可编程控制器PLC实现了对机械手的自动控制

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1、摘 要本文介绍如何采用可编程控制器（简称PLC）控制机械手的自动控制系统。要求机械手能够区分三种货物，并将其放到指定的箱内。设计从三个方面着手，即PLC硬件、软件、实时监控系统。本文第一部分根据机械手六个动作的控制需要，介绍了PLC的有关内容，对PLC控制系统的硬件组成，系统硬件选型作了描述。第二部分针对机械手能够区分三种不同大小的货物，并能将其放到相应的箱内的要求，完成软件的设计及编程调试，并对机械手的区分抓取、搬运、区分存放三个过程作了分析。第三部分主要是实时监控系统设计，完成了上位机与PLC的连接以及世纪星主画面的制作。本文设计的机械手控制系统利用PLC应用软件实现自动控制和世纪星仿真组

2、态监控软件构成可视画面。机械手在对三种货物进行区分的同时还能够对其进行相应的存放，并且运动灵活。通过软硬件的配合与调试，成功的实现了利用PLC对机械手的控制，达到工业设计的要求实现工业设计的自动化。关键词：可编程控制器；世纪星组态软件；机械手；自动控制AbstractThis paper describes how to use programmable logic controller (PLC) control manipulator automatic control system. Asked manipulator can distinguish three types of goo

3、ds, and into the designated box. Design proceed from three aspects, namely PLC hardware, software, real-time monitoring system.According to the first part of this mechanical hand control of six of the need for action on the contents of the PLC, the PLC control system hardware, system hardware Select

4、ion described. The second part against manipulator can distinguish three different sizes of cargo and can put it up on the corresponding box on the request, to complete the design and programming software debugging and manipulator of the distinction between crawl, handling, storage distinction betwe

5、en the three An analysis of the process. The third part is real-time monitoring system design, completed the PC and PLC connectivity and the Xingzhu screen production.In this paper, the design of the robot control system software applications using PLC automatic control and the simulation-monitoring

6、 software configuration a visual screen. Manipulator in the three goods, while also able to distinguish between their corresponding storage, movement and flexibility. Through the co-ordination and debugging of hardware and software, the successful realization of the use of the PLC manipulator contro

7、l, industrial design to the demands of industrial design automation.Keywords: ProgrammableController; Century-configurationsoftware; robot; Automatic Control目 录1 引 言11.1 PLC的应用背景21.2 设计目的21.3 设计思路22 机械手控制系统的设计方案和资源配置32.1 机械手动控制系统的设计要求3 分拣货物过程32.2 机械手控制系统的资源配置6 器件选用6 PLC控制系统的组成7 PLC硬件系统配置83 机械手控制系统的软

8、件设计和调试93.1 编程软件93.1.1 编程软件介绍9 程序的下载、安装和调试93.2 I/O地址分配10 输入部分10 输出部分103.3 系统程序的具体分析11 机械手控制过程中的指令介绍11 源程序分析124 实时监控系统的设计与调试154.1 实时监控系统软件的概述及选择154.2 画面的设计15 世纪星与PLC的连接15 串行通信协议164.2.3 变量的定义17 应用程序命令语言18 可视画面19结 论22参考文献23致 谢24附 录251 引 言 在全面现代化的今天，机械手的应用越来越多。它可以代替人力劳动，并能够大大的提高效率，所以机械手出现在各个领域。以往设计的机械手的种

9、类很多，最简单的例如塔吊。稍微复杂点的有能取代人工在各个冲压工位上进行物料冲压、搬运、上下料等任务的机械手；能够代替人工喷漆机械手；有搬运货物，装卸集装箱的机械手；还有相对体形较小巧用于小物件简单加工的机械手等等。这些机械手都具有运动灵活，能够对物体进行搬运或者对物体进行简单重复的加工。在这当中有很多机械手是由传统继电器控制的，这样的机械手接线复杂，维修量大，费工费时。并且用继电器控制的系统可靠性差，灵活度底，抗干扰能力差。PLC是综合了继电器和接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使得PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方

