组态王和PLC在机械手臂控制系统的应用

PLC课程设计报告题目：基于PLC的机械手控制系统及组态设计二级学院：电气与电子工程学院班级： 14电气实验班姓名：李浩文学号：组员：指导老师：成绩：日期： 2017年4月基于PLC的机械手控制系统及组态设计摘要随着21世纪的发展，技术科技的不断完善，人们对于机械手的控制系统运用越来越成熟，机械自动化逐步代替了人工操作，这意味着将解放人类劳动力，一些简单重复的动作将会有机器代替运作，并且在某些场所，例如高温高压，有毒气体以及威胁到人类生命安全的环境。

为了适应社会需求的变化，人类不断实践和探索，机械手应运而生，相应的各种难题迎刃而解。

本设计主要介绍了国内外机械手研究现状及可编程控制器S7-200 PLC的研究发展趋势，基于PLC编程可知，组态王可以实现与S7-200编程器相结合，组建简单的仿真界面，通过仿真软件可以清晰的了解到机械手的操作，包括上移、下移、左移、右移。

实验表明，由S7-200 PLC和Kingview6.55构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高、稳定性高。

关键词：S7-200 PLC；组态王Kingview6.55；机械手目录1绪论 (1)1.1研究该课题的重要性 (1)1.2国内外机械手研究现状 (1)1.3该课题研究的内容 (2)2组态王Kingview 6.55和可编程控制器的介绍 (3)2.1组态王Kingview 6.55的介绍 (3)2.1.1组态王的历史 (3)2.1.2组态王的结构 (3)2.1.3组态王的基本配置 (5)2.1.4组态王软件产生的背景 (8)2.1.5组态软件的发展方向 (8)2.2可编程控制器的介绍 (10)2.2.1可编程控制器的概述 (10)2.2.2可编程控制器的历史 (10)2.2.3 PLC的基本结构 (11)2.2.4 PLC的工作原理 (12)2.2.5 PLC的基本配置 (12)3机械手控制系统的设计 (15)3.1机械手控制方式的选择 (15)3.1.1机械手控制方式的分类 (15)3.1.2 PLC与IPC和DCS的比较 (15)3.2 PLC的控制电路程序设计 (16)3.2.1 PLC的I/O分配表 (16)3.2.2编程指令的选择 (17)3.2.4 机械手的动作实现过程 (19)3.2.5 PLC控制机械手的模拟工作图 (19)3.2.6 PLC梯形图设计 (21)3.3 PLC程序的调试 (30)3.3.1 PLC控制的安装与布线 (30)3.3.2机械手控制程序的调试 (31)4组态王Kingview 6.55在机械手控制系统中的应用 (32)4.1工程的建立与结构变量的定义 (32)4.1.1工程的建立 (32)4.1.2建立结构变量的步骤 (33)4.1.3设备与组态王的连接 (35)4.2动画的连接 (38)4.2.1指示灯的动画连接 (38)4.2.2机械手的动画连接 (39)4.3组态运行调试 (45)总结 (46)参考文献 (47)附录 PLC梯形图设计 (48)基于PLC的机械手控制系统及组态设计1绪论1.1研究该课题的重要性该课题主要是研究当代机械手的控制过程以及如何实现，随着科技的不断发展，机械手运用到各个领域和产业当中，而现在机械手面临的问题主要是位置的精准性，定位精准性的准确度决定了机械手在工业的运用场所，同时随着发展的需要，机械手上位机要准备的报出发生故障的所在位置，运行维护人员要第一时间赶往现场并排除故障原因。

PLC和触摸屏在机械手臂控制系统中的应用实践摘要：使用PLC和触摸屏在机械手臂控制系统当中需要进行深入地研究，才能有效地提高机械手臂和控制系统的实际应用效果。

因此先要了解机械手臂控制系统功能，然后对 PLC应用情况进行研究，才能充分明确触摸屏在机械手臂控制系统中的应用状况。

关键词：PLC；触摸屏；机械手臂；控制系统；应用实践随着科技的不断发展，机械手臂的应用范围不断增加，在这样的背景下需要研究机械手臂的控制系统，这样才能更好地使用。

