基于plc的機械手自動操作系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題提出背景</p><p>　　如今，機械自動化已經(jīng)成為了新時代的主題。其中，機械手是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的，而且它的發(fā)展也是最快的。工業(yè)生產(chǎn)自動化的程度越來越高，而生產(chǎn)環(huán)境變得越來越惡劣，這樣對工人提出了更高的要求，比如安全性、健康性、環(huán)保性等。機械手可以有效的解決這個問題，它可以在

2、高溫、高壓、有毒、放射性等場合應(yīng)用。在機械制造行業(yè)中，機械手又稱工業(yè)機器人，它主要被應(yīng)用于運送加工原料或者給特定的機床進(jìn)行刀具的轉(zhuǎn)換和機器的裝配等一些自動化流水生產(chǎn)線上。綜上所述，機械手的應(yīng)用更加有效率，同時還能降低生產(chǎn)成本。</p><p>　　機械手是一門綜合性的學(xué)科，它包含了機械、電子、材料、自動控制等許多學(xué)科方面的知識。隨著計算機和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，機械手也不斷的更新?lián)Q代，朝著精密化、智能化、復(fù)雜化的方

3、向發(fā)展。如今的機械手加入了傳感器反饋系統(tǒng)，當(dāng)機械手發(fā)生故障時，它可以自我檢測，并且自動修復(fù)。</p><p>　　工業(yè)的自動化程度的高低離不開PLC， 它的控制能力越高，自動化的程度也越高。所以PLC常被用于工業(yè)生產(chǎn)中，隨著它的地位逐漸增長，它的功能也隨之有了很大的提高。對于PLC而言，它的程序編寫容易、系統(tǒng)操作靈活，同時對于控制也方便實現(xiàn)，這樣能夠提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和加工的質(zhì)量。在一些惡劣的環(huán)境下，PLC同樣能

4、夠取代人類去完成一些控制，從另一方面而言，成本也相對減輕了許多。基于PLC設(shè)計的機械手自動操作系統(tǒng)，更加容易實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。</p><p>　　在本次設(shè)計任務(wù)中，選用三菱系列的PLC對機械手進(jìn)行控制，完成自動操作系統(tǒng)的設(shè)計。實現(xiàn)對機械手的上下、左右、旋轉(zhuǎn)等控制，要完全實現(xiàn)這些，還需要其它輔助元器件，比如氣缸、傳感器、電磁閥、底座和支架等。為了能夠更加直觀的對機械手的動作進(jìn)行展示，在本次設(shè)計中加入了組態(tài)軟件對機

5、械手進(jìn)行監(jiān)控。MCGS是一種用于對機械手整體監(jiān)控的一種組態(tài)軟件，通過對機械手運動數(shù)據(jù)的采集，MCGS以動畫形式表現(xiàn)，對機械手的運動過程進(jìn)行監(jiān)控和整個流程的控制。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在1954年，美國的著名工程師沃爾德最早提出了人機一體化的構(gòu)想；到了1959年，擁有豐富創(chuàng)造力的兩人沃爾德和英格伯一同制造出了世界上第一臺機械手；1962年時，美國

6、政府將機械手的實用性做了相關(guān)的敘述，機械手慢慢被大家所認(rèn)知；1970年在美國召開了第一屆有關(guān)機械手相關(guān)的會議，主要研究它的價值和實用性；1973年美國一家公司開始制造出了一臺小型的機械手，為工業(yè)發(fā)展做奠基；直到1980年，機械手在日本很快的發(fā)展起來，使得機械手得到了充分的改進(jìn)，現(xiàn)在機械手正在向智能化、高速化、精密化的方向發(fā)展，機械手的定位精度也是越來越高，能達(dá)到現(xiàn)在的納米級別，它的運行速度可以達(dá)到3m/s，產(chǎn)出的產(chǎn)品可以達(dá)到6軸，夾起工

7、件的重量也是越來越大。</p><p>　　生產(chǎn)過程慢慢的向著機械、自動、智能的方向發(fā)展，逐漸地融入了我們生活中。生產(chǎn)工業(yè)的連續(xù)性依靠工業(yè)的自動化，自動化逐漸成為了新時代的標(biāo)志。在國外，利用計算機和鏡頭采集裝置，再加上一些特殊的傳感器裝置組合在一起，能夠有效的定位，這樣更加精確和有效的進(jìn)行加工。但是在機械加工的過程中，對于零件的加工、處理和裝配這些過程是不連續(xù)的，所以在工業(yè)生產(chǎn)中加入生產(chǎn)自動化可以有效地解決這些問

8、題。機械手的靈活多變性可以有效地適用于小批量的自動化生產(chǎn)和柔性的制造生產(chǎn)線上。</p><p>　　在我國，機械手技術(shù)是從80年代開始起步，在七五科技攻關(guān)的熱潮中，生產(chǎn)出了部分的機械人的零件，慢慢的認(rèn)識到機械手的實用性。在國家相對政策的扶持下，開始用機械手對加工零件進(jìn)行噴漆和焊接的工作，這些都是國內(nèi)自己開發(fā)研制的機器。其中孤焊機械手已經(jīng)用于對當(dāng)時汽車生產(chǎn)的焊接上，雖然技術(shù)和人才比較國外來說還有一定的差距，大部分的

9、產(chǎn)品還是要通過進(jìn)口才能完成組裝。在當(dāng)時，許多有著高技術(shù)的國家對自己的產(chǎn)品有嚴(yán)格保密性，不對外銷售，使得我國落后于國外一些國家，但是隨著時間的推移，技術(shù)和人才也飛快的跟上了世界的腳步。我國的企業(yè)主要生產(chǎn)一些中低端的產(chǎn)品，因為沒有高端精密的伺服系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)，這樣很難生產(chǎn)出高端和有質(zhì)量的產(chǎn)品。</p><p>　　目前，國家正在對中國未來的機械制造裝備也出謀劃策，爭取讓這些企業(yè)占取大量的市場份額。我國的“863”機械

10、手技術(shù)主題成立以來，國家對于這些技術(shù)的推廣和引進(jìn)，逐漸使得機械手行業(yè)成為了真正高新的產(chǎn)業(yè)。國家對于機械手企業(yè)提高了優(yōu)惠的政策支持，并且扶持這些企業(yè)提高技術(shù)水平，加大工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)度。</p><p>　　1.3 課題研究主要內(nèi)容</p><p>　　該課題主要設(shè)計一個基于PLC的機械手自動操作系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要用于對機械手的過程控制。機械手的直線、旋轉(zhuǎn)運動都是通過氣缸來完成，氣缸的運動由電

11、磁閥來驅(qū)動。</p><p>　　剛開始時，要求將機械手復(fù)位，工作在左位、高位和放松狀態(tài)。一上電，先控制底部轉(zhuǎn)動氣缸擺動調(diào)整機械手的位置，讓它復(fù)位。然后通過傳感器檢測工件，檢測到工件后，機械手底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開始下降到極限位置，夾緊氣缸夾緊工件，下臂氣缸上升到高位，下臂氣缸上升到極限位置，中間氣缸縮回到極限位置，底部氣缸旋轉(zhuǎn)，中間氣缸右移到極限位置，下臂氣缸開始下降到極限位置，夾緊氣