10、便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；安装简单，调试方便、维护工作量小。本文设计的机械手吸取以往经验,除了有以往机械手运动灵活，能够搬运货物等的功能外，还能够对货物的的大小进行区分，并能够放到相应的箱内。这个似乎令机械手具有了思想，能充分的体现自动控制，响应时代的发展。PLC控制，可以在060度的温度范围，90%以下的相对湿度下工作，可以在电网电压波动、频率变化、机械振动和冲击、电磁干扰等恶劣复杂的工业环境下正常工作。并且免配线更解决了继电器控制所出现的问题。设计从硬件、软件、实时监控系统三个方面着手，根据设计的要求,对硬

11、件进行相应的选型,利用软件编写控制程序,实时监控构成可视画面。通过软硬件之间的配合与调试，从而达到工业设计的要求，实现工业设计的自动化。1.1 PLC的应用背景随着科学技术的发展，PLC广泛应用在机械制造、化工、冶金、交通、电子、电力、纺织、印刷、建筑、轻工机械、包装机械等众多的工业领域中。它适应高新技术的潮流，并与计算机辅助设计与加工、机器人一起被称为当代工业自动化的三大支柱。与其它编程器和传统的继电器相比较，它可以使接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了工效。它的高可靠性、高抗干扰性、高灵活性适应了现代社会的发展，在一些复杂的工艺中PLC更加的重要。在机械手

12、的控制中它的应用更为广泛1。1.2 设计目的 在经济高速发展的今天，机械手的应用越来越广泛，为了以科技代替劳动力，提高生产效率，各种各样的机械手出现在各个生产领域。本文通过用PLC编程控制和组态软件的可视化，实现机械手自动化的同时为机械手注入思想，使它有一定的分辨能力。在简化接线，保证可靠性的前提下提高工作效率，扩展应用领域。1.3 设计思路 本文利用PLC控制的机械手，是根据当今技术的发展以及自动控制在工业中的广泛应用，特别是机械手动作的灵活性和它所从事工作的复杂程度而设计的。设计中机械手主要任务可分两部分。第一部分是区分货物。当启动按钮接通后，机械手臂能够向下运行，在下行过程中有三个位置开

13、关，根据下行的深度也就是货物高度的不同，压合开关的个数也不同，从而根据压合开关的情况可区分出大小不同的货物。第二部分是存放货物，区分出货物后进行向右移动，移动过程中仍有三个位置开关，根据货物的类型压合相应的开关后则下行存放到相应的箱子内。系统的控制要从PLC硬件、软件、和实时监控系统三方面进行设计。根据机械手的具体动作和特点，对PLC硬件进行选型并利用相应的软件进行程序设计同时利用组态软件使画面可视，从而最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求，在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，保证控制系统安全可靠，灵活适用。2 机械手控制系统的设计方案和资源配置2.1 机械手动控制系统的设计要求 根

14、据机械手控制系统的工艺要求，工作特点，机械手在下降过程中根据压合下行位置开关SQ1、SQ2、SQ3情况的不同对三种不同大小的货物进行分捡，分捡后压合下限开关SQ4则机械手上行有，遇到上限开关SQ5后右移进行对货物的存放。根据下行过程中压合开关情况的不同相应的接通SQ6（小货开关）、SQ7（中货开关）、SQ8（大货开关）三个右行位置开关中的一个，将货物存放到相应的货物箱内。机械手示意图如图2.1所示。图2.1 机械手示意图 机械手工作过程1、 机械手的启动当机械手处于起始位置（即SQ5压合），按下启动按钮，则机械手下行。2、 区分货物下行过程中有SQ1、SQ2、SQ3三个下行位置开关，如果下行过

15、程中手臂压合三个开关，则遇到的是最小货物，如果只压合SQ1、SQ2则遇到的是中等货物，如果只压合SQ1则证明遇到的是最大的货物。下行程序如图2.2所示。 3、 抓取并运输当遇到货物时会压合手臂上的下限开关，此时电磁铁线圈得电，机械手抓紧；1秒后，机械手上行；压合上限开关SQ5时机械手右行。如果是最小货物则压合SQ6，如果是中等货物则压合SQ7，如果是最大货物则压合SQ8。这两个过程功能控制图如图2.3所示。 当压合SQ6、SQ7、SQ8三个开关中的一个后机械手下行，然后电磁铁线圈失电，机械手放松，货物落入小货箱内；1秒后，机械手上行、左行返回原位。这个过程功能图如图2.4所示。输送机由电动机M