由于机械手臂具有非常明显的使用优势，所以受到了人们的广泛关注。

由于机械手臂的结构比较简单，所以重量相对较轻，但是运行质量比较高，因此机械手臂在具体使用过程中非常可靠。

PLC 和触摸屏是机械手臂控制系统的重要组成，所以对二者进行应用研究，才能更了解机械手臂控制系统。

1机械手臂控制系统的基本功能在机械手臂实际应用时，可以发挥重要的作用，不仅能识别货物是否合格，也能根据货物情况进行搬运和分类。

为了更好地对机械手臂进行控制，在设计机械手臂控制系统时，需要具备以下几个功能。

第一，是单次运行功能。

这个功能是指机械手臂一次性能够完成的动作。

第二，是连续运行功能。

主要是指机械手臂可以连续地工作。

第三，是用户权限设定功能。

是指没有经过授权的人员，不能控制机械手臂，这样设定可以避免操作故障，也可以避免事故的发生。

第四，是报警功能。

当机械手臂出现故障时，系统能够及时地发出警报和信号，从而提醒操作人员系统发生了故障。

2PLC的应用分析2.1PCL 在设计中的应用在进行机械手臂控制系统程序设计时，通过 PLC进行设置和编程需要使用到一些相关软件，同时也需要完善控制系统硬件和配置，通过组合通讯系统可以提升系统安全性，这样才能更好地实际应用。

同时利用软件当中的管理系统，可以对相关项目进行集中管理，但是需要安装外界连接接口，才能够及时地与外界相关信息交换。

而且在PLC 程序当中设置了多种编程语言，能够方便不同用户的使用和控制，其中包括了梯形图和功能块图，以及结构化和语言控制系统等内容。

PLC在机械手控制系统中的应用PLC在机械手控制系统中的应用机械手是通过电气信号控制系统，以柔性、快速、精准的方式实现物品的抓取、移动和放置等动作的高科技装备。

机械手控制系统是机械手的核心部件，也是机械手实现智能化、自动化生产的基础。

PLC(可编程控制器)是应用最为广泛的控制器之一，它在机械手控制系统中起着至关重要的作用。

本文将介绍PLC在机械手控制系统中的应用。

一、PLC的基本原理PLC是一种可编程的数字电子控制器，它具有灵活性、可靠性、可扩展性、可编程性等特点。

PLC的核心是CPU(中央处理器)，其功能主要包括信号采集、信号处理、运算、控制输出等。

PLC将实现控制的程序经过编程装载到内部存储器中，通过读写操作，将输入信号经过处理和比较后产生输出信号，实现对机械手的控制。

二、PLC在机械手控制系统中的应用1.控制机械手的运动机械手的运动包括关节运动和连杆运动，这些运动是由电机驱动的。

PLC可以根据机械手的设计规格，编写相应的运动控制程序，实时监测机械手各个关节的运动位置、速度和加速度等参数，并在需要的时候改变机械手的运动速度和位置，从而控制机械手的运动轨迹和抓取动作。

2.检测机械手与工件的距离和力度机械手与工件之间的物理接触是实现抓取、移动和放置的重要环节。

因此，PLC在机械手控制系统中的另一个应用是检测机械手与工件之间的距离和力度。

PLC可以通过搭载各种传感器来实现对机械手与工件之间的距离感知和力度监测，这些传感器包括接近开关、压力传感器、负载传感器、激光测距仪等。

3.控制机械手的柔顺性和定位精度机械手的工作环境往往比较复杂，需要具有一定的柔顺性和定位精度。

PLC可以通过编写自适应控制算法，在机械手的运动过程中实现柔顺性和定位精度的控制，从而保证机械手在不稳定的环境下的正常运行。

4.采集和处理数据机械手的控制系统中，常常需要采集和处理大量的电气信号和工艺数据，以便进行控制和优化。

PLC具有强大的数据采集和处理能力，能够实时采集、传输各种类型的数据信号，通过编程实现对数据的处理和分析，实现对机械手控制系统的优化和智能化。

1绪论随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展。

机械手最早应用在汽车制造工业，常用与焊接、喷漆、上下料和搬运。

机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒。

低温和高热等恶劣的环境中工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。

目前主要塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。

机械手和数控加工中心，应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造和金属加工等工业。

机械手和数控加工中心，自动搬运小车和自动检测系统可组成柔性制造系统(FMS）和计算机集成制造系统（CIM）,实现生产自动化。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。

其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。

继电器组成的控制系统是最早的一种实现机械手控制的方法。

但是，进入90年代，随着科学家技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对机械手的安全性、可靠性、准确性的要求越来越高，继电器弱点就越来越明显。

可编程序控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广泛的通用工业控制装置，成为当代自动化的主要支柱之一。

