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哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 摘要 本文介绍了利用可编程控制器PLC对传送带、机械手进行的控制，可以很容易地完成自动和手动切换。 机械手是机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。因为它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，在生产过程中，经常要对流水线上的物体进行分拣，本毕业设计机械手传送带控制系统的PLC设计，采用的西门子PLC，对机械手的上下、左右和抓取运动进行控制，用于检测物体是否合格并且进行分类的机械装置。设计主要是机械手与传送带的原理介绍、软件仿真两部分，以组态软件仿真为核心，采用可编程控制器PLC作为控制器，设计了基于plc的运输设计，上位机采用mcgs昆仑通态软件完成工业控制计算机与PLC之间的数据通讯，并且分为自动和手动，来实现运输的存货和取货。不仅可以提高产品的质量，而且对于人身安全的保障，提高劳动生产率，节约原材料消耗和降低成本。 与此同时我利用MCGS组态昆仑通态软件对整个系统进行仿真设计监控。 关键词：PLC； 机械手；MCGS组态 -I- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） Abstract This paper introduces the use of programmable controller PLC of conveyor belt, manipulator control, can easily complete the automatic and manual switch. Manipulator 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 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 manipulator 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 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 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 configuration -II- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 目录 摘要 ................................................................. I Abstract ............................................................. II 第1章 绪论 .......................................................... 1 1.1 课题背景 ........................................................................................................ 1 1.2 研究意义 ........................................................................................................ 1 1.3 本文结构 ........................................................................................................ 1 第2章 系统设计 ...................................................... 2 2.1 总体要求 ........................................................................................................ 2 2.2 控制要求 ........................................................................................................ 2 2.3 方案分析与设计 ............................................................................................ 2 2.4 本章小结 ........................................................................................................ 4 第三章 传送带传送系统的设计 .......................................... 5 3.1 传送带传输系统的设计方案 ........................................................................ 5 3.2 接触器的介绍及选用 .................................................................................... 6 3.2.1 接触器的介绍及分类 .......................................................................... 6 3.2.2 接触器的选用依据 .............................................................................. 7 3.3 传送带电动机的介绍及选用 ........................................................................ 7 3.3.1 电动机的介绍及分类 .......................................................................... 7 3.3.2 电动机的型号及选用依据 .................................................................. 8 3.4 行程开关的介绍及选用 ................................................................................ 8 3.4.1 行程开关的介绍及分类 ...................................................................... 8 3.4.2 行程开关的选用及型号依据 .............................................................. 