設(shè)計要求。大部分時間是花在布線和安裝。在安裝期間,考慮是為一種安全、有效的設(shè)計。在這個項目中,夾具的設(shè)計和施工開始時沒有按計劃完成,只有研究和理論設(shè)計方法。完成安裝后,所有的硬件部分,編程是最后一個完成。操作原則為手動模式和自動模式操作的詳細(xì)描述的編程這個論文的一部分。所有控制系統(tǒng)的部分,即硬件和編程是一個成功的演示來完成。復(fù)雜的

53、編程可能在PLC的自動模式操作。發(fā)現(xiàn)一個機械手臂與一種簡單的機制可以操作在不同的復(fù)雜的方法通過使用PLC。附錄2 英文參考資料PLC (programmable logic controller) is one type of general industrial control platforms with high reliability. Based on the PLC of SIMENS SIMATIC S7-200 series, this paper introduces a control scheme of the manipulator transportation con

54、trol system. The hardware design and PLC programs are given in details. In addition, the configuration simulation of the control system is performed by the application of King view software. This system, with advantages of high reliability, simple connection and low power consumption, can be widely used in teaching practice and industrial applications.ABSTRACT This thesis was commissioned for HAMK University of Applied Sciences with the aim of designing a control system for a robotic arm. The Robotic Arm in this case was from HAMK Laboratory for Automat