16、拖动，电动机M正转机械手右行，电动机M反转，机械手向左运行。机械手的上行和下行由双线圈两位电磁阀驱动汽缸实现，放松/抓紧操作是由1个单线圈两位电磁阀驱动汽缸来实现的。图2.2 机械手下行图2.3 抓取存放图图2.4 存放并返回2.2 机械手控制系统的资源配置 器件选用1、 上位机由于机械手控制系统对工控机的运行速度、灵敏度、稳定性以及世纪星组态软件等方面的要求，故上位机选用以计算机作为上位机，用于完成状态显示、向PLC发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，计算机还是图象处理的核心。Microsoft Windows 2000中文平台作为其操作系统台式计算机，这样可以利用W

17、indows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点来辅助机械手控制系统的设计。它比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，并且可以利用计算机丰富的软件资源进行二次开发。这样能直观的监控现场，在此计算机上可完成组态软件的设计和开发、PLC程序的设计和开发、并且还可以通过计算机串口来完成上位机与PLC的CPU单元之间的通信任务2。由于监控系统中世纪星组态软件7.12是一个32位Windows应用软件，基于组态软件考虑，上位机采用安装Windows 2000操作系统的普通计算机，并配以COM接口用做与下位机通信使用。将世纪星组态软件7.12和CX-Programmer编程软件安装于电脑上，

18、为以后组态画面的界面设计和PLC控制部分的编程操作时使用。2、 下位机 本设计的控制系统中机械手上下运行是由电磁阀控制，左右运行是由接触器控制，抓紧放松动作则是电磁铁线圈控制。设计用PLC作为下位机来完成对几个限位开关所输入状态的判别和输出控制等工作。 本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙CPM2A型PLC来实现机械手控制系统要求的。机械手工作过程中需要进行重复而不同的上下左右运动及对货物的抓放，有一定的数据容量和程序存储容量，因此PLC选用日本欧姆龙公司C系列的小型机CPM2A型PLC 30点输入/输出，配有CX-Programmer软件用于控制部分编程时

19、使用。3、 通信方式PLC组网后形成的控制系统可以节约配线、方便安装、提高可靠性和简化系统维护，PLC与计算机连网可以构成集中管理，分散控制的分布式控制系统，能够满足工厂自动化系统发展需求。而本设计的机械手控制系统正是需要有这样的特点。CPM2A CPU支持多样的通信协议：点到点（Point-to-Point）接口（PPI）、多点接口（Multi-Point）（MPI）。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中PPI方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根RS-232C线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择PPI方式，简单且能满足通信要求。CPM

20、2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和计算机互联2。系统结构如图2.5所示。图2.5 系统结构 PLC控制系统的组成（1）PLC系统根据结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块组合式2类。整体式比模块式价格实惠,此控制系统采用整体式PLC。整体式PLC系统由输入单元、电源、CPU、输出单元、外设接口、存储器和扩展端口等组成。此设计选用的是欧姆龙 PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力，可以满足生产自动化的多级要求。由于机械控制不断需要更先进的功能和

21、处理速度，本系统采用CPM2A就是这样一种功能完善的紧凑型PLC，大程序容量和存储单位。另外CPU单元带RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。（2）I/O单元设计中输入电路就是被控对象进行检测、采集、转换和输入，这里主要用安装在控制台的按钮、限位开关向PLC送控制指令由开关进行输入，所以此部分为开关量输入。输出电路是电由磁阀、线圈、接触器等构成，主要功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。（3）PLC外围设备PLC的外围设备很多，但基本功能不外乎是对信息和数据的处理。这里用组态软件来设计一个实时监控系统。 PLC硬件系统配置机械手控制

22、系统的输入端是各个限位开关SQ0-SQ8。输出设备有机械手手臂、手掌。通过几个限位开关的控制，使手臂和手掌能够按要求完成任务。本系统的设计需要9个输入点和5个输出点，以及内部辅助继电器通道等PLC资源。并且输出应选用继电器输出，电压应在DC24V、AC220V。输出点采用分组式接法，每组使用一个电源，不同组使用不同电源，这样方便运行。选用的价格低廉但具有较高的性能的CPM2A系列 PLC，具有同步脉冲控制功能，可方便地调整输入输出的脉冲频率比值。带9点快速响应或高速中断输入点。可方便地与OMRON的可编程序终端(PT)相连接，为机器操作提供一个可视化界面。该公司生产的PLC存储器种类为RAM型

