基于PLC的工业机械手运动控制系统设计

摘要

随着工业生产自动化程度的不断提高,工业机械手在生产现场的流水线中扮演着越来越重要的作用,已成为现代化工业生产中不可缺少的重要环节。本文基于PLC控制和计算机监控的相关理论,根据工业机械手的控制要求,完成了其运动控制设计以及组态监控系统构建,对控制系统的总体构造、控制流程以及构成系统的各个模块的功能和控制方式进行了研究。整个系统由控制器、驱动模块、执行部件、机械部件、传感器以及上位机组态监控系统组成。系统的控制器采用了三菱公司的FX2N系列PLC;系统的驱动模块由伺服电机驱动器和气压驱动两部分组成;执行部件分别为伺服电机和气缸;机械部件包括基座、滚珠丝杠和导向支撑部件等;监控部分由安装有组态王软件的个人计算机构成。
　　本论文的主要工作侧重于对机械手的运动控制设计以及上位机组态监控设计。控制方面的工作有:对系统前后端控制电路的设计,该部分用于传感器信号采集以及控制面板上按钮信号采集;对软件控制流程的制定和控制程序的编写,该部分使得系统能够按照控制要求以手动和自动两种方式进行工作;驱动模块和执行部件的参数计算和设置,包括对伺服电机的选型、伺服放大器的减速比以及电子齿轮比等控制参数的计算和选取、伺服放大器与PLC的连接方式、气压驱动方式中的中间继电器、电磁阀和气缸相互的控制接线等。另外,监控系统设计方面的工作主要包括组态王的设备配置和通信参数设置、监控画面的设计、动画连接、数据库的构建、命令语言的编写等。PLC采集的现场信号及输出信号的状态变化通过组态王内构建的数据库实时更新,将机械手的运动状况实时地在监控画面上进行显示。通过上述工作,机械手最终能够按照控制程序的要求进行运动,并且实现了上位机监控系统对本机械手的直观形象观测,达到了本论文的设计目的和要求。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 机械手研究意义

1.2 机械手的发展

1.3 机械手组成和分类

1.3.1 机械手的组成

1.3.2 机械手分类

1.4 机械手国内外研究现状

1.4.1 国外研究现状

1.4.2 国内研究现状

1.5 课题研究目的、研究思路以及主要内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究思路

1.5.3 研究的主要内容

第二章 系统总体设计方案

2.1 机械手的工艺流程和实现功能

2.1.1 机械手工艺流程

2.1.2 机械手实现功能

2.2 系统总体设计

2.3 理论支撑和分析

2.4 各功能模块概述

2.4.1 上位机监控系统

2.4.2 控制器

2.4.3 驱动模块

2.4.4 执行模块

2.4.5 传感器模块

第三章 系统的硬件设计

3.1 硬件系统结构

3.2 控制电路设计

3.3 伺服控制系统

3.3.1 伺服系统概述

3.3.2 伺服系统设计

3.4 气动系统

3.4.1 气动系统概述

3.4.2 气动控制系统设计

3.5 机械部件

3.6 传感器

第四章 可编程控制器设计

4.1 可编程控制器概述

4.1.1 可编程控制器的发展

4.1.2 可编程控制器的特点

4.1.3 可编程控制器结构

4.1.4 可编程控制器工作原理

4.2 PLC输入输出设计

4.3 PLC程序设计

4.3.1 回原点程序

4.3.2 手动操作程序

4.3.3 自动操作程序

4.4 系统运行结果

第五章 组态监控系统设计

5.1 系统组态软件的选择

5.2 组态王监控系统设计

5.2.1 建立工程

5.2.2 配置设备

5.2.3 定义变量

5.2.4 组态画面设计

5.2.5 动画连接

5.2.6 命令语言的编写

5.3 监控系统调试

第六章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文