9 3.5 光电传感器的介绍及选用 ............................................................................ 9 3.5.1 光电传感器的介绍及分类 .................................................................. 9 3.5.2 传感器的选用及型号依据 ................................................................ 10 3.6二维码扫描器的选用 ................................................................................... 10 3.7按钮的介绍及选用 ....................................................................................... 11 3.7.1按钮的介绍及分类 ............................................................................. 11 3.7.2按钮的选用以及依据 ......................................................................... 11 3.8 本章小结 ...................................................................................................... 11 第四章 机械手控制系统的设计 ......................................... 12 4.1 机械手控制系统的设计方案 ...................................................................... 12 4.2 电磁阀的介绍及选用 .................................................................................. 13 4.2.1 电磁阀的介绍及分类 ........................................................................ 13 4.2.2 电磁阀的选用以及依据 .................................................................... 13 -II- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 4.3 限位开关的选用以及依据 .......................................................................... 14 4.4 本章小结 ...................................................................................................... 14 第五章 PLC程序的设计 ............................................... 15 5.1 PLC的介绍及选用 ...................................................................................... 15 5.1.1 PLC的介绍及分类 ............................................................................ 15 5.1.2 PLC的特点 ........................................................................................ 15 5.1.3 PLC结构 ............................................................................................ 15 5.1.4 PLC性能指标和应用领域 ................................................................ 17 5.1.5 PLC的选用以及依据 ........................................................................ 17 5.2 I/O地址分配 ................................................................................................ 18 5.3 梯形图 ............................................................................................................ 3 5.4本章小结 ....................................................................................................... 20 第六章 组态仿真的设计 ............................................... 21 6.1 组态软件的介绍及选用 .............................................................................. 21 6.1.1 组态软件的介绍 ................................................................................ 21 6.1.2 组态软件的选用 ................................................................................ 21 6.2 MCGS简介 .................................................................................................. 21 6.3 MCGS组态监控画面 .................................................................................. 22 6.3.1 通讯设定： ........................................................................................ 22 6.3.2画面： ................................................................................................. 