23、，安装的方式有直接插入的集成块、存储器板、IC卡等，这里采用的是集成块安装方式。它们主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。欧姆龙CPM2A PLC提供的是RS-232通信口，通过COM1和COM2与电脑相连。并在主控模块中通常配有锂电池，用于在掉电时，保存用户程序和数据。在CPM2A型号PLC表面安装有LED指示器，用以指示PLC电源（POWER）、运行（RUN）、编程（PROG）、出错（ERROR）、警告（ALARM）、通信（COM）等工作状态3。3 机械手控制系统的软件设计和调试3.1 编程软件CX-Programmer是日本OMRON公司为其生产的PLC而设计的编程支持工具软件。

24、该软件为用户提供了程序的输入、编辑、检查、调试监控和数据管理手段，不仅适用于梯形图语言，而且也适用于助记符语言。3.1.1 编程软件介绍应用软件：PLC控制系统的应用软件是指为完成PLC实际控制任务而编制的各种软件。随着PLC应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，PLC应用软件也大大丰富起来了。PLC系统软件与工作过程：在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐条解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始有开始新一轮的扫描。由于采用的是循环扫描的工作方式，所以只有扫描到“线圈”的触点时，才会动作，没有扫描到时，触点就不会动。并且PLC扫描一次用户程序的时间即扫描周期与用户程序的

25、长短和扫描速度有关，一般为1ms至几十毫秒3。欧姆龙CPM2A型号PLC采用的是梯形图编程语言，这种语言能很简单、很容易掌握、也很直观的看到程序的执行的结果。比起C语言和汇编语言等计算机语言，梯形图语言逻辑性更强，它以图形代替一成不变的指令，让人更容易的记住它。指令也更简单明了化，不用过多的涉及计算机的原理和结构。所以即使对计算机原理与结构掌握不够好，学习起梯形图语言也不会有太大的障碍。这点也同时满足了机械手操作方便，应用广泛的特点。设计中机械手在抓放货物时需要定时，体现它的自动控制性。梯形图的选择更加合适。因为梯形图主要是以逻辑的顺序控制来编程的，也就是以内部继电器的接通顺序，以及一些特殊的

26、指令，如时间继电器TIM、记数继电器CNT、保持器KEEP等配合使用，来实现自动控制的目的。 程序的下载、安装和调试将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、开关、外部设施正确连接，完成硬件的安装。机械手控制程序是由CPM2-CPU21-E支持的指令完成的，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，上位机同PLC采用标准的RS-232串口通信，运行CX-Programmer编程软件，打开机械手控制程序，即可在线调试。也可以用编程器进行调试3 .5。3.2 I/O 地址分配 输入部分本控制系统有九个输入点，启动按钮1个，限位开关有两个,分别为上限开关SQ5和下

27、限开关SQ4。位置开关有六个，分别为下行位置开关SQ1、SQ2、SQ3及大、中、小货物箱位置开关SQ6、SQ7、SQ8。其中下行位置开关用于分辨三种货物，货物箱位置开关使机械手找到相应的存放地点。具体的输入分配如表3.1所示。表3.1 输入地址分配输入地址操作功能0000启动按钮SQ00001下行位置开关SQ10002下行位置开关SQ20003下行位置开关SQ30004下限开关SQ40005上限开关SQ50006小货物箱位置开关SQ60007中货物箱位置开关SQ70008大货物箱位置开关SQ8 输出部分本控制系统有五个输出点，这五点分别为上下行电磁阀、抓紧/放松电磁线圈、左右接触器。两个电磁阀

28、负责机械手的上下运动，线圈负责机械手手掌对货物的抓放，电机的正反转分别带动机械手向右向左运动。具体的输出分配如表3.2所示。表3.2 输出地址分配输出地址操作功能1002下行电磁阀1003抓紧/放松电磁线圈1004上行电磁阀1005向右（电机正转）接触器1006向左（电机反转）接触器3.3 系统程序的具体分析针对系统的各个部分的功能，编写不同的程序让机械手完成相应的任务。其中在机械手抓放货物时，为了保证机械手手掌牢固的抓紧货物或彻底的放松货物，需要有一定的延时。设计用定时指令完成1秒定时，使系统的可靠性更高。 机械手控制过程中的指令介绍（1）定时器指令，如图3.1所示。格式：TIM N SV