12、缸放下工件，最后機械手復(fù)位。如圖1-3所示：</p><p>　　圖1-3 機械手實際效果圖</p><p>　　本次課題主要設(shè)計內(nèi)容： </p><p>　　對機械手動作進(jìn)行構(gòu)思，設(shè)計出一套工作的整體方案 </p><p>　　對機械手整體進(jìn)行簡單設(shè)計 </p><p>　　各氣缸選型，

13、PLC和傳感器的選型</p><p>　　系統(tǒng)硬件的設(shè)計和機械手控制程序的設(shè)計</p><p>　　組態(tài)軟件MCGS的設(shè)計 </p><p>　　通過PLC來控制機械手，完成自動控制并且連接MCGS進(jìn)行調(diào)控</p><p>　　1.4 設(shè)計的目的和意義</p><p>　　隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，對于機械產(chǎn)品的精度等

14、級和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也是要求越來越高。人們對于機械產(chǎn)品的設(shè)計，同樣也要求具有創(chuàng)新性，更符合人性化和工業(yè)化。所以，針對國外的設(shè)計可以進(jìn)行參考和總結(jié)，幫助我們完成對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計。</p><p>　　機械手技術(shù)對工業(yè)發(fā)展有很大的好處，首先，它可以按照生產(chǎn)進(jìn)行加工，依照一定的程序和規(guī)定的時間內(nèi)完成工件的加工和傳送；其次，它可以減輕工人的壓力，而且它能單獨的對機械進(jìn)行裝配，因此可以改善工人勞動環(huán)境，有效地提高生產(chǎn)效率，減

15、輕工人勞動強度，節(jié)約了成本。尤其在一些有污染環(huán)境的場合，機械手的實用性更加體現(xiàn)出來。</p><p>　　如今，電子技術(shù)的飛速發(fā)展和滲入，機械手的研究和開發(fā)是人類進(jìn)步的橋梁，機械手的迅速發(fā)展使得它成為工業(yè)行業(yè)中的重要部分。同時，也是因為機器人的發(fā)展，促進(jìn)了機械手的飛速發(fā)展。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被用于自動化流水生產(chǎn)線上，這樣使得機械手能夠廣泛的被運用，并且能夠熟練地適用于工業(yè)生產(chǎn)的腳步。</p>

16、<p>　　本次課題設(shè)計的機械手是通過用三菱PLC來進(jìn)行程序系統(tǒng)的控制，PLC控制是機械手的靈魂。對于三菱系列的PLC,它的通用性好、適用范圍廣、靈活性和編程簡單等方法來實現(xiàn)自動化。</p><p>　　2 機械手整體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.1 機械手概述</p><p>　　在機械行業(yè)中，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)比較多，要想各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運行需要大量的人力

17、、物力、空間資源等，這樣的生產(chǎn)方法成本高、效率低、復(fù)雜程度高。為了解決上述難題，本設(shè)計主要研究基于PLC控制機械手的自動運行。在過去的幾十年里，機械手發(fā)展非常快，迅速發(fā)展成為一種高科技的自動化程度非常高的生產(chǎn)設(shè)備。機械手是機器人的一部分，也是屬于機器人，它有機器人的部分特征，并且機械手可以通過簡單的編程來實現(xiàn)它的自動化來完成各種預(yù)期的任務(wù)，它繼承了人和機器人的一些特征和優(yōu)點，尤其是有了人工智能，在生產(chǎn)過程中更加的準(zhǔn)確和在各種環(huán)境下能夠有

18、效的工作。相對于我國來說，機械手有著更為廣大的發(fā)展空間，也有利于提高國民經(jīng)濟(jì)的水平[3]。</p><p>　　2.2 機械手工作原理</p><p>　　機械手是一種通過一定的編程軟件來對其進(jìn)行自動定位和以多變的動作形式來實現(xiàn)預(yù)期的功能。它擁有多個自由度，在空間中能夠靈活地自由運動。</p><p>　　執(zhí)行元件、驅(qū)動元件和控制系統(tǒng)這三個部分組成了機械手。其中執(zhí)

19、行元件由手部、手臂和身軀構(gòu)成。手部裝在手臂的上端可以夾緊。機械手的手部可以模仿人的手指，因此非常的靈活。在本設(shè)計中主要是用到夾緊氣缸，來完成對零件的夾緊和搬運功能。在設(shè)計中我們可根據(jù)被夾工件的大小和形狀來裝備各種各樣的夾頭，以便適應(yīng)不同的操作需要。手臂是用來引導(dǎo)氣爪能夠準(zhǔn)確地抓住工件，并把工件搬送到另一個工位上。一般機械手的運動有兩種，一種是直線運動，另一種是旋轉(zhuǎn)運動。身軀主要是用來安裝手臂、動力源和各執(zhí)行元件，而且它可以起到連接的作用

20、。</p><p>　　驅(qū)動元件是用來驅(qū)動氣爪來抓取工件也可以吸取工件，以達(dá)到預(yù)定的功能。可以隨時改變被夾持工件件的位置。驅(qū)動元件的能夠?qū)崿F(xiàn)上升、下降、旋轉(zhuǎn)、前后左右移動的這些動作，叫做機械手的自由度。自由度是機械手一個很重要的參數(shù)性能，機械手的自由度越高，則機械手的靈活性就會越高，它的結(jié)構(gòu)就會越復(fù)雜，通用性就會越廣，反之則越小。 本次設(shè)計對機械手整體機構(gòu)進(jìn)行控制，來完成特定的工作內(nèi)容。通過一定的硬件控制

21、系統(tǒng)對其編程來實現(xiàn)所有的功能，在此基礎(chǔ)上加上傳感器系統(tǒng)，進(jìn)行運動的反饋工作，使其更加地穩(wěn)定和精確[4]。</p><p>　　通過上面的有關(guān)知識，我們設(shè)計出了一套機械手，他總共有4個自由度，包括：手臂上下運動、手臂前后伸縮、氣爪的夾緊、底座的旋轉(zhuǎn)。其中，底座的旋轉(zhuǎn)采用的是擺動氣缸，手臂前后和上下運動選擇的是帶導(dǎo)向的氣缸，保證氣爪在抓取工件時的穩(wěn)定性和可靠性，能夠有效地抓取到工件，然后在每個極限位置加上傳感器進(jìn)行反

22、饋，以實現(xiàn)機械手運動的精確性和平穩(wěn)性[10]。</p><p>　　2.3 機械手整體控制要求</p><p>　　機械手運動控制要求一般為手動模式和自動控制模式。其中手動控制模式是適用于調(diào)試和安裝的時候使用或者在出現(xiàn)機器發(fā)生故障的時候使用。本次課題所設(shè)計的是自動控制模式，通過對PLC編寫特定的程序，機械手會按照一定的運動規(guī)律完成特定的動作，往往在設(shè)計中我們加入手動控制模式，這樣便于安裝

23、和調(diào)試，當(dāng)機械手出現(xiàn)故障的時候，可以用手動控制來檢測故障點。通常在設(shè)計先確定控制方案，然后按照方案進(jìn)行設(shè)計。如圖2-3所示，機械手工作流程圖：</p><p>　　圖2-3 機械手工作流程圖</p><p>　　在機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計中，往往加入手動控制的方式。機械手的手動控制包括上升、下降、伸出、縮回、左擺、右擺、夾緊和放松等這些操作過程。一旦自動控制發(fā)生故障或者在第一次設(shè)備安裝調(diào)試過