24 6.4 组态语言 ...................................................................................................... 25 6.5 组态调试 ...................................................................................................... 30 6.6 本章小结 ...................................................................................................... 35 结论 ................................................................ 36 致谢 ................................................................ 37 参考文献 ............................................................ 38 附录1 译文 .......................................................... 39 附录2 英文参考资料 .................................................. 40 -III- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第1章 绪论 1.1 课题背景 由于经济全球化的大潮，世界各国之间贸易频繁，对仓储条件的要求越来越高，传统的仓库运输已不能满足要求，传统仓储运输技术效率低下，空间利用率低，并且需要较多的人员维持仓库的运输，自动化程度很低，同时也存在着安全隐患，所以随着国内经济的飞速发展，已经严重不适应国内各行各业的发展需求，所以市场前景很大。国内在这方面的研究起步晚，与日本、美国为代表的发达国家还存在差距，特别是在PLC的研究方面与发达国家存在较大差距，从而国内的PLC运输研究成果自动化程度不高，控制过程较为繁琐，精度误差较大，所以国内需要自动化程度更高，性能更优的传送带与机械手设计。 早期的传送带运输机由于运行距离短、速度低,运输时受到一下限制。现在对与传送带控制系统中存在的问题,利用可编程控制器取代继电器进行控制传送带的启动和停止。提高了系统的可靠性,传送带是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械。自动控制机械手是现代化理论与工业自动化生产实践的结合，机械手是提高生产过程自动化条件，可以节约调整时间，增加设备的柔性，同时运行稳定可靠。 1.2 研究意义 通过运输的自动控制过程以及监控过程，来优化运输仓库的运输功能，达到预期的目的。在设计中，采用的是机械手与传送带直接的衔接，人通过集成化的操作界面控制机械手与传送带的取货和送货。如果在自动控制过程中发生故障，则可以采用手动控制，来完成取货送货。利用PLC实现对机械手传送带的控制，结构简化，维护方便，可以提高产品质量和生产效率。广泛的应用工业生产。 1.3 本文结构 本文章根据立题的目的意义设计本题目的PLC梯形图，之后进行系统调试，调试成功后再利用mcgs昆仑通态设计画面监控，对画面进行设计，完整的显示监控画面需要的元件，画图完成后，进行写脚本文本，并且模拟运行，找出其中的错误，及时改正。最后撰写毕业设计报告，根据相关要求，完整而正确的完成。 -1- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第2章 系统设计 2.1 总体要求 运用MCGS技术完成控制运输设计的仿真及监控。 2.2 控制要求 （1）按启动按钮启动系统，传送带1启动运行，传输带1运载着包装箱进入光电测量区，传输带1停止。 （2）二维码传感器扫描物体是否合格，合格后，预先准备好的机械手开始下降抓取物体；不合格则放弃，传送带继续传送物体。 （3）机械手下降，抓取物体，上升、右移、下降，将物体放在传送带2上。传送带2位置传感器检测到物体，传送带2运行。 （4）机械手放下物体后，再上升、左移、等待抓物；如此循环，记录物体数量。 （5）按下停止按钮，机械手与传输带1、2均停止。 （6）绘制组态软件进行设备模拟。记录夹取数量。 2.3 方案分析与设计 本毕业设计是基于plc的运输设计，简单的概括就是将传送带1的货物检测后，运用机械手放置传送带2上。当二维码传感器检测到货物时会发送信息给PLC，由PLC控制电机实现传送带的停止功能，机械手运输传送系统将会运行，而当光电传感器检测不到货物时机械手取走货物，传送带将会继续循环运行。 可以把整体分为传送系统和运输系统两部分。传送带系统中是由西门子PLC控制的，PLC控制两个传送带的电机、传感器计数器、二维码传感器、行程开关、光电传感器。机械手运输系统同样是基于PLC控制的，PLC主要将控制机械手的上升、下降电磁阀、放松、夹紧电磁阀、左移、右移电磁阀、上下限位开关、左右限位开关、松紧限位开关。PLC为主控单元，接收信号经过处理发送机械手执行相应的操作。从而实现传送系统的启停和运输系统机械手的搬运动作等。 在设计程序时，先设计系统流程图（如图2.3.1），然后再是主电路与控制电路的电路图和编写程序。在编写程序的时，主要用步进指令编写，这是一常用 -2- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 指令。这是本程序设计中应该注意的一步过程。 开始 传送带1转 到传送带指定位置传送带1停止 检验物体是否合格 Y 机械手下降抓取 N 机械手上升 机械手右移 机械手下降松开 到传送带指定位置传送带2运转 机械手上升 机械手左移 结束 图2.3.1流程图 -3- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 2.4 本章小结 通过对国内外研究的现状，做出对现实需要的改进，培养动手和实践能力。在本次设计中，本章主要是系统设计，通常都需要传送带与机械手直接的衔接，来实现对于检测物体运输的准确性与便捷性。 -4- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第三章 传送带传送系统的设计 3.1 传送带传输系统的设计方案 根据传送带传输系统的设计要求，我要选用一些按钮来实现整个传输系统的启停。我将用两个传感器来控制两个电机，两个电动机来控制两条传送带。传送带物品的计数，我将选用两个个光电传感计数器。而第一条传送带货物所进入的指定位置我用1个行程开关，第一条传送带货物进入的光电传感区我将选用一个二维码传感器进行控制第四章中的机械手控制系统中的机械手。主电路如图3.1（a）所示，控制电路如图3.1（b）所示。 主电路： 如图3.1（a）主电路 -5- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 控制电路： 图3.1（b所示）控制电路 3.2 接触器的介绍及选用 3.2.1 接触器的介绍及分类 接触器是电力拖动和自动控制系统中使用量大的一种低压控制电器，频繁接通和断开交直流回路和大容量控制电路。接触器由电磁机构（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电或者电压显著降低时，吸力消失或减弱，衔铁在缓冲弹簧作用下，主、辅触头又恢复到初始状态。 -6- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 3.2.2 接触器的选用依据 本设计选用2个接触器，该接触器需要满足电压、电流这两个条件。 施耐德 TeSYs系列交流接触器 220V LC1D40M7C如图3.2所示，这是一种比较经济型的接触器，3极接触器机械寿命高达2000万次，电寿命高达200万次。拥有“TH”防护处理，可以在湿热的环境中使用。 图3.2 施耐德 TeSYs系列交流接触器 3.3 传送带电动机的介绍及选用 3.3.1 电动机的介绍及分类 电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成。磁场对电流受力的作用，使电动机转动。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线方向有关，因交流电在磁场与电枢电路中，同时转向，故力偶矩之方向恒保持不变，该机乃转动不停。用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。 1．按工作电源分类 直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相和三相电动机。 -7- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 2．按结构及工作原理分类 直流电动机，异步电动机和同步电动机。 3．按启动与运行方式分类 电容启动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容启动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 3.3.2 电动机的型号及选用依据 本设计中的传送带会用到2个电动机。电动机的选用只要满足小功率三相交流异步电动机这一条件就行。对于仅有一两个简单往复动作的普通机械，在本设计中我们要实现正反转的交流异步电动机。异步电动机主要用于拖动各种生产机械结构简单，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高。 3.4 行程开关的介绍及选用 3.4.1 行程开关的介绍及分类 行程开关也称限位开关，是一种常用的小电流主令电器。它是利用运动部件的行程位置实现控制的电器，利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。把行程开关安装于机械行程的终点处，用于限制行程，称为终端开关，是将机械位移转变为电信号，以控制机械运动的电气装置。 在电气控制系统中，其作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。在生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块碰触行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等，它的作用原理与按钮类似。 行程开关按其结构可分为： 1.直动式行程开关 2.滚轮式行程开关 3.微动式行程开关 按其触点的性质可分为： 1.有触点式 2.无触点式 -8- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 3.4.2 行程开关的选用及型号依据 本课题将选用一个行程开关。该行程开关必须能满足24V直流电压这一条件，我选用西门子行程开关3SE2303-0GW（图3.4）该行程开关耐用性强，价格适中。 图3.4 西门子行程开关 3.5 光电传感器的介绍及选用 3.5.1 光电传感器的介绍及分类 光电传感器是光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，比如光强、光照度、辐射测温等；光电式传感器具有精度高、非接触、性能可靠、而且可测参数多等特点，因此在工业自动化装置中获得广泛应用。比如：机电控制、计算机、国防科技等方面。 我们可以将光电传感器分为这3大类。 1.标准光电传感器 -9- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 2.安全光电传感器 3.门控光电传感器 3.5.2 传感器的选用及型号依据 本课题中会用到2个光电传感器，一个用来计数，一个用来检测。传感器必须具有计数准确、定位（检测）精确这两个条件。 我选用型号为CR-10，CR-10P反射型如图3.5所示。该光电传感器在灰尘较多的场所检测物体；检测透明包装物内部的物体；检测计数；检测运动物体通过等等。此光电传感器具有响应时间短，分辨率高，检测距离长这三个显著优点。 图3.5 光电传感器 3.6二维码扫描器的选用 采用SICK二维码读码器在线实时读取产品上面的二维码,二维码的长度在80位左右(不固定长度)。 读码器与PLC采用485自由口通讯方式，通过串口将二维码信息发送到PLC中，PLC需要对接收到的二维码数据进行处理，通过判断接收到的内容，来判断读码成功或者失败。 计算机通过RS485串口，采用PPI协议与PLC通讯，获取存储在PLC中的二维码数据。 二维码读码器通讯协议：RS485串口，输出内容为ASCII格式：开始标志： -10- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 02H，结束标志03H；读码成功时，输出二维码内容，读码失败时，输出NoRead。例如读码成功时输出：02二维码内容03；读码失败时，输出：02NoRead03 3.7按钮的介绍及选用 3.7.1按钮的介绍及分类 按钮，是一种常用的控制电器元件，常用来接通或断开控制电路，从而达到控制电动机或其他电气设备运行目的的一种开关。 1.常开按钮——开关触点断开的按钮。 2.常闭按钮——开关触点接通的按钮。 3.常开常闭按钮——开关触点既有接通也有断开的按钮。 3.7.2按钮的选用以及依据 该毕设中的按钮皆为常开型低压按钮，可以根据实际价格进行选型，该按钮物美价廉很是实用。 3.8 本章小结 本章主要是确定本设计的硬件选择，对于电机、行程开关、限位开关、二维码扫描器等的选择。无论是手动或是自动工作方式下，限位开关的状态以及传感器输出信号、传动带的启动停止会体现出来并且能够有产品的系统信息，并且对产品的当前总产量，产品中的正品数目、次品数目的动态显示。 -11- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第四章 机械手控制系统的设计 4.1 机械手控制系统的设计方案 机械手控制系统的方案设计中，我根据项目要求我分析传送带传输系统中的二维码扫描器与机械手控制系统起着衔接作用。二维码扫描器通过与PLC的通讯间接的控制机械手的电磁阀，电磁阀再控制气缸，气缸中的推杆运动，到达限位开关，以此来实现机械手的控制。plc接线图如图4.1所示。 图4.1 plc接线图 -12- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 4.2 电磁阀的介绍及选用 4.2.1 电磁阀的介绍及分类 电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，普通电磁阀只有开、关两个位置，在控制精度要求高和参数要求平稳时需选用多位电磁阀电磁阀选型，首先应该依次遵循安全性，可靠性，适用性等来选择。 1.电磁阀从原理上分为三大类 直动式电磁阀、分步直动式电磁阀、先导式电磁阀。 2.