机械手控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。

通过PLC 对程序设计，提高了机械手的控制水平，并改善了机械手运行的灵活性。

因此PLC在机械手控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。

2控制系统分析随着PLC的功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。

但是PLC还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析控制对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（PLC单片机、DSC或者IP）来完成该任务的最合适。

控制对象及控制装置（选定为PLC）确定后，还要进一步确定PLC的控制范围。

组态软件在机械控制系统中的应用案例机械控制系统在现代工程领域起着重要作用，它是实现自动化生产的核心部分。

在机械控制系统中，组态软件扮演着关键的角色。

本文将通过几个实际案例，探讨组态软件在机械控制系统中的应用。

案例一：工业生产线的自动化控制系统工业生产线自动化控制系统是机械控制系统中最常见的应用之一。

通过组态软件，工程师可以方便地对整条生产线进行布局和控制。

以一条汽车生产线为例，组态软件可以实现对整个生产流程的监控和控制，包括汽车车身焊接、喷漆、组装等环节。

在这个案例中，组态软件可以将整条生产线分割为一系列的控制单元，每个控制单元负责一个具体的工序。

通过图形化界面，工程师可以实时监测生产线的运行状态，并进行必要的调整和优化。

此外，组态软件还能与其他系统进行数据交互，例如MES系统，从而实现生产数据的采集和分析。

案例二：航空机械控制系统航空机械控制系统对稳定可靠性要求非常高，因此组态软件在该领域中的应用也异常重要。

以一架飞机的飞行控制系统为例，组态软件可以实现对飞机姿态、航速、高度等参数的监控和控制。

在这个案例中，组态软件将飞机的传感器数据实时反馈到图形化界面上，飞行员可以通过这些数据对飞机进行控制。

同时，组态软件还可以实现飞机系统的自动化控制，例如自动驾驶、自动换挡等功能。

案例三：机器人控制系统机器人在现代制造业中得到广泛应用，而机器人的控制系统离不开组态软件。

以一台工业机械臂为例，组态软件可以实现对机械臂各关节的运动控制，以及与其他设备的配合操作。

在这个案例中，组态软件通过图形化界面展示机械臂的位置、速度等参数，并提供各种操作指令。

工程师可以通过组态软件对机械臂进行编程，实现复杂的工艺操作，例如焊接、装配等。

此外，组态软件还可以对机器人进行远程监控和维护。

综上所述，组态软件在机械控制系统中的应用案例非常丰富。

通过组态软件，工程师可以方便地对机械控制系统进行布局和控制，并实现自动化操作和优化。

随着技术的不断发展，相信组态软件在机械控制领域的应用将会越来越广泛，并为机械行业带来更多的创新和突破。

PLC在机械手控制系统中的应用摘要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。

它是集自动控制技术、计量技术、新型传感器技术、计算机管理技术于一体的自动控制产品。

机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，广泛应用在工业生产及其它领域。

应用PLC控制机械手能实现各种规定的工序动作，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

本文首先对机械手控制的研究现状进行了分析，详细列举了常用的机械手控制方式。

其次，利用PLC控制实现了工业现场中常见的机械手控制。

对控制回路硬件和软件的设计使该系统能实现机械手在两个工作台之间工件的搬运，包括左移、右移、上升、下降、夹紧和放松六个动作过程，并且可实现手动操作和自动操作的转换。