24、程中，可以通過手動控制進(jìn)行檢測。</p><p>　　2.4 氣動控制元件選型</p><p>　　2.4.1 單向閥</p><p>　　單向閥的氣體的流動方向一般是單向的，當(dāng)P口的氣壓大于活塞彈簧的壓力時，活塞將會被打開，此時P口和A口將會聯(lián)通，這時氣體能夠順利通過。要使得單向閥保持通暢，需要氣體有一定的壓力來抵消彈簧的壓力。如果氣體反向進(jìn)入單向閥中，不論壓

25、力多大，都不能使得反向閥流通，除非閥口被壓力破壞。</p><p>　　2.4.2 單向節(jié)流閥</p><p>　　單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥組合而成的，帶有壓力的氣體從P流向A，經(jīng)過節(jié)流閥的作用，它只能向一個方向流動，這種方式常被用于調(diào)速和延時回路中。</p><p>　　2.4.3 先導(dǎo)式電磁閥</p><p>　　先導(dǎo)式電磁閥顧名

26、思義它帶有一個先導(dǎo)閥芯，要想電磁閥工作，我們要先打開先導(dǎo)閥芯，然后改變氣體流動方向來打開主閥芯。這樣的結(jié)合就是為了在頻繁控制的場合多次開閉主閥芯，對其造成沖擊和磨損。先導(dǎo)式電磁閥也分為單電控和雙電控兩種形式[5]。 </p><p><b>　　2.5 執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　2.5.1 水平氣缸</p><p>　　本設(shè)計中

27、主要運用到氣缸元件，氣缸因為結(jié)構(gòu)的不同可以分為兩大類：膜片式和活塞式。在日常生活中，單作用分為兩類：有桿活塞和無桿活塞。氣動控制元件是將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能的一種裝置，如：氣缸和氣動馬達(dá)。 </p><p><b>　　(1) 普通氣缸</b></p><p>　　普通氣缸是由缸筒機構(gòu)、活塞桿、活塞裝置

28、、前后缸蓋、密封圈和緊固零件等零件組成。缸筒前后蓋四角有四根拉桿和螺母進(jìn)行緊固。活塞中裝有密封圈和導(dǎo)向磁性環(huán)，磁性環(huán)是用來產(chǎn)生一定的磁場，是活塞桿接近磁性開關(guān)的時候發(fā)出一定的型號，即可以在任何時候可以檢測出活塞干的位置。</p><p><b>　?。?） 無桿氣缸</b></p><p>　　無桿氣缸利用活塞直接或間接方式來實現(xiàn)機構(gòu)的往復(fù)運動，并且沒有像普通氣缸一樣

29、的剛性活塞桿。無桿氣缸能夠有效的節(jié)約空間，還能夠有效地避免了有桿活塞和密封圈之間摩擦而帶了的機械能的損失。與有桿氣缸相比，它的行程推動力是雙向的，特別適用于小缸徑和長行程場合的試用?，F(xiàn)在無桿氣缸廣泛的應(yīng)用于數(shù)控機床、注塑機等開門裝置中，通常也用于多功能的坐標(biāo)機器人的輸送線和抓取工件上。</p><p><b>　　(3) 擺動氣缸</b></p><p>　　擺動氣

30、缸是指在空間中一定范圍內(nèi)進(jìn)行一定角度的運動，它的運動的幅度是有一定的局限性。目前擺動氣缸在工業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，經(jīng)常被應(yīng)用受到限制或者轉(zhuǎn)動角度較小的360度的回轉(zhuǎn)工作部件上，其動作原理也是將壓力能轉(zhuǎn)換成機械能，擺動氣缸有一定的擺角。</p><p>　　2.5.2 升降導(dǎo)向氣缸</p><p>　　在機械手中往往不只有水平氣缸，在本設(shè)計中也用到了升降導(dǎo)向氣缸，通常為了完成抓取并將工件放置到

31、目標(biāo)工作臺上，這時必須設(shè)置具有升降功能的氣缸來完成特定的抓取任務(wù)。同時，為了避免氣缸在工作的時候氣缸會因為某些原因發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，所以在氣缸中加了導(dǎo)向機構(gòu)，防止發(fā)生不定性和歪斜。所以選擇時必須要帶有導(dǎo)向的氣缸。帶導(dǎo)桿的氣缸的實物圖,如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 導(dǎo)向氣缸</p><p>　　如圖所示，氣缸外連接板與轉(zhuǎn)接板以及氣爪進(jìn)行連接，外連接板處安裝有三根軸，中間的一

32、根端部帶有螺紋，與活塞桿一體的細(xì)長軸，在活塞的作用下帶動外連接板運動。兩邊的兩根光軸為導(dǎo)桿，與外連接板為過盈配合，在活塞桿帶動外連接板運動時，兩根導(dǎo)桿便隨連接板一起運動，同時兩導(dǎo)桿又限制了活塞桿的轉(zhuǎn)動，使得活塞桿以及外連接板只能沿著導(dǎo)桿的方向進(jìn)行運動，從而起到導(dǎo)向的作用。</p><p><b>　　2.5.3 氣爪</b></p><p>　　機械手的氣爪是用來實

33、現(xiàn)抓取功能，是現(xiàn)代工業(yè)機械手重要組成部分之一。氣爪抓取工件時要迅速、靈活、準(zhǔn)確,其夾緊力不宜過大或者過小，則應(yīng)該根據(jù)所夾取工件的外形、大小、尺寸來計算。同時考慮開口尺寸，以適應(yīng)被抓工件的尺寸的不同，大大提升機械手的應(yīng)用廣度。同時還需要配備多種抓取機構(gòu)，以必要時可以安裝旋轉(zhuǎn)氣爪。</p><p>　　機械夾緊的方式運用是最廣泛的。其中按氣爪運動的方式可分為平移、平動、回轉(zhuǎn)這三種。通過PLC來對電磁閥控制，驅(qū)動機械手

34、爪的夾緊。</p><p>　　手爪由驅(qū)動元件、手爪零部件、傳動機構(gòu)、手指、墊片、附件等組成。以下介紹幾種常見的氣爪：</p><p>　　如圖2.5（a）所示為平行移動的氣爪，平行氣爪通過兩個活塞進(jìn)行控制，成對心方式移動。這種氣爪的抓取力和對中性比較好，同時也可用于內(nèi)外抓取工件進(jìn)行移動。</p><p>　　如圖2.5（b）所示為擺動氣爪，它的擺角大概有 40&#

35、176;，其抓取力較大，并且可以確保力恒定。</p><p>　　如圖2.5（c）所示為旋轉(zhuǎn)氣爪，它工作原理與齒輪嚙合相似，兩個手指可以同時移動并且居中對齊，確保了力的平衡性。幾種不同的氣爪如圖2-5所示：</p><p><b>　　圖2-5 氣爪</b></p><p>　　在本設(shè)計中選擇一種平行二指氣爪。對于機械手底座設(shè)計為圓形底盤式，

36、柱形支撐結(jié)構(gòu)。</p><p>　　綜上所述：對于各氣缸、氣爪的選型如下表2-5所示：</p><p>　　表2-5 氣壓系統(tǒng)清單</p><p>　　2.6 氣動系統(tǒng)圖設(shè)計</p><p>　　氣動系統(tǒng)圖主要是實現(xiàn)對機械手運動控制，可以使機械手平移、旋轉(zhuǎn)、上下、抓緊等動作在本次設(shè)計中均采用單向節(jié)流閥來對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行控制[15]。大概