电磁阀从从阀结构和材料的区别分类为： 直动膜片结构、先导膜片结构、直动活塞结构、分步直动膜片结构、先导活塞结构、分步直动活塞结构。 4.2.2 电磁阀的选用以及依据 根据本毕设我将选用二位五通电磁阀 电磁阀需具有，两个可控位置：开-关，五个通道通气，其中1个与气源连接，两个与双作用气缸的外部气室的进出气口连接，两个与内部气室的进出气口接连。 两位五通电磁换向气阀24V210-08电磁阀进口密封圈（如图4.2） 图4.2两位五通电磁换向气阀 -13- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 4.3 限位开关的选用以及依据 限位开关是用在机械手控制系统的气缸上，所以我将选用常开型磁性限位开关，我选用型号为150035/YIDA-03R SEEHONG如图4.3所示。 图4.3 常开型磁性限位开关 4.4 本章小结 本章主要是机械手控制系统的设计选件，对于电磁阀和限位开关的选择。手动控制方式下，机械手和传送带的工作是独立的，为保证自动控制和手动控制的合理切换，在自动转向手动时，系统暂停，机械手和传送带停止运动，然后控制器向机械手和传送带发送运转指令。 -14- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第五章 PLC程序的设计 5.1 PLC的介绍及选用 5.1.1 PLC的介绍及分类 可编程控制器简称PC，是一种以计算机为核心的通用工业控制装置，采用了微处理器作为中央处理单元，用于在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时控制、定时、计数和基本运算等操作的指令，经过数字和模拟的输入和输出，控制机械的过程。PLC的发展趋势主要为控制与管理功能一体化，可靠性得到了进一步的提高，CPU处理速度也进一步加快。现代PLC的功能已经超出了上述定义的范围，PLC发展迅速，产品更新速度也明显提升，功能也随之加强，应用更加广泛。已经称为实现工业自动化的一种实用类工具，名副其实的多功能控制器。 PLC的分类： 1.按结构分类：整体式plc、组合式plc。 1.按控制规模分类：微型机、小型机、中型机、大型机、超大型机。 2.按生产厂家分类：德国西门子、日本欧姆龙、三菱、松下、日立、东芝、富士、法国施耐德等。 5.1.2 PLC的特点 PLC具有以下鲜明的特点。 （1）灵活、应用 （2）可靠性高、抗干扰能力强 （3）编程简单、使用方便 （4）接线简单 （5）功能强 （6）体积小、重量轻、易于实现机电一体化 5.1.3 PLC结构 主要由CPU模块，输入模块，输出模块和编程器组成，如图5.1(a)所示。 -15- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 图5.1 PLC控制系统 CPU模块主要由微处理器和存储器组成。存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，其中系统程序存储器为ROM。I/O模块包括输入模块和输出模块，相应的输入输出电路如图5.1(b)、5.1(c)所示。 图5.1(b) PLC的输入电路 -16- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 图5.1(c) PLC的输出电路 5.1.4 PLC性能指标和应用领域 可编程控制器自出现以来发展非常迅速。在工业自动化方面正逐步取代传统的继电器控制系统，plc的性能指标主要有以下几种： 1.I/O点数 2.用户程序存储器容量 3.扫描速度 4.指令种类及条数 5.内部器件的种类和数量 6.智能单元 逐渐成为工业自动化生产控制系统的三大支柱之一。主要应用在以下几个方面： 1.开关量的逻辑控制 2.模拟量的闭环控制 3.数字量的智能控制 4.数据采集与监控 5.通讯、联网与集散控制 5.1.5 PLC的选用以及依据 根据本设计我选用西门子S7-200/CPU226本机集成了24输入16输出共40 -17- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 个数字量I\0，价格低廉，也满足本项目的需求。 5.2 I/O地址分配输入符号表 描述 启动 停止 自动手动 上升到位检测 下降到位检测 左移到位检测 右移到位检测 手动上升 手动下降 手动左移动 手动右移动 手动抓取 手动释放 传送带A检测到位 传送带B检测到位 编码检测合格 输出符号表： 功能描述 传送带A运行 传送带B运行 上升 下降 左移 右移 夹爪打开夹紧 运行指示 合格指示灯 不合格指示灯 剔除 内部地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 外部编号 KA1 KA2 YV1 YV2 YV3 YV4 YV5 HL1 HL2 HL3 YV6 PLC内部地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 外部编号 SB1 SB2 SA1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 B1 B2 B3 -18- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 内部使用地址： 开始读取 读取失败 读取成功 传送带A启动 物体到达传送带A位置合格 左端下降 左端夹紧 左端上升 右移到传送带B 右端下降 右端松开 右端上升 左移动到传送带A 剔除不合格标志 传送带B自动运行 自动手动上位机 手动启动上位机 手动停止上位机 传送带A运行上位机 传送带B运行上位机 手动上升上位机 手动下降上位机 手动左移上位机 手动右移上位机 手动抓取上位机 A传送带计数 B传送带计数 A传送带合格计数 A传送带不合格计数 M0.0 M0.1 M0.2 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 M1.4 M1.5 M1.6 M1.7 M2.0 M2.1 M3.0 M3.1 M3.2 M3.3 M3.4 M4.0 M4.1 M4.2 M4.3 M4.4 M4.5 M4.6 VW0 VW2 VW4 VW6 -2- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 5.3 梯形图 主程序 仿真启动，运行指示灯亮 传送带A开始运行 -3- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 当物体到达传送带A末端时，传送带A停止运行，开始进行二维码扫描检测物体是否合格 设置检测时间，假设为1秒 -4- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 二维码检测之后，合格执行机械手动作，不合格启动剔除 -5- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 检验不合格物体进行剔除 机械手下降到下限位开关，机械手进行抓取动作 -6- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 设定夹紧时间 夹取时间到，开始执行上升机械手 机械手到达左上限位时，机械手开始执行向右移动 -7- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手到右限位时，机械手开始下降移动 机械手到达右下限位时，机械手开始释放物体。 