29、TIM NSV 符号： 图3.1 定时器N是定时器的编号，其取值范围：000N255。SV是定时器设定值，必须是09999之间的BCD码（十进制数），其取值区域：SR、HR、IR、AR、LR、DM。当采用通道定时，通道内必须是BCD码，否则ER标志位置“1”，程序虽能运行，但定时不准确。TIM指令的功能是实现导通延时操作。当定时器的输入条件是OFF或电源断电时、定时器复位、计时当前值PV等于定时器设定值SV；当输入条件变为ON时，定时器开始定时，计时当前值不断减1，当经过设定时间后当前值变为0000，定时器输出为ON8. 9。 源程序分析根据第二章的顺序功能图编写机械手的控制程序，本程序共分成

30、三个部分。即启动部分、区分输送部分、存放返回部分。这三部分程序结合从而控制机械手正确的完成任务。完整的PLC程序见附录。下面对部分程序加以分析说明。（1）启动程序当输送机处于起始位置，00005触点接通，按下启动按钮SQ0 （00000），20001接通，机械手下行。此过程程序如图3.3所示。 图3.3 启动程序（2）区分输送程序下行过程通过三个开关的不同压合来区分不同的货物，当0001、0002、0003根据不同的货物型号进行不同的接通，如果三个都接通则为小货物，若0001和0002接通这说明遇到中货物，如果只有0001接通则遇到的是大货物。当这三个开关根据货物型号进行相应的接通后0004通

31、道接通，则20002接通，对应输出1003，机械手加紧。然后上行。过程程序如图3.4所示。（3）存放返回程序上行后上限开关0005接通，使20004、20007或20010有一个接通进行右行。再次根据货物型号压合SQ6、SQ7、SQ8中的一个使20008接通进行下行。如果是小货物则压合开关SQ6下行存放，如果遇到的是中货物则压合SQ7下行存放，如果是最大的货物则压合SQ8下行存放。当机械手选好相应的箱后则向下运行，直到压合下限开关SQ4，则20012接通，对应输出1003机械手放松。将货物放到箱内，延时一秒后上行，当00005接通，则进行左行回到原位，一个周期完成。这部分程序如图3.5。图3.

32、4 区分并输送程序图3.5 存放并返回4 实时监控系统的设计与调试4.1 组态软件的选择及概述 组态软件的种类有很多例如Intellution公司的iFIX(2.2)、GE公司的Cimplicity（4.01）、Wonderware公司的InTouch（7.1）以及Siemens公司的WinCC（4.02）。本设计选用世纪星组态软件，此软件是在PC机上开发的智能型人机接口软件系统，此软件的优点是它以 Microsoft Windows 95/98/NT/2000中文平台作为其操作系统，充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用。它比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，

33、并且可以利用PC机丰富的软件资源进行二次开发。世纪星监控组态软件系统由开发系统CSMaker和运行系统CSViewer两部分组成。 CSMaker和CSViewer是各自独立的32位应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在开发系统CSMaker中设计开发的应用程序必须在CSViewer运行环境中才能运行。 世纪星监控组态软件开发系统CSMaker是其应用程序的集成开发环境。软件开发者在这个环境中完成图形界面的设计、数据库定义、动画连接等。开发系统具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、历史数据记录、安全防范等重要功能有简单的操作

34、办法。利用图形控件功能可以大大减少设计界面的时间，从整体上提高工控软件的质量7。 CSViewer是世纪星监控组态软件的实时运行环境，用于显示开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/O服务程序的数据交换。它通过实时数据库管理从工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史数据记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。而且“世纪星”组态软件系统还拥有着不可比拟的广泛性，它可用于电力、通讯、制冷、化工、石油、钢铁、煤炭、水泥、纺织、机械制造、造纸、食品、水处理、建材、环保、智能楼宇、实验室、交通等多种工程领域。同时“世纪星”组态软件系统还提