37、工作原來如下所示：</p><p>　　(1) 當(dāng)電磁閥5得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥15，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥7，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得垂直氣缸伸出。</p><p>　　(2) 當(dāng)電磁閥2得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥13，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥2，最后進(jìn)入水平氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得水平氣缸縮回。</p><p>　　(3

38、) 當(dāng)電磁閥3得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥14，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥4，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸左側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得回轉(zhuǎn)氣缸向左擺動。</p><p>　　(4) 當(dāng)電磁閥4得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥14，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥5，最后進(jìn)入回轉(zhuǎn)氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得氣缸向右擺動。</p><p>　　(5) 當(dāng)電磁閥1得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥13，氣流會

39、經(jīng)過單向節(jié)流閥1，最后進(jìn)入垂直氣缸左側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得水平氣缸伸出。</p><p>　　(6) 當(dāng)電磁閥6得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥15，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥8，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得垂直氣缸向上縮回。</p><p>　　(7) 當(dāng)電磁閥7得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥16，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥10，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得氣爪

40、夾緊。</p><p>　　(8) 當(dāng)電磁閥8得電，氣壓進(jìn)入控制回路后，經(jīng)過電磁閥16，氣流會經(jīng)過單向節(jié)流閥11，最后進(jìn)入垂直氣缸右側(cè)內(nèi)推動氣缸運動，使得氣爪放松。</p><p>　　按照上述控制可以進(jìn)行手動控制和自動控制，在本次設(shè)計中最主要對機械手能夠進(jìn)行自動操作控制，使其能夠自動運行，加入手動控制是為了檢驗和故障處理方便[16]。 其中氣動系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖如下圖2-6所示：</

41、p><p>　　圖2-6 氣動控制系統(tǒng)圖</p><p>　　3 傳感器與可編程控制器（PLC）概述</p><p>　　3.1 傳感器的簡介</p><p>　　傳感器主要是檢測被測物體的物理信息的一種特殊非接觸式裝置，而且能夠?qū)z測到的信息按一定的規(guī)律變換成電信號和所需的形式進(jìn)行輸出。</p><p>　　如今，

42、傳感器技術(shù)是當(dāng)代電子信息技術(shù)領(lǐng)域的主要組成部分。它的目的就是為了測量以我們需要的形式表現(xiàn)出來。它易于處理、易于實現(xiàn)自動化控制和調(diào)節(jié)，對于系統(tǒng)的正常運行起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)代工業(yè)中對于傳感器的要求也越來越高，精度和測控響應(yīng)的速度也是傳感器的至關(guān)重要的，它推動著機電設(shè)備向著智能化、自動化、多元化的方向發(fā)展[11]。</p><p>　　傳感器的基本結(jié)構(gòu)是由傳感元件、信號調(diào)節(jié)器、敏感元件和輔助裝置組成。如圖3-1所示

43、：</p><p>　　圖3-1 傳感器組成</p><p>　　本課題涉及的是位置傳感器，對機械手的各種缸體的位置測量和對工件有無進(jìn)行判斷，以便進(jìn)行反饋。在本次課題設(shè)計中選用的是小型接近式的傳感器。</p><p>　　3.2 傳感器選型</p><p>　　3.2.1 傳感器的工作原理</p><p>　　

44、在所有開關(guān)中，有一種是對自然界所有物體進(jìn)行感知，然后對感知的信號進(jìn)行顯示，通常被人們稱為接近開關(guān)。在一定的位移之內(nèi)，接近開關(guān)能夠?qū)γ舾行栽M(jìn)行檢測，達(dá)到判斷電路通斷的一種方式。這就是接近開關(guān)[17]。</p><p>　　每當(dāng)有物體接近傳感器機接近開關(guān)時，并且在有效的距離范圍內(nèi)，傳感器才具有一定的感知能力，一般傳感器能檢測的最大距離為傳感器的有效距離，檢測距離越大則傳感器的性能就會越好。對于不同的材料，接近開關(guān)

45、的有效檢測距離也是不一樣[6]。</p><p>　　3.2.2 傳感器選型</p><p>　　接近傳感器對于不同的材料的物體接近的距離也是有限的，所以對于不同的材料我們應(yīng)該選用不同的傳感器，這樣是機械整個系統(tǒng)能夠有效地執(zhí)行，在選擇傳感器的時候，應(yīng)該遵循幾個原則：</p><p>　　(1) 非金屬材料如木頭、紙、塑料還有玻璃等，傳感器檢測它們的時候，應(yīng)該選用

46、電容式的接近傳感器。</p><p>　　(2) 當(dāng)傳感器檢測一些如鐵塊、鋼件、鋁、黃銅等金屬材料的物體時，應(yīng)該選用高頻振蕩型傳感器。金屬中也會分靈敏度高低，有些材料靈敏度高，它的檢測距離可以近可以遠(yuǎn)，但對于靈敏度低的，只能將距離拉到最近。</p><p>　　(3) 對于靈敏度不高的金屬材料零件，可以使用磁性的接近式傳感器。</p><p>　　(4) 對于

47、遠(yuǎn)距離的測量時，應(yīng)選用光電型傳感器或超聲波型傳感器。</p><p>　　在本次設(shè)計中，對于鋁合金材料的機械手臂，選擇高頻振蕩型傳感器。在水平氣缸和垂直氣缸的兩個極限位置安裝磁性開關(guān)CS1-11RH-02，共四個；選擇類型為PR30-10DN型號的接近傳感器一對安裝于擺動氣缸的極限位置。在工件臺1底部也選擇同樣類型的傳感器1個，本次設(shè)計中的工件所選用為小正方形的金屬塊[18]。</p><p&

48、gt;　　3.3 PLC簡介</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類的存儲器可以編程，可以用來進(jìn)行內(nèi)部的存儲程序，也可以用來定時、順序控制、邏輯運算、計數(shù)和算術(shù)操作等一些指令。通過對輸入和輸出量的編寫，可以對各種類型的機械或生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)制[19]。</p><p>　　自1969年開始，美國數(shù)字設(shè)備有限公司

49、研究出了第一臺PLC，當(dāng)時生產(chǎn)技術(shù)以集成電路為主的情況下，只能完成一些簡單的控制。到了70年代未的時候，處理器技術(shù)引入到PLC中,使得PLC增加了許多實際的功能。70年代未處理器出現(xiàn)之后引入到PLC技術(shù)后增加了許多功能。隨著微處理器的出現(xiàn)，人們很快的將微處理器引入到可編程邏輯控制器中去，這樣使可編程邏輯控制器的各方面的性能大大提高了。它的運算，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理能力的這些重要的功能有了顯著的提高，隨之成為工業(yè)生產(chǎn)過程中的主心骨。微處理器

50、和PLC有效地結(jié)合到了一起，有效地代替了傳統(tǒng)繼電器復(fù)雜的工作方式。當(dāng)時，個人計算機也迅速的發(fā)展起來，PLC的功能更加得到反應(yīng)和實現(xiàn)。</p><p>　　到了20世紀(jì)70年代中末期的時候，PLC的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，計算機技術(shù)的日漸成熟已經(jīng)全面的引入到了PLC中去，PLC的實用性也在這時大大的表現(xiàn)了出來。隨著對PLC逐漸精致的研究和設(shè)計，PLC的體型越來越小巧，它的精確運算能力也是越來越高。尤其是它的抗干擾能力也