设定释放时间 -8- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 释放时间到，机械手开始上升 右端到达上限位时，执行向左移动，传送带B开始运行 -9- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手到达左限位时，开始循环执行下一动作 传送带A开始运行 -10- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 传送带B开始运物体，设定运行10秒，传动带B停止 传送带B运行 -11- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手上升 -12- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手下降 -13- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手左移 机械手右移 -14- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手夹紧 -15- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 合格与不合格指示灯 二维码扫描器发出信号 -16- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） -17- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 扫描信号 二维码扫描读取数据 -18- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） PLC接受光电开关信号，开始扫描，扫描之后复位开始读码 传送带A计数总产品量 传送带B计数合格产品 -19- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 传送带合格数 传送带不合格数 5.4本章小结 本章主要对于PLC程序进行设计并且调试，在调试过程时我发现，传送包装系统和运输搬运系统两个单独的系统能完成应该有的工作，但是当两个系统结合起来的时候，出现一些问题当光传感检测到货物时，二维码传感器检测物体是否合格，合格后机械手能将货物搬走，而同时，机械手搬走货物后光电传感器检测不到货物，传送带不能正常运行，随后我用步进指令的分支将程序修改完成。 -20- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 第六章 组态仿真的设计 6.1 组态软件的介绍及选用 6.1.1 组态软件的介绍 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA，它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。对于一个完整的监控系统，上位机尤为重要，因为上位机（人机界面）是操作人员与控制系统之间交互的纽带，良好的人机界面可以让操作人员的操作更为容易，工作效率更加提高。 工控组态软件是在生产化工企业使用的某种数据采集和过程控制系统的专用上位机软件，它组态方式灵活，能够进行监控自动控制系统。在组态控制软件出现之前，工业控制领域的用户通常是通过程序员编写程序或者以项目外包的形式编写人机界面上位机程序，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系统。随着工业控制组态软件的迅速发展，实时控制、实时数据库、开放数据接口、通讯及联网、对FO设备的也变得非常广泛。仿真功能．捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。 6.1.2 组态软件的选用 根据本课题我将选用MCGS昆仑通态自动化软件。 6.2 MCGS简介 MCGS监视与控制通用系统是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系统，提供中断处理，定时扫描可达毫秒级，提供对mcgsTpc串口、内存、端口的访问。对用户来说，具体操作简单易学并且命令语言编写容易，参数输入和输出、修改较灵活，控制能力较前，能够多次仿真运行，这些很强的交互设计能力使其在自动化控制系统的测验中可以发挥很理想的效果。 -21- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 6.3 MCGS组态监控画面 6.3.1 通讯设定： 串口设定 PLC设定： -22- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 插入数据： 实时数据库： -23- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 6.3.2画面： 连接PLC画面： 仿真画面： -24- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 6.4 组态语言 仿真画面命令： if (仿真启动停止=1) then if (运行指示=1) then if (动作步骤=0) then 隐藏1=1 传送带A运行输出=1 if (水平移动<190) then 水平移动1=水平移动1+10 endif if (水平移动1>=190) then 动作步骤=1 传送带A运行输出=0 endif endif if (动作步骤=1) then if (合格检测=1) then if (合格指示=1) then 动作步骤=2 else -25- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 动作步骤=10 endif endif endif if (动作步骤=2) then 下降输出=1 if (垂直移动<=100) then 垂直移动=垂直移动+10 else 下降输出=0 动作步骤=3 endif endif if (动作步骤=3) then 夹紧松开输出=1 夹紧松开时间=夹紧松开时间 +1 if (夹紧松开时间>= 10) then 夹紧松开时间=0 隐藏=1 隐藏1=0 水平移动1=0 动作步骤=4 endif endif if (动作步骤=4) then 上升输出=1 if (垂直移动>0) then 垂直移动=垂直移动 -10 else 上升输出=0 动作步骤=5 endif endif if (动作步骤=5) then -26- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 右移输出=1 if (水平移动<170) then 水平移动=水平移动 +10 else 右移输出=0 动作步骤=6 endif endif if (动作步骤=6) then 下降输出=1 if (垂直移动<100) then 垂直移动=垂直移动 +10 else 下降输出=0 动作步骤=7 endif endif if (动作步骤=7) then 夹紧松开输出=0 夹紧松开时间=夹紧松开时间 +1 if (夹紧松开时间>= 10) then 隐藏=0 隐藏2=1 夹紧松开时间=0 动作步骤=8 endif endif if (动作步骤=8) then 上升输出=1 if (垂直移动>0) then 垂直移动=垂直移动 -10 else 上升输出=0 -27- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 