35、供用户自定义函数功能，象其它计算机语言一样，用户可在命令语言中随时定义自己所需要的函数，并且调用自定义函数与调用系统函数一样方便, 用户自定义函数能达到更精确控制系统的目的10。4.2 监控画面的设计 世纪星与PLC的连接世纪星是通过电脑的通信端口COM1和COM2与PLC的通信口RS-232连接的。打开世纪星开发系统，双击设备安装向导。在其中选择PLC欧姆龙HOST LINK系列串口，然后点击下一步按钮。在连接过程中，依照与电脑连接的端口选择COM1或COM2A。世纪星与PLC的连接方法如图4.1所示过程。 图4.1 选型点击“下一步”在设备对象名中填写要连接的程序名称，然后点击“下一步”然

36、后点击“完成”，即完成了PLC与世纪星的连接10。 串行通信协议串行通信协议包括两个方面的内容：一是字符的传送格式的规定；二是数据传送速率的要求。串行通信的字符格式包括四个部分：起始位、数据位、校验位和停止位。起始位在一个字符中占1位，该位必须为0，表示一个字符的开始。数据位至少5位，最多8位。数据排列方式是低位在前，高位在后。校验位占1位，根据需要可以选，也可以不选。奇偶校验用于有限差错的检验。如果选择奇校验，则组成数据位和校验位的逻辑1的个数必须是奇数，否则传送出错（奇校验错）；选择偶校验，则组成数据位和校验位的逻辑1的个数必须是偶数，否则传送出错（偶校验错）。停止位表示一个字符的结束，可

37、以为1位、1位半和2位。串行通信的数据传送速率是用波特率来衡量的。波特率是指单位时间传送二进制数的位数，本控制系统采用9600。计算机与PLC之间的通信采用主从方式，计算机始终处于主导地位。根据现场应用设置PLC和计算机/PPI电缆的通信参数：波特率、奇偶校验位、停止位和字符长度，这些设定必须与计算机的设定相一致，而在PLC中无需再编写通信程序。具体世纪星串口参数设置见如图4.2所示。图4.2 串行设置 变量的定义世纪星提供的变量数据库是一个实时数据库。在运行系统中，数据库中保存的是所有变量的实时数据。运行系统将数据库中的数据同输入的数据以及工业现场传送来的数据进行实时处理，再将数据送回工业现

38、场，同时更新变量数据库中变量的实时数据。在变量数据库中定义变量时，必须为每个变量定义一种数据类型，这样才能使用该变量。系统提供四大类型变量：系统变量、内存变量、I/O变量和特殊变量。内存变量又分为内存离散变量、内存整数变量、内存实数变量和内存信息变量四种10。机械手控制系统中所用到的内存型变量是内存离散变量，和内存整数变量。机械手需要控制的内存整数变量有手臂、手掌、货物。其中手掌和货物都要进行四个方向的运动。所以这两部分要分别定义两个变量名称。对手掌和货进行两次定义分别为手掌1、手掌2、小货1、小货2。其中手掌1和小货1进行的是垂直方向的运动，手掌2和小货2进行的水平方向的运动。系统中用到开关

39、的内存离散变量是。利用开关来控制机械手的运动，从而实现机械手对货物的抓取存放。其变量定义如图4.3所示。 图4.3 变量定义图4.2.4 应用程序命令语言世纪星除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许定义类似于C语言的命令语言来驱动应用程序，极大地增强了应用程序的灵活性。命令语言可以进行赋值、比较、数学运算，还提供了可执行IF-ELSE条件语句FOR-NEXT 循环语句的逻辑操作能力。用运算符连接变量或常量就可以组成较简单的命令语言语句，如赋值、比较、数学运算等。在编写程序时应注意：（1） 程序中的标点符号必须是命令语言本身提供的，否则编译错误。（2） 程序中用到的变量必须先定义。（3） 程

40、序编译后必须进行语法检查。本系统的监控程序如4.4所示。 图4.4 监控程序 可视画面当在开发系统内对变量进行定义，并且根据要求将程序正确键入后，进行一系列处理，则可在运行系统内看到画面，并可以对其进行监控，机械手可以完成相应的动作。按照要求，机械手启动后进行下行，过程如图4.5所示，如果机械手遇到小货物则进行加紧后上行然后向右移动。过程如图4.6所示。当到达盛放小货物的箱子时则进行下降，如图4.7所示。将货物放到箱里后，手掌再进行上移，回到原来位置继续区分存放过程如图4.8。图4.5 下行抓取图4.6 抓取后转移图4.7 选箱并准备存放图4.8 存放后返回结 论本文利用可编程控制器PLC实现