51、是取得了重大的突破。PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位也是不可動搖的，它奠定了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。</p><p>　　20世紀(jì)80年代初PLC在先進(jìn)工業(yè)國家中已得到廣泛地應(yīng)用。隨著它的效益越來越高，世界上許多國家多在生產(chǎn)它，它的產(chǎn)量也達(dá)到了相對的飽和狀態(tài)，這就意味著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，PLC的相關(guān)技術(shù)也是達(dá)到了相對成熟的地步。</p><p>　　90年代中期，PLC發(fā)展的速度越來越驚人，它的硬件系

52、統(tǒng)和軟件系統(tǒng)也達(dá)到了當(dāng)時的最先進(jìn)的時候。同時，PLC的功能性也是越來越多了，PLC逐漸對數(shù)字模擬的處理能力、對數(shù)據(jù)的運算能力、接口的擴(kuò)展性和通訊能力等這些方面有了很大的提高，PLC進(jìn)入過程控制的新時代。</p><p>　　到了20世紀(jì)末期，PLC的發(fā)展更加向著適應(yīng)工業(yè)的方向。同時，出現(xiàn)了各種各樣的功能，如：人機交互功能單元和通信單元。小型PLC和大型PLC也在這個時候生產(chǎn)出來可以適用于不同的環(huán)境中[12]。&l

53、t;/p><p>　　PLC采用大規(guī)模集成電路、承受電壓高、無故障正常工作時間長，可達(dá)幾十萬小時。內(nèi)部還有自我檢查功能，當(dāng)有故障出現(xiàn)時，會及時報警。大多數(shù)PLC編程采用的是梯形圖，而梯形圖簡單、直觀、易學(xué)。采用現(xiàn)代技術(shù)的集成電路，由于現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的集成電路越來越小。很多PLC的內(nèi)部擁有成千上百的繼電器、定時器、計數(shù)器等。</p><p>　　3.4 PLC的結(jié)構(gòu)</

54、p><p>　　PLC是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，它與計算機的結(jié)構(gòu)相似，它也可以成為小型或微型的計算機，所以PLC才會有工業(yè)計算機這一說法。</p><p>　　PLC的硬件結(jié)構(gòu)是由CPU、存儲器單元、I/O裝置、電源接口、擴(kuò)展模塊、單獨的編程器和其它外圍設(shè)備組成，這些結(jié)構(gòu)都是通過數(shù)據(jù)總線相互連接而成[14]。其基本結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3-4所示：</p><p>　　圖3-

55、4 PLC硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC的軟件部分是廠家提供，用于存放PLC的系統(tǒng)運行不可少程序，一般放在EPROM中。用戶可以自己編寫一定的程序來實現(xiàn)所預(yù)定的功能，這種軟件系統(tǒng)為用戶部分。</p><p>　　PLC主要以微型的計算機系統(tǒng)開發(fā)而來的，設(shè)計以計算機、控制技術(shù)、智能技術(shù)、電子技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)一體的多功能控制系統(tǒng)。這樣使得它成為了現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域的必不可少的一

56、部分[9]。</p><p>　　3.5 PLC發(fā)展歷程</p><p>　　在繼電器占主導(dǎo)地位時代，那時可編程控制器還沒有被發(fā)明出來，人們普遍運用繼電器來控制工業(yè)電氣，但是對于電氣控制，越是復(fù)雜的電路所需求的線路和繼電器就會越多，雖然它的應(yīng)用非常廣泛，但相對而言它的可靠性、靈活性都不高，尤其是在出現(xiàn)故障的時候，很難進(jìn)行排查和解決相應(yīng)的困難而且不太容易更改。在工業(yè)電氣環(huán)境中，繼電器適應(yīng)不

57、了工業(yè)環(huán)境的變化[2]。</p><p>　　PLC的發(fā)展分為四個不同的階段：</p><p>　　(1) PLC的結(jié)構(gòu)設(shè)計：在這一階段中，PLC剛剛被設(shè)計出來，隨之而來的各種順序控制器不斷出現(xiàn)，最終選擇了以微處理器為主要控制核心的PLC存留了下來，更加認(rèn)定了它的價值性。因為對它的極大需求，驅(qū)動了它的急速的發(fā)展了起來，并且向著更好更快，更小的方向發(fā)展。PLC的一些硬件結(jié)構(gòu)不斷地走向成熟的

58、地步，對于它的應(yīng)用也越來越廣泛。</p><p>　　(2) PLC的普及階段：隨著PLC的不斷發(fā)展，工業(yè)的需求也越來越大，它的生產(chǎn)也就日益增長，它也就越來越普及。PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品尅是系列化和各種不同的標(biāo)價。在此時，PLC出現(xiàn)了三種不同的塊型：固定輸入輸出型、基本單元擴(kuò)展型、模塊化結(jié)構(gòu)型。PLC開始向著順序控制方向發(fā)展，其中三菱公司的F系列為主要典型產(chǎn)品。</p><p>　　(

59、3) PLC的高性能與小型化階段：在這一階段中，電子技術(shù)的不斷提升，也就帶領(lǐng)著PLC向著小型和緊湊的方向發(fā)展，在體積逐漸減小的狀態(tài)下，PLC的功能并沒有減少，反而更方面有了大大的提高，比如它的運算、存儲、功能模塊也有了大大的提高，日本的三菱公司在本階段主要生產(chǎn)了一些小型的FX小型PLC。</p><p>　　(4) PLC高性能和網(wǎng)絡(luò)化階段： 在這一階段中，隨著CPU運算速度提高，使得PLC的應(yīng)用領(lǐng)域開始涉及

60、工業(yè)自動化。工廠自動化的需要，開發(fā)了適用于過程控制的特殊模塊。與此同時，PLC可以連接傳統(tǒng)的編程器，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到了迅速發(fā)展，為工廠的自動化奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　3.6 PLC特點</p><p>　　(1) 抗干擾能力強：PLC其中最主要的一個特點就是它的抗干擾能力強，在一些特殊的環(huán)境中，有一些輻射和電磁干擾的情況下，PLC工作能力也不會受到任何的影響。

61、它的主電路模塊是用大規(guī)模集成電路制成，而且在電路上加入了濾波整流電路，同時還可以防止受潮、防止塵土、抗震等[1]。</p><p>　　(2) 通用性強：在PLC的控制系統(tǒng)中，不需要繼電器之類的電氣控制元件，它只需要PLC內(nèi)部的軟元件進(jìn)行模擬控制。這樣就有效的避免了大量的硬件接線，提高了生產(chǎn)的效率，要想改變程序的功能，只需要改變編程器里的程序。同一個PLC裝置可以控制不同的對象，只是輸入/輸出的組件和對于軟件的

62、控制方式的不同。PLC交流220V、直流24V由PLC內(nèi)部所提供。</p><p>　　(3) 編程簡單：PLC主要是用于面向用戶的設(shè)備，用戶使用必須簡單易學(xué)，最重要的是編程要最簡單易用而且要易懂。在這一點上，PLC的設(shè)計者們也是充分考慮到使用者的意圖，對于使用PLC的習(xí)慣性。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡單易學(xué)，形象直觀，而且易于掌握，不需要有很強的計算機知識和特殊的計算機語言。</p>