传送带B运行输出=1 动作步骤=9 endif endif if (动作步骤=9) then 左移输出=1 水平移动2=水平移动2 +10 if (水平移动>0) then 水平移动=水平移动 -10 else 左移输出=0 隐藏2=0 水平移动2=0 传送带B运行输出=0 动作步骤=0 B传送带计数=B传送带计数+1 endif endif if (动作步骤=10) then 剔除不合格=1 剔除时间=剔除时间+1 if (剔除时间>10) then 剔除时间=0 动作步骤=0 水平移动1=0 endif endif 手动上升=0 手动下降=0 手动左移动=0 手动右移动=0 手动夹紧松开=0 else 右移输出=手动右移动 左移输出=手动左移动 -28- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 上升输出=手动上升 下降输出=手动下降 夹紧松开输出=手动夹紧松开 if (手动左移动=1) then 手动右移动=0 if (水平移动>0) then 水平移动=水平移动 -10 else 手动左移动=0 endif endif if (手动右移动=1) then 手动左移动=0 if (水平移动<170) then 水平移动=水平移动 +10 else 手动右移动=0 endif endif if (手动上升=1) then 手动下降=0 if (垂直移动>0) then 垂直移动=垂直移动 -10 else 手动上升=0 endif endif if (手动下降=1) then 手动上升=0 if (垂直移动<100) then 垂直移动=垂直移动 +10 else 手动下降=0 endif -29- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） endif endif endif if (手动自动上位机=1) then 运行指示=0 endif if (合格指示=1) then 不合格指示=0 else 不合格指示=1 Endif 6.5 组态调试 组态的调试我依然参照PLC程序的调试，分为传送带搬运系统的调试和机械手控制系统的调试两个部分，调试结果为这两个程序均能单独运行，结合在一起出现了问题还是出在光电传感区那部分，之后对于程序进行了修改。 运行： 工程下载：选择模拟运行，点工程下载 -30- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） -31- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 启动运行 点启动运行，进入运行画面 点确定 进入连PLC画面 切换到仿真画面 -32- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 点仿真启动按钮，选择自动模式，点启动按钮 传送带A运行 点合格按钮或者不合格按钮，然后点击检测完成按钮 -33- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 机械手开始下降做一系列的抓取运动释放状态。 释放后，B传送带运动，机械手回到原点，等待下一循环。 -34- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 6.6 本章小结 通过设计要求的各项性能指标，进行仿真的设计，并根据实际调试进行总体参数设计与调节，分析错误产生的原因以及如何解决所产生的问题。模拟运行。首先对照输入信号状态表，设置好开始状态下输入信号的状态，再使PLC运行。依次发出状态转换主令信号，则系统将依次进行工步状态转换。每发出一个状态转换主令信号，系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态。仔细观察。输出端点指示灯，看各输出端点的状态是否在每个工步状态里都与执行元件节拍表里的要求一致，如果一致则说明PLC应用程序设计正确，符合控制要求。这样逐步检查，以便都达到规定状态。 -35- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 结论 本文设计了机械手与传送带的硬件系统、软件控制程序，针对机械手抓取货物的要求，围绕该运输系统的性能提升展开了一系列的工作。本文主要完成了以下几个方面的内容： 1)课题通过对国内外运输的状况分析及市场对机械手需求，进行了结构分析与控制系统硬件与软件设计。 2)在研究与设计中，运行系统的控制流程，应用Step7编程软件编写了相应的PLC控制程序，程序简化，缩短了扫描周期，提高了系统的执行效率，并由在组态软件中编写的相应程序进行触发执行。 3)为实现对于运输的系统监控，采用了目前工程常用中的昆仑通态mcgs软件，并对机械手传送带的组态仿真及进行了分析研究。 通过之前的调试，完成了货物的运输、检测、传送整个生产线的流程。在这条生产线中，有很多的优点，例如，它运用的光电传感计数器，这可以大大降低庞大的人工计数。再例如在光电传感区，我运用了光电传感器，完美的衔接了连个单独的系统，这是比较不错的。由于时间不是很充裕，我仅仅完成了老师的任务，但是我觉得，这条生产线还可以进行更进一步的设计。在机械手运输搬运系统我们可以设计两个机械手，以此来减少等待机械手抓取的时间，提高工作效率。还有就是在传送带2的货物出口处我们可以加装一个光电筛选的传感器和机械手。当然这些只是我的一些想法，也有可能不是很理想。 -36- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 致谢 本次毕业设计是在导师亲切关怀下完成的。指导老师对我的论文进行了太多的指导和帮助，不厌其烦的对论文的细节进行修改和改进；指导老师治学态度严谨，思维开阔，指导毕业论文循循善诱，给我的帮助一直都很大。为了使我的论文更加完善，在论文的撰写过程中，我也努力做到及时积极地跟指导老师交流，随时向老师请教，并且向本专业的其他老师请教，最终完成了本次毕业设计论文的撰写。 在这次基于plc的运输设计和论文的撰写中，周围的同学对我进行了很多的帮助，在此对于帮助我的同学们表示感谢！尤其要强烈感谢我的论文指导老师李乃川老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！还要感谢电气工程自动化专业的老师们，是你们使我在这四年的学习和生活中收获颇丰、受益匪浅。感谢父母这些年来对我的细心照顾和培养，感谢答辩老师们在百忙之中抽出时间来评阅我的论文！ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。 -37- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 参考文献 [1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2004 [2]陈宏.可编程控制器(PLC)的选型[J].化工进展.2003，22(12)：1354～1356. [3]谢明.程怀舟.多层堆垛立体停车库计算机监控系统研究.机械与电子.2004年第9期 [4]程怀舟.基于PLC的多层堆垛立体停车库控制系统设计.电子设计应用.2005.4 [5]钟肇新等.可编程控制器原理及应用. 华南理工大学出版社.第4版.2008.2 [6]刘翠岭，黄建兵，集散控制系统.中国林业出版社 2006.9. [7]李发海，王岩，电机与拖动基础 第三版.