41、了对机械手的自动控制。设计的主要任务是利用PLC对机械手的上下左右运行及抓放货物的动作进行相应控制，使其按要求完成区分三中大小不同的货物然后将货物放到相应的箱内的过程。并且用可编程控制器PLC和纪星组态软件有机结合来实现机械手区分、抓取、存放可视画面的自动控制。本文根据设计的要求，按照设计思路从PLC硬件、软件、实时监控系统三方面对系统进行控制。根据机械手的需要，设计选择了CPM2A系列PLC硬件，并用相应的软件进行了程序编写，以控制机械手的运动。为了有一个良好的人机界面，采用世纪星组态软件7.12进行实时监控。经过设计控制，机械手能够按照要求，在启动按钮接通后，手臂能够向下运行，在下行中根据

42、压合开关的情况可区分出大小不同的货物。并能够用手掌将货物抓起。当抓到货物后按要求进行向右移动，移动过程中根据货物的类型压合相应的开关后则下行存放到相应的箱子内。从而完成一个周期，进行下个周期的任务。本系统达到了运行安全可靠、操作简便快捷、系统性能稳定的设计预想。PLC与计算机集结合起来构成的机械手自动控制系统，集PLC配置的灵活性、工控计算机强大的数据处理能力、控制网络的数据传送能力、良好的系统开放性、相对低廉的硬件成本、较高的性能价格比等诸多优秀特点于一体，是中、小生产过程自动控制系统的一个很好的选择。但是也有美中不足，在程序控制中不能对机械手手臂、手掌的运行速度进行严格的控制，在世纪星画面

43、中，因为机械的问题，手掌的运动还是不够灵活。在手臂向右运行时，三个开关的启动可采取传感器或者其它器件，这些设计的不完美都还需要进一步的研究和提高。参考文献1 陈在平， 赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计 .机械工业出版社 ：290-3182 陈金华 .可编程序控制器应用技术.北京.电子工业出版社，1993:89-903 钟肇新，彭侃 .可编程控制器原理及应用.第二版 .华南理大学出版社，2003.5:158-1654 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器. 北京. 机械工业出版社 ，2004 :289-2915 钟肇新，范建东 .可编程控制器原理及应用 .第三版 .华南理大学出版社，2003

44、.5:259-2686 王成福 .可编程控制器及其应用 .机械工业出版社：116-1257 祁文钊，霍罡. CS/CJ系列PLC应用基础及案例 .机械工业出版社：256-2738 宋伯生 .PLC编程理论算法及技巧 .机械工业出版社：305-3359 谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计.北京电子出版社，2002：255-276510 世纪星使用手册：-25致 谢几个月的毕业设计即将结束了，在学院的支持下、在老师和同学的大力帮助下顺利完成了本次设计。在此期间，我运用自己以往所学的知识，并且查找了大量相关资料，同时在设计的过程中也学到了很多新的知识，丰富了自己的知识面，开阔了自己的视野 。

45、 通过本次设计不仅加强了自己的基本技能，而且培养了自己动手实践的能力，提高了自己思考和解决问题的能力。磨练了自己的精神和意志，锻炼了自己坚持不懈，勇往直前的拼搏进取精神，为将来能更好的胜任自己的工作打下了坚实的基础。在本次设计中，由于经验的不足，知识的有限，难免有许多考虑不周之处，是老师和同学对我的支持和帮助，使我充满信心的完成设计。我要对给予我关心和帮助的老师、同学和朋友们致以我最真诚的谢意！谢谢你们！尤其是我的指导老师魏静敏老师，在我从选题到设计的过程中给予了我细心的指导和不懈的支持，并为我提供了一些宝贵的资料和一些设计上的方法及建议。我在此谨向魏静敏老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！感谢沈阳理工大学为我提供良好的学习环境和优越的实验设备以及三年来对我的教育和培养。使我有能力为社会献一份力量。我会在今后的学习工作中更加努力。今天我以母校为荣，明天我要让母校以我为荣。 附 录