63、<p>　　(4) 功能完善：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)張，PLC的功能也是越來越多，新的功能在不斷地增加，從原來的只有普通的控制到現(xiàn)在擁有邏輯的控制、計數(shù)、計時，到現(xiàn)在能夠單獨的進(jìn)行過程控制、數(shù)模的轉(zhuǎn)換、信息處理和聯(lián)網(wǎng)功能。PLC功能的逐漸完善，這意味著它在工業(yè)行業(yè)中的地位是無可取代的，工業(yè)的進(jìn)步是離不開PLC?，F(xiàn)在，PLC可以實現(xiàn)人機對話功能，這說明未來PLC的發(fā)展方向朝著智能化的方向發(fā)展。</p><

64、p>　　(5) 維護(hù)方便：PLC維護(hù)方便也是PLC得到工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的主要原因，維護(hù)的方便可以有效地提高生產(chǎn)效率和減少不必要的投資，這樣有效地幫工廠提高生產(chǎn)利潤。PLC的體積較小，結(jié)構(gòu)也不是很復(fù)雜而且比較耐用，所以維護(hù)比較方便，PLCI/O裝置可以反映生產(chǎn)過程中的變化，還能有效地檢測，這樣更加利于維護(hù)[7]。</p><p>　　3.7 PLC的選型</p><p>　　本次

65、設(shè)計中，選用的是三菱FX系列的FX2N-48MR型號的PLC,它的輸入輸出點共48個，滿足一般控制的需求，實物圖如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 三菱FX2N系列PLC實物圖</p><p>　　三菱公司的FX系列PLC適應(yīng)性廣，擴(kuò)展性也是非常豐富，最多能夠擴(kuò)展到256個I/O點。FX系列PLC具有很強的通信能力，兼容性也是非常好，基本能夠滿足大多數(shù)對于系統(tǒng)要求比較高的人

66、。它是最廣泛的PLC系列產(chǎn)品之一，體積微小適合在機電一體化產(chǎn)品中使用，其中內(nèi)置D直流24V電源可以作為輸入回路和傳感器的電源使用。</p><p>　　FX系列PLC系統(tǒng)配置靈活，有基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊這三種配置，三種配置決定了三種不同的價格，可以滿足不同人的需求，而且它的性價比也是非常高的。模塊化的PLC也是相當(dāng)?shù)撵`活，單元整體的結(jié)構(gòu)式網(wǎng)絡(luò)，使得它的穩(wěn)定性也是越高。對于用戶而言，這樣的PLC的選擇范圍比

67、較廣，它的應(yīng)用性也是相對比較出色的。</p><p>　　FX系列PLC體積雖然比較小，但是卻具有很強的功能。它內(nèi)置超高速脈沖計數(shù)器，對于輸入輸出刷新、中斷、濾波方式更新、恒定掃描時間有著更快的處理，而且有高速計數(shù)器專用的比較指令。對于FX系列的單元結(jié)構(gòu)一般采用插接式的方法接線，這樣更換單元會更加方便[8]。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)設(shè)計</b><

68、/p><p><b>　　4.1 硬件設(shè)計</b></p><p>　　4.1.1 輸入/輸出口分配表</p><p>　　在設(shè)計機械手自動操作的系統(tǒng)過程中，PLC是控制的核心，首先對PLC硬件進(jìn)行設(shè)計，分配表如下表4-1所示：</p><p>　　表4-1 輸入輸出分配表</p><p>　　

69、4.1.2 硬件接線圖</p><p>　　按照輸入輸出分配表，畫出I/O硬件接線圖，如圖4-1-2所示：</p><p>　　圖4-1-2 硬件接線圖</p><p>　　4,2 系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p>　　4.2.1 順序功能圖</p><p>　　在本次設(shè)計中，我們同時可以加入手動控制系統(tǒng)，在設(shè)計中

70、可以實現(xiàn)手動和自動控制切換系統(tǒng)。但最主要的為自動控制系統(tǒng)，手動控制也是必不可少的。加入手動控制系統(tǒng)可以很方便的檢測和控制，實現(xiàn)手動控制我們可以在相應(yīng)的電磁閥上實現(xiàn)對應(yīng)的功能[13]。</p><p>　　順序功能圖的設(shè)計嚴(yán)格按照一定的先后順序才能保證系統(tǒng)運行時的準(zhǔn)確性。在設(shè)計中，考慮到不可預(yù)料的情況下，有時非要采用手動控制操作，我們可以通過一定的編程來實現(xiàn)手動控制的方式。自動控制為主要系統(tǒng)設(shè)計方式，其控制流程圖如

71、下圖4-2-1所示：</p><p>　　圖4-2-1 順序流程圖</p><p>　　4.2.2 程序功能圖</p><p>　　(1) 自動控制程序：</p><p>　　一上電，機械手復(fù)位，機械手右擺，水平氣缸縮回，垂直氣缸上升；當(dāng)按下X0，當(dāng)極限開關(guān)X6啟動時，檢測元件X22檢測到工件時，置位輔助繼電器M1，機械手左擺；當(dāng)按下X

72、1時，置位輔助繼電器M2，水平氣缸伸出；</p><p>　　當(dāng)極限開關(guān)X3啟動時，置位輔助繼電器M3，垂直氣缸下降；當(dāng)極限開關(guān)X5啟動時，置位輔助繼電器M4，氣爪夾緊，啟動定時器T0；當(dāng)T0計時時間到，置位輔助繼電器M5，垂直氣缸上升；當(dāng)極限開關(guān)X6啟動時，置位輔助繼電器M6，水平氣缸縮回；</p><p>　　當(dāng)極限開關(guān)X4啟動時，置位輔助繼電器M7，擺動氣缸右擺；當(dāng)極限開關(guān)X2啟動時

73、，置位輔助繼電器M8，水平氣缸伸出；當(dāng)極限開關(guān)X3啟動時，置位輔助繼電器M9，垂直氣缸下降；</p><p>　　當(dāng)極限開關(guān)X5啟動時，置位輔助繼電器M10，氣爪夾緊，定時器T1啟動；T1計時器啟動，置位輔助繼電器M11，垂直氣缸上升；當(dāng)極限開關(guān)X6啟動時，置位輔助繼電器M12，水平氣缸縮回；當(dāng)按下X7手動控制按鈕時，置位輔助繼電器M0，使系統(tǒng)復(fù)位；</p><p>　　當(dāng)極限開關(guān)X4啟動

74、時，置位輔助繼電器M1，循環(huán)操作；當(dāng)按下X11時，置位輔助繼電器M0，使系統(tǒng)復(fù)位；</p><p>　　考慮到在執(zhí)行過程中，機械手會出現(xiàn)故障或者不可預(yù)料的情況時，通常加入手動操作，按照其動作的過程，可以設(shè)計相應(yīng)的手動控制結(jié)構(gòu)，手動控制方式可以對機械手進(jìn)行水平，垂直，擺動和氣爪的控制。</p><p>　　(2) 手動控制程序：</p><p>　　按下X12，Y0

75、=1，即氣缸左擺；按下X13，Y1=1，即氣缸右擺；按下X14，Y2=1，水平氣缸伸出；按下X15，Y3=1，水平氣缸縮回；按下X16，Y4=1，垂直氣缸下降；</p><p>　　按下X17，Y5=1，垂直氣缸上升；</p><p>　　按下X20，Y6=1，氣爪夾緊；按下X21，Y7=1，氣爪放松；</p><p>　　5 MCGS組態(tài)設(shè)計</p>