清华大学出版社,2005.8 [8]殷洪义，吴建华，PLC原理与实践[M].北京：清华大学出版社，2008.10 [9]西门子中国公司， S7-200系列PLC系统手册. 2003.5 [10]柴瑞娟,陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社.2006. [11]张桂香,张志军.PLC的选型与系统配置[J].微计算机信息.2005(9)：81，82，36. [12]严盈富，罗海平，吴海琴.监控组态软件与PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2006. [13]北京昆仑通态使用手册[M].北京：北京昆仑科技发展有限公司.2001. [14] Controlling a Robotic Arm manipulator with a PLC 《Hämeen Ammattikorkeakoulu》,2008 -38- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 附录1 译文 PLC(可编程序逻辑控制器)是一种通用工业控制平台和高可靠性。基于西门子s7-200系列的PLC,介绍了机械手的控制方案的交通控制系统。给出了硬件设计和PLC程序的细节。此外,配置模拟控制系统是由国王视图的应用程序软件。这个系统,可靠性高的优点,简单的连接和低功耗,可广泛应用于教学实践和工业应用。 摘要本文是委托应用科学大学的目标是设计一个机械手臂的控制系统。机械臂在这种情况下是HAMK实验室自动化、Riihim ki由尼古拉斯Mustaka设计(一个来自希腊的交换学生,2009)本论文的主要目的是设计一个机械手臂控制系统使用可编程序逻辑控制器(PLC)和构造一个爪。控制系统设计包括电子元件的安装(PLC),电机控制器,电压调节器,控制悬而未决的新娘板电路)。预先存在的机械臂设计使用电位器手动工作,用PLC替代。一开始,研究进行了定义设计约束之间寻找最佳的选择最适合这个应用程序的组件。一个PLC控制系统设计需要额外的电子元件,如直流电机控制器和控制下垂的。选择的部分是那些符合规范和设计要求。大部分时间是花在布线和安装。在安装期间,考虑是为一种安全、有效的设计。在这个项目中,夹具的设计和施工开始时没有按计划完成,只有研究和理论设计方法。完成安装后,所有的硬件部分,编程是最后一个完成。操作原则为手动模式和自动模式操作的详细描述的编程这个论文的一部分。所有控制系统的部分,即硬件和编程是一个成功的演示来完成。复杂的编程可能在PLC的自动模式操作。发现一个机械手臂与一种简单的机制可以操作在不同的复杂的方法通过使用PLC。 -39- 哈尔滨华德学院毕业设计（论文） 附录2 英文参考资料 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 control 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 Automation, Riihim ki which was designed by Nicolas Mustaka (an exchange student from Greece, 2009). The main objective of this thesis was to design a control system for the Robotic Arm using a programmable logic controller (PLC) and to construct a gripper. The control system design consisted of the installation of the electronic components (the PLC, a motor controller, a voltage regulator, a control pendent and a bride board circuit). The pre-existing Robotic Arm was designed to work manually using potentiometers and a replacement was made with a PLC. At the beginning, studies were carried out to define the design constraints for finding the best options among components that are most suitable for this application. A control system designed with a PLC needs additional electronic components, such as a DC motor controller and control pendent. The parts selected were those that met specifications and designed requirements. The majority of the time was spent on wiring and installation. During the installation, consideration was made for a safe and effective design. In this project, the design and construction of the gripper was not completed as planned at the beginning, only the research and theoretical design approach was made. After the complete installation of all the hardware sections, the programming was the last to be completed. The principles for manual modes of operation and automatic modes of operation were described in detail in the programming part of this thesis. All the parts of the control system; i.e. the hardware part and the programming part were accomplished with a successful demonstration. The complex programming was possible in the PLC for the automatic mode of operation. It was found that a Robotic Arm with a simple mechanism can be manipulated in a different complex way by using a PLC. -40- 本文来源：https://www.dywdw.cn/990eab54f142336c1eb91a37f111f18583d00c1f.html
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2022-05-28