最后，利用iFIX组态软件对系统进行组态，实现了对该系统的远程实时监控，使得系统得到最合理的控制。

关键字PLC 机械手控制iFIXTHE APPLICATION OF PLC IN ROBOTICMANIPULATORS CONTROL SYSTEMABSTRACTThe manipulator is a new device developed in the mechanized, automatic production process.It is one automation control product which integrates automatic control technology, measurement technology, new sensor technology and computer technology. The manipulator can catch, put and handle goods in the space. Because of its flexibility, the manipulator is widely used in industrial producing and other fields. Manipulator with PLC control can complete various specified procedural actions. Not only can it enhance the quality and output of products, but also it is meaningful to ensure the personal security, improve the working environment, lower the labor intensity, raise the labor productivity, save the raw materials consumption and reduce the production cost.First, this article analyses the situation of the research and displays the control mode about the manipulator control. Second, the common robot control is realized in the industrial field by using the PLC control. Thanks to the design of the control loop about hardware and software, the system can complete the task that workpiece is moved between the two tables by controlling the corresponding cylinder, including the six action process of the manipulator left and right, up and down and the manipulator clamping and relax. And it also achieves the manual and automatic operation. Last, this article also chooses iFIX configuration software to configure for the system. And it implements the remote and online observation, allowing the system to be the most reasonable control.KEYWORDS PLC Manipulator Control iFIX目录中文摘要 (I)英文摘要............................................................................................................................... I I 1绪论. (1)引言 (1)国内外机械手的研究现状及其实际意义 (1)本课题研究的主要内容 (3)2机械手控制系统的分析 (4)机械手控制系统的控制方式 (4)机械手控制的基本工艺和控制要求 (4)操作面板布置 (6)3机械手控制系统的PLC控制的硬件设计 (7)PLC的选型 (7)输入/输出端子地址分配 (8)控制系统的电气原理图 (8)4机械手控制系统的PLC控制的软件设计 (10)PLC程序设计思想 (10)系统的程序流程图 (10)机械手控制系统软件的整体设计 (12)5监视系统的设计 (17)组态软件iFIX的简介 (17)系统环境的选取 (18)组态界面设计 (19)运行状态显示 (22)结束语 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)1绪论引言随着工业自动化的发展，自动化设备代替人工作业成为现代工业发展趋势。

提供全套，各专业毕业设计泸州职业技术学院毕业设计基于PLC与组态王Kingview6.50实现对机械手的控制设计学生姓名所在系机械工程系班级2012级2班专业机电一体化指导教师2014年9月15日摘要在工业生产等相关领域内，会有一些高温、腐蚀及有毒气体出现在工作环境中，危害了操作人员的健康，增加了工人的劳动强度。

而机械手可以解决这些问题。

机械手可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活多样，从而替代人工操作，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产。

本毕业设计任务主要通过PLC完成对一个5自由度的机械手模型控制，使其完成一系列的生产动作过程，并使用组态王软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示。

设计所使用的机械手系统(TVT-99D)是由三菱FX2N-48MT PLC主机、机械手(滚珠丝杆、滑轨)、Syntron 42BYG250C步进电机及其驱动器、传感器、光电编码器、气动元件等组成，可实现机械手的上下移动、左右移动、底盘旋转及手爪旋转、抓放等动作。

主要采用了步进顺序控制及步进控制技术。

涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表。

设计报告首先介绍了机械手控制方式的选择和所选择方式的简介；其次介绍了应用PLC设计机械手的步骤；还介绍了PLC机械手的程序调试；最后介绍了应用组态王对机械手监控的过程，包括画面绘制、数据变量的设置等。

【关键词】: 机械手 PLC 滚珠丝杠步进控制AbstractIn industrial production and other domains, something like high temperature, corrosion and poisonous gas appear at workplace, which would increased worker's labor intensity and even endangers their health. With manipulator used, those difficult problems can be easily solved. Hand operation can be replaced by manipulator operation, because it can grab, put, move objects flexibly and changefully. So it can be applied to transform the production of variety of medium and small-volume automated production.The task of the graduation design is to control a mechanical hand model with 5 degrees of freedom by PLC, and use it to complete a series of actions.The KINGVING is used to monitor the mechanical hand, and change its movement into animations. The system(model:TVT-99D) I used is composed by MITSUBISHIS FX2N-MT PLC, mechanical hand(ball screw, slide rail), Syntron 42BYG250C step motor and its driver module, sensor, photoelectric encoder ,pneumatic component and so on. It controls manipulator move vertically or horizontally, chassis or paw rotate, pack-and-place. The design mainly uses stepping sequence control and stepping control technology. The process covers programmable control technology, position control technology, detection technology, which is a typical representative of mechatronics.The design report firstly describes how to choose the way to control the mechanical hand and introductions of the ways. Then introduces the design steps. It also introduces program test of the manipulator.At last, the paper introduces the steps of processing and monitoring manipulator by KingView.【Key words】: mechanical hand PLC ball screw step contr目录一、绪论 (4)（一）课题研究目的及意义 (4)（二）国内外机械手研究概况 (4)1.国内方面 (4)2.国外方面 (4)二、机械手控制方式选择 (6)（一）机械手常用控制方法 (6)1．控制方式的分类 (6)2.机械手控制方式的选定 (7)（二）PLC简介 (7)1.PLC组成 (9)2.PLC的特点 (9)3. PLC的主要功能 (9)4. PLC的经济性分析 (10)5.PLC的应用领域及发展状况 (10)（三）组态王简介 (12)1.仿真的基本方法 (12)2.组态王软件特点 (13)1.机械手本体 (17)2.步进电机及其驱动器 (18)3.直流电机驱动器单元 (22)4．接近开关和限位开关 (23)5.旋转码盘 (24)三、应用PLC设计机械手的步骤 (26)（一）工艺控制和设计要求 (26)1.具体流程及步骤 (26)2.设计要求 (27)（二）PLC程序设计 (28)1. I/O点数的确定及PLC类型的选择 (28)2. PLC的I/O分配 (28)3.编程方式及指令的选择 (28)4.PLC程序的设计 (30)四、PLC机械手的程序调试 (36)（一）PLC控制的安装与布线 (37)1.输入接线 (37)2.电源接线 (37)3.接地 (38)五、应用组态王对机械手监控过程 (40)（一）画面绘制 (40)（二）数据变量的设置 (41)（三）组态王与PLC的通讯设置 (41)（四）实际监控 (41)六、小结 (43)（一）设计和调试过程遇到的问题及解决方法 (43)1.外部接线问题 (43)2.PLC选型的问题 (43)3.接近开关使用 (43)4.合并程序 (43)5.特殊辅助继电器M8029的使用 (44)6.步进电机控制问题 (44)（二）心得体会 (44)七、致谢 (45)参考文献 (46)一、绪论（一）课题研究目的及意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。