76、<p>　　5.1 MCGS概述</p><p>　　MCGS是一種用于對構(gòu)件運行狀態(tài)進(jìn)行控制和監(jiān)控的一種組態(tài)軟件。目前很多組態(tài)軟件都可以和PLC構(gòu)成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，它非常方便而且易于運用，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)監(jiān)控的一大主流。它通常在Windows平臺上進(jìn)行運用，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以人類可以接受的形式，比如動畫，燈的報警，對流程的控制多種的形式來反應(yīng)工程的狀態(tài)。MCGS操作起來靈活的界面，在自動領(lǐng)域有很廣

77、泛的應(yīng)用，它主要為用戶解決實際工程上的問題。</p><p>　　5.2 MCGS的主要組成</p><p>　　MCGS主要由主控窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略這五部分組成。具體結(jié)構(gòu)如下圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 組態(tài)軟件組成</p><p><b>　　(1) 主控窗口</b>

78、</p><p>　　主控窗口是一個框架，他可以放置一個或多個窗口，主要用于調(diào)度和管理這些窗口。主控窗口它可以用于工業(yè)中的工程的制定，編制工程的主要菜單，設(shè)計封面，確定啟動窗口，同時可以設(shè)定動畫的有關(guān)參數(shù)，保存文件名稱數(shù)據(jù)庫更改。</p><p><b>　　(2) 設(shè)備窗口</b></p><p>　　設(shè)備窗口主要用來連接外部設(shè)備的環(huán)境。它

79、主要用于放置不同類型的設(shè)備構(gòu)件，實現(xiàn)對外部設(shè)備的操作。設(shè)備窗口具有唯一性，一套系統(tǒng)只有唯一的窗口。設(shè)備在運行的時候，設(shè)備窗口可以用來控制整個流程的運動。</p><p><b>　　(3) 用戶窗口</b></p><p>　　用戶窗口顧名思義就是與用戶進(jìn)行溝通的界面，用戶可以直接進(jìn)行使用，同時用戶也可以自我定義其中的控制內(nèi)容，方便自己使用，如一些圖元和動畫構(gòu)件，還

80、有一整套的設(shè)計模塊，用戶可以直接使用。通過這些構(gòu)建，可以有效地將其它窗口進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)定，達(dá)到可視化的效果。</p><p>　　(4) 實時數(shù)據(jù)庫</p><p>　　實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)交換的中心，它是MCGS的核心部分。它起到了橋梁連接的作用，將組態(tài)之間的結(jié)構(gòu)連接成了一個整體。這個窗口主要用來存放不同類型的變量，將數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動作為操作對象。</p>

81、;<p><b>　　(5) 運行策略</b></p><p>　　運行策略主要是對工程運行狀態(tài)的有效的定義和控制，實現(xiàn)流程控制的效果。通過對腳本程序和一些定時程序的設(shè)定可以達(dá)到對機械手的控制。</p><p>　　運行策略作為系統(tǒng)的一個重要的框架，它能夠使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照所設(shè)定的時間順序執(zhí)行程序，使得機械手能夠進(jìn)行有效地操作，對一些構(gòu)件進(jìn)行基本的定義和

82、策略的構(gòu)造，它能夠控制一些工作窗口的開關(guān)狀態(tài)，這樣就可以實現(xiàn)對一些外部設(shè)備的測量和控制[20]。</p><p>　　5.3 創(chuàng)建操作界面</p><p>　　創(chuàng)建工程過程一般是如下：首先對工程系統(tǒng)進(jìn)行分析、對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建、對系統(tǒng)進(jìn)行菜單的設(shè)計、制作動畫的顯示界面、編寫一定的控制程序、對編寫的程序進(jìn)行有效的調(diào)試、最后連接外部設(shè)備進(jìn)行綜合的測試。其中MCGS組態(tài)軟件的界面如下圖5-3所

83、示：</p><p>　　圖5-3 機械手控制系統(tǒng)的MCGS界面</p><p>　　5.4 工程建立和變量定義</p><p>　　(1) 進(jìn)入組態(tài)環(huán)境中，屏幕上會出現(xiàn)窗口環(huán)境，各種功能對應(yīng)于其中。</p><p>　　單擊菜單中的“新建工程”，會自動生成新建工程，默認(rèn)工程名為：“新建工程0.MCG”。</p><

84、p>　　(2) 這時單擊文件中的另存為按鈕，會出現(xiàn)保存另一文件夾按鈕。</p><p>　　(3) 在對應(yīng)的文件名輸入：機械手的控制系統(tǒng)，同時按下保存按鈕，進(jìn)行保存，這是對工程設(shè)定完畢。如圖所5-4-1示:</p><p>　　圖5-4-1 工作臺界面</p><p>　　在MCGS中，需要對其進(jìn)行變量的設(shè)置，建立實時數(shù)據(jù)庫的目的就是對變量的進(jìn)行設(shè)定。變

85、量包括對數(shù)據(jù)的名稱、大小、類型進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，也就是對相關(guān)參數(shù)的確定。</p><p>　　對于實時數(shù)據(jù)庫中的變量，在開始之前需要對其定義，最主要先分析系統(tǒng)，再能夠確定變量值。本系統(tǒng)變量如下圖5-4-2所示：</p><p>　　如圖5-4-2 變量名稱</p><p>　　5.5 編寫控制程序</p><p>　　定時器分為啟停和計時這兩

86、個功能。其中啟停功能就是在需要的時候被啟動，在不需要的時候被停止。而計時功能就是在啟動后進(jìn)行計時。有關(guān)計時時間的設(shè)定，即根據(jù)需要設(shè)定時計時來設(shè)定。狀態(tài)報告功能就是有沒有到設(shè)定時間。復(fù)位功能就是在需要的時候能夠重新開始計時。如圖5-5所示：</p><p>　　圖5-5 程序編寫</p><p>　　在進(jìn)行定時器設(shè)定的同時，也添加一個腳本程序，利用定時器和腳本程序這兩個控制方式來實現(xiàn)對機械

87、手的定時控制。腳本程序清單見附件A[21]。</p><p><b>　　5.6 調(diào)試</b></p><p>　　在保證所有硬件和軟件系統(tǒng)的正確情況下，將用軟件編寫的PLC程序傳到PLC的內(nèi)部去，先將PLC切換到離線模式下，然后將組態(tài)軟件隨之啟動，把組態(tài)軟件MCGS調(diào)到工程運行的狀態(tài)。這樣可以與PLC實現(xiàn)聯(lián)機功能，可以操作不同的按鈕來檢驗程序的是否正確，不正確則應(yīng)

88、該及時的做出相應(yīng)的改正。組態(tài)軟件對機械手進(jìn)行實時的監(jiān)控，PLC的程序也實現(xiàn)了它的功能。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　在本設(shè)計中實現(xiàn)了機械手的自動操作功能，在工業(yè)自動化行業(yè)中得到普遍的應(yīng)用。利用氣缸、電磁閥、PLC裝置、傳感器和一些輔助設(shè)備，達(dá)到了控制機械手運動的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)的自動化正在逐步的向前發(fā)展，機械手的自

