基于mcgs和plc的机械手控制系统的毕业设计

基于mcgs和plc的机械手控制系统的毕业设计内容摘要：

搬运物体以完成在各个不同环境中的工作。 工业机械手是近似自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。 运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合 运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。 为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。 自由度是机 械手设计的关 键参数。 自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。 一般专用机械手有 2～ 3 个自由度。 控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。 同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。 控制系统的核心通常是由单片机或 dsp 等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。 图 31 图 32 硬件设计 输入 /输出端子地址分配 代号 名称 输入编号 代号 名称 输出 SB1 启动按钮 X0 KM1 机械手上行 Y002 SB2 停止按钮 X1 KM2 机械手下行 Y003 SQ1 下限行程 X2 KM3 机械手左行 Y004 SQ2 上限行程 X3 KM4 机械手右行 Y005 SQ3 左限行程 X4 KM5 抓工件 Y006 SQ4 右限行程 X5 KM6 放工件 Y007 PLC 接线图 系统程序设计 GX Developer 是三菱 PLC 的编程软件。 适用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、AnA、 FX 等全系列可编程控制器。 支持梯形图、指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 PLC 程序功能。 GX Developer 的特点 1. 软件的共通化 GX Developer 能够制作 Q 系列， QnA 系列， A 系列（包括运动控制（ SCPU）） ,FX 系列的数据 ,能够转换成 GPPQ,GPPA 格式的文档。 此外，选择 FX 系列的情况下，还能变换成 FXGP DOS ,FXGP WIN 格式的 文档。 2. 利用 Windows 的优越性，使操作性飞跃上升能够将 Excel,Word 等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 3. 程序的标准化 1 标号编程 用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 2 功能块（以下，略称作 FB） FB 是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。 把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。 此外，零件化后，能够防止将 其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。 3 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 4. 能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 5. 能够用各种方法和可编程控制器 CPU 连接 1 经由串行通讯口 2 经由 USB 3 经由 MELSECNET/10 H 计算机插板 4 经由 MELSECNET Ⅱ 计算机插板 5 经由 CCLink计算机插板 6 经由 Ether 计算机插板 7 经由 CPU 计算机插板 8 经由 AF 计算机插板 6. 丰富的调试功能 1 由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。 a 没有必要再和可编程控制器连接。 b 没有必要制作条使用的顺序程序。 2 在帮助中有 CPU 错误，特殊继电器 /特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器 /特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。 3 数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息， 所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 规律可遵循 ,即具有一定的试探性和随意性 ,最后得到的结果也不是唯一的 ,设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。 ? 经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计时比较有效的 ,可以收到快速、简单的效果。 但是 ,由于这种方法主要时依靠设计人员的经验进行设计 ,所以对设计人员的要求也比较高 ,特别时要求设计者有一定的实践经验 ,对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。 对于比较复杂的系统 ,经验法一般设计周期长 ,不易掌握 ,系统交付使用后 ,维护困难。 所以 ,经验法一般只适合于比较 简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。 2 接触器 继电器法 接触器 继电器法就是依据所控制电器的接触器 继电器控制线路原理图，用PLC 对应的符号和功能相当的器件，把原来的接触器 继电器系统的控制线路直接翻译成梯形图程序的设计方法。 接触器 继电器法特别适合于初学者编程设计使用，也特别适合对原有旧设备的技术革新和技术改造。 3 顺序控制法 顺序控制法就是在生产控制过程中，按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入控制信号的作用下，根据所需要的状态和时间顺序，在生产过程中的各个输出执行机构自动地按照预 先规定的顺序有步骤地进行操作。 ? 顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图 ,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。 在顺序功能图中 ,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始 ,步之间没有重叠。 这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。 而对于每一步的程序段 ,只需处理极其简单的逻辑关系。 因而这种编程方法简单易学 ,规律性强。 设计出的控制程序结构清晰、可读性好 ,程序的调试和运行也很方便 ,可以极大地提高工作效率。 4 逻辑设计法 工业电气控制线路中 ,有不少都是通过继电器等电气元件来实 现 ,而继电器 ,交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开 ,因此 ,用“ 0”和“ 1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时完全可以的 ,PLC 的早期应用就是替代继电器控制系统 ,因此用逻辑设计方法同样也适用于 PLC 应用程序的设计。 当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后 ,实现这个逻辑函数的线路就确定了。 当这种方法使用熟练后 ,甚至梯形程序也可以省略 ,可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。 ? 用逻辑设计法设计 PLC 应用程序的一般步骤如下 :? 第一步：列出执行元件动作节拍表 ? 第二步：绘制电气控制系统的状态转移图。 ? 第三步：进行系统的逻辑设计。 ? 第四步：编写程序。 ? 第五步：对程序检测、修改和完善。 流程图 该系统采用顺序控制法，在顺序功能图中 ,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始 ,步之间没有重叠。 这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。 梯形图 用三菱 PLC 的编程 GX Developer 编的梯形图 语句表 MCGS 组态软件 MCGS（ Monitor and Control Generated System， 通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。 它能够在基于 Microsoft 的各种32 位 Windows 平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。 其主要特征和功能大体为：具有简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒体画面、开放式结构、广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、支持多种硬件设备、方便控制复杂的运 行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等。 MCGS 组态软件结构 功能特点 MCGS 软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。 组态环境相当于一套完整的工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。 运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户的制定方式运行，并进行各种处理，完成用户组态用户设计的目标和功能。 组态环境和运行环境的关系如下图所示： 由 MCGS 生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略 五部分组成。 如下图所示 MCGS 的五大组成部分 MCGS 组态软件建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。 （ 1）主控窗口 主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓、运行流程、菜单命令、特性参数和启动特性等内容，是应用系统的主框架。 在主窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，主控窗口负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。 主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定启动的窗口，设定动画刷新周 期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 （ 2）设备窗口 设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。 设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。 设备窗口通过设备构件吧外部设备的数据采集进来，送人实时数据库中的数据输出到外部设备。 一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口来。