基于PLC和组态王的数控机床控制系统设计本文介绍了《基于PLC和组态王的数控机床控制系统设计》的背景和目的。

数控机床是现代制造行业中广泛应用的关键设备之一。

它采用计算机控制系统来自动实现工件的加工操作，提高了生产效率和精度。

传统的数控机床控制系统主要由CNC（计算机数控）系统组成，但其设计和维护成本较高，对操作人员的要求也较高。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于PLC（可编程逻辑控制器）和组态王的数控机床控制系统设计。

PLC作为主控制器，通过编写程序来控制整个机床的运行；而组态王则作为人机界面，通过可视化的方式展示机床的状态和操作界面，简化了操作流程。

本文的目的是设计一种性能可靠、成本低廉、易于操作和维护的数控机床控制系统。

通过使用PLC和组态王，我们可以减少系统的复杂性，降低了系统的设计和维护成本，并提供了更友好的操作界面，使操作人员能够快速上手并高效地操作数控机床。

在接下来的章节中，我们将详细介绍基于PLC和组态王的数控机床控制系统设计的具体内容和实现方法。

通过对系统的需求分析、硬件设计、软件编程等方面的讨论，我们将展示这种设计的优点和实用性。

希望本文能够对数控机床控制系统的设计和应用提供有价值的参考，为相关领域的研究和工程实践做出贡献。

在数控机床控制系统中，PLC（可编程逻辑控制器）和组态王起着重要的作用。

下面对它们进行简要介绍。

PLC（可编程逻辑控制器）PLC是一种专门用于工业自动化控制的计算机设备。

它具有可编程的功能，能够实现逻辑控制、数据处理和通讯等功能。

PLC 通过输入和输出模块与外部设备进行连接，根据事先编写好的程序逻辑和指令来控制设备的运行。

PLC具有高可靠性、抗干扰能力强、编程灵活等特点，被广泛应用于各种自动化控制系统中，包括数控机床控制系统。

在数控机床控制中，PLC负责接收来自操作界面或传感器的信号，进行逻辑运算，并控制机床的动作和运行状态。

组态王组态王是一种工业控制软件，它可以与PLC配合使用来实现对机床的控制。

ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ2012 0684交流E XPERIENCEＰＬＣ在机械手控制系统上的应用文／李　利　王玉菊本文对应用三菱公司生产的可编程控制器FX系列PLC，实现机械手搬运控制系统进行介绍。

该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的控制功能，从而使其性能可靠稳定。

一、机械手简介机械手主要由手部和运动机构组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，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。

二、搬运机械手总体结构设计该机械手采用圆柱坐标型，具有三个自由度，即手臂的伸长、缩短和整体旋转。

采用液压驱动，其具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动平稳、操作简单、安全、经济、易于实现过载保护且液压元件能够自行润滑等一系列优点。

在控制方式选择上，由于其功能只是在两个工作台之间搬移工件，运动简单，控制要求不高，因此，采用点位控制方式。

机械手一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。

１．执行机构机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。

手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。

手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。

简单的机械手可以没有手腕。

支柱用来支撑手臂，也可以根据需要移动。

２．传动系统执行机构的动作要由传动系统来实现。

常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。

３．控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作．动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。