89、動化越來越受到歡迎。</p><p>　　經(jīng)過指導(dǎo)老師范老師四五個月悉心指導(dǎo)，從一開始到現(xiàn)在學(xué)到了許許多多的知識，例如：機械手整體結(jié)構(gòu)的選型和配置，怎樣去很好的組合它們，達(dá)到基本設(shè)計的要求；PLC的靈活運用也是老師細(xì)心指導(dǎo)的一個方面，PLC的硬件接線、PLC的選型、程序的編寫和整體的調(diào)試運行，老師在一旁用心的幫我檢查和糾正。剛開始接觸時，對于PLC的整體運行還不是特別的了解，對于PLC的實際操作也不太懂，經(jīng)過這幾

90、個月的實際學(xué)習(xí)，已經(jīng)基本掌握了PLC的硬件和軟件。為了使本次設(shè)計的內(nèi)容更加具有實際運用性，同時在PLC的基礎(chǔ)上加入了組態(tài)軟件。運用組態(tài)軟件對機械手進(jìn)行實時監(jiān)控和檢測。在設(shè)計本次課題時，也遇到了許許多多的問題，最終靠查找資料和向老師請教，最后也圓滿的解決了問題。在范老師的提供下，也做了機械手的運行試驗，雖然中間也出現(xiàn)了一些問題，但得到了及時的調(diào)整，相信這次的學(xué)習(xí)將會對我以后的工作道路上有很大的幫助。在設(shè)計中，不僅僅是設(shè)計出一套自動化的程序

91、，而是要考慮到它的工藝性和價值性，一定要節(jié)約成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在此積累了很多寶貴的經(jīng)驗，相信在以后的道路上，必定有所幫助。 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　歲月如梭，轉(zhuǎn)眼之間大學(xué)四年飛速而過。在過去的四年中，學(xué)到了很多，失去了也很多，知識是學(xué)無止境的，對于這四年的學(xué)習(xí)，理論的知識已經(jīng)非常充實，展望未來，我們將會踏上社會，帶著我們所學(xué)的知識

92、去迎接更大的挑戰(zhàn)。</p><p>　　感謝這次的論文指導(dǎo)老師范老師的嚴(yán)格細(xì)心地指導(dǎo)下完成了這次的課題任務(wù)。所謂嚴(yán)師出高徒，老師的嚴(yán)格把關(guān)和細(xì)心地指導(dǎo)，用心的督促我們，讓我們非常的感動。對于這次的課題很榮幸的分到范老師的麾下，范老師將理論和實踐結(jié)合起來的精神深深的打動了我，理論的知識再強它也只是虛幻，只有通過理論知識運用到實際中去，才能體現(xiàn)出理論的實際價值，老師教我很好的做到了這一點。真心感謝老師對我的學(xué)習(xí)和論文

93、方面的幫助，在大學(xué)的最后一段時光里，留下了深深的烙印，以至于我能夠順利的完成了學(xué)業(yè)。在這里真誠的向范老師致謝。</p><p>　　感謝所有幫助過我的人，謝謝他們的細(xì)心地照顧和指導(dǎo)，也謝謝他們無盡關(guān)懷和體諒，有你們的支持，堅定不移的走下去！</p><p>　　最后感謝所有答辯的老師們，謝謝你們的嚴(yán)格把關(guān)，對你們致以崇高的謝意！</p><p><b>　

94、　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第三版) [M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.</p><p>　　[2] 孫同景，徐德編著. 可編程序控制器（PC）應(yīng)用基礎(chǔ)[M]. 濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，1996. </p><p>　　[3] 李允文.工業(yè)機械手設(shè)計[M

95、].北京:機械工業(yè)出版社,1996.</p><p>　　[4] 張建民.工業(yè)機器人[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1992.</p><p>　　[5] 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器[M].機械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[6] 常建生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[7] 賈

96、德勝.PLC應(yīng)用開發(fā)實用子程序[J].人民郵電大學(xué)出版社,2003.17-20.</p><p>　　[8] 劉建華.三菱FX2N系列PLC應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[9] 俞國亮.PLC原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2004.</p><p>　　[10] 王希敏. 工業(yè)機械手發(fā)展途徑[M]. 機械工業(yè)出版社,1990,0

97、2.</p><p>　　[11] 鄧重一. 接近開關(guān)原理及其應(yīng)用[M]. 機械工業(yè)出版社,2003,05.</p><p>　　[12] 陳建明. 電氣控制與PLC應(yīng)用第二版[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010.1.</p><p>　　[13] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用 第三版.北京.機械工業(yè)出版社.2011.3-4.</p><p&g

98、t;　　[14] 張宏林. PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐 第2版.北京.人民郵電出版 </p><p>　　社.2008.217-219.</p><p>　　[15] 吳振順.氣壓傳動與控制[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.</p><p&

99、gt;　　[16] 鄭洪生.氣壓傳動及控制[M].北京:機械工業(yè)出版社，1987.</p><p>　　[17] 夏銀橋.傳感器技術(shù)及應(yīng)用 [M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2010.</p><p>　　[18] 周潤景.傳感器與檢測技術(shù) [M].北京:機械工業(yè)出版社，1997.</p><p>　　[19] 林明星.電氣控制及可編程控制器[M].北京:機械工業(yè)出

100、版社，2009.</p><p>　　[20] 袁秀英 石梅香.計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試—組態(tài)控制技術(shù)（第二版）</p><p>　　[M].電子工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[21] 覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.</p><p><b>　　附件A</b><

101、/p><p>　　IF 手動=1 THEN</p><p>　　IF 下移=1 THEN</p><p>　　垂直移動量=垂直移動量+66</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 上移=1 THEN</p><p>　　垂直移動量=垂直移動量

102、-66</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 右移=1 THEN</p><p>　　水平移動量=水平移動量+25</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 左移=1 THEN</p><

103、;p>　　水平移動量=水平移動量-25</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 啟動=1 AND 復(fù)位=0 AND 手動=0 THEN</p><p><b>　　定時器復(fù)位=0</b&g

104、t;</p><p><b>　　定時器啟動=1</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 啟動=0 THEN</p><p><b>　　定時器啟動=0</b></p><p><b>　　EN

105、DIF</b></p><p>　　IF 復(fù)位=1 AND 計時時間>49 THEN</p><p><b>　　定時器啟動=0</b></p><p><b>　　啟動=0</b></p><p><b>　　夾緊=0</b></p>

106、<p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 定時器啟動=1 AND 手動=0 THEN</p><p>　　IF 下移=1 THEN</p><p>　　垂直移動量=垂直移動量+1</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p&

107、gt;　　IF 上移=1 THEN</p><p>　　垂直移動量=垂直移動量-1</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 右移=1 THEN</p><p>　　水平移動量=水平移動量+1</p><p><b>　　ENDIF</b>&l

108、t;/p><p>　　IF 左移=1 THEN</p><p>　　水平移動量=水平移動量-1</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 計時時間<2 THEN</p><p><b>　　左擺=1</b></p><

109、p><b>　　EXIT</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 計時時間<7 THEN</p><p><b>　　左擺=0</b></p><p><b>　　右移=1</b></p>

110、<p><b>　　EXIT</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 計時時間<12 THEN</p><p><b>　　右移=0</b></p><p><b>　　下移=1</b><

111、;/p><p><b>　　EXIT</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 計時時間<13 THEN</p><p><b>　　下移=0</b></p><p><b>　　夾緊=1</b