179 关节旋转式机械手控制系统与MCGS仿真【毕业论文+cad图纸】【全套机械资料】
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179 关节旋转式机械手控制系统与MCGS仿真【毕业论文+cad图纸】【全套机械资料】,关节,旋转,机械手,控制系统,mcgs,仿真,毕业论文,cad,图纸,全套,机械,资料
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I 关节旋转式机械手控制系统与 真 目录上的页码在老师最后修改后添加 要 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。 在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及 究 述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程。研究了基于 机械手模型控制系统的设计，还研究了 机械手控制系统中的应用。利用组态软件 计了机械手模 型控制系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。 关键词：机械手； n to of to in so In of at LC it of is of LC is s in on it up on of 录 第一章 引言 . 课题研究的目的及意义 . 国内外机械手研究概况 . 第二章 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 . 机械手控制方式的选择 . 控制方式的分类 . . 机械手控制方式的选择 . 可编程序控制器简介 . . . . . . 第三章 机械手自动控制系统的设计 . 制系统设计原则与内容 . 选型 . . . . 传感器 . 行程开关 . 压力传感器 . 分检系统结构 . 分检系统工作原理 . 序设计 . 。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、 焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。 可编程序控制器 (专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置 之一 1。 由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而 具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用 械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用 控制的机械手还比较少。本次课题设计的机械手就是通过 实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习 相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。 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 2 位 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，在自动化领域中有着广泛的应用 2。本设计通过 态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，使机械手的动作过程更加形象化。 国内外机械手研究概况 机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过 40多年的发展，现在已 2 经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部 分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉 ，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能 3。 目前机械 手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统 (如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等 )、机械手化机器、智能机械手 (不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等 )。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部 队 45。 国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几 个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于 感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。 国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械 手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手 (水下、爬壁、管道、遥控等机械手 )基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协 调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基 础 6。 3 第二章 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 机械手控制方式的选择 控制方式的分类 传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的 、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷： (1)仅适合于简单的逻辑控制； (2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性； (3)没有改动和优化的可能性。 伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从 继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点： (1)硬件上至少有一个微处理器； (2)通过软件实现控制思想。 目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有： (1)可编程序逻辑控制器 ( (2)工业控制计算机 ( (3)集散控制系统 ( 集散控制系统的比较 1、 各自技术发展的起源 计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标 准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。 要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展， 技术和功能上发生了 飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和 节等功能模块；运算速度提高， 信能力的提高发展了 4 多种局部总线和网络 (因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被 夹 收到 统中。 过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。 2、相同点 在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看， 业计算机、集散系统 (间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器 和 I/程方面也有很多相同点。 3、不同点 由于 计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。 编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。 特别需要提出的是， 线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。 适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于 是从开关量控制而言， 总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品 7。 机械手控制方式的选择 现的自动控制系统，其控制功能基本都是通过设计软件来实现的，这种软件是利用 商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计。 问世以来，经过 20 多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前， 国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用 计自动控制系统已成为世界潮流。 所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力。编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片 5 机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。 输入端 )为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。 有很多的优点。机 械手控制系统若采用 制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于 具有的灵活性、模块化、易于扩展等特点，可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求。机械手采用 以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。同时，用 制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能 。 综上所述，机械手的控制方式选择 可编程序控制器简介 可编程序控制器 (称 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置， 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务 。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱 (器人和 一。 制技术代表着当前程序控制的先进水平， 置已成为自动化系统的基本装置 8。 结构 构可分为 整体式、模块式和叠装式。 (1)整体式 整体式 I/O 部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型 用这种结构。 例如，美国 司的 系列 (2)模块式 模块式结构是将 部分分成若干个单独的模块，如电源模块、 块、 I/块式 机架和各种模块组成 。模块式 置灵活，装配方便，便于扩展和维修。 例如， 6 西门子公司的 (3)叠装式 将整体式和模块式结合起来 ，称为叠装式 除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。例如，西门子公司的 是叠装式结构形式。 一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 硬件系统由微处理器 (存储器 (输入输出 (I/O)部件、电源部件、编程器、 I/O 扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线 (电源总线、控制总线、地址总线、数据总线 )连接而成 9。其结构简图如下： 图 件结构图 软件系统是指 使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个 品必须包括的部分，由家提供，用于控制 统程序固化在 户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的 统，他们是相辅相成，缺一不可的。 特点 可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装输出部件 外设I/存储器 处理器 运算器 控制器 电源 输入部件 I/O 扩展接口 I/O 扩展单元 受控元件 输入信号 外部设备 7 置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采 用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。 其主要原因是因为 1、灵活、通用 、功能齐全 在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控 制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。 2、可靠性高、抗干扰能力强 对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条件 (如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等 )下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。 现代 用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的 继电器所无法比拟的。为了保证 在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。 3、操作方便、维修容易 用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。 用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。可以采用面向控制过程的控制系统流程图编程和语句表达方式编程。梯形图、流程图、语句表之间可有条件地相互转换，使用极其方便。 对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观 ，只要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就可以使用。 这是 能够迅速普及和推广的重要原因之一。 4、功能强 现代 仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成 A/D、 D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。 5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化 由于 用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且 结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备 10。 同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。 6、网络通信 供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。 主要功能 一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工 厂自动化 (计算机集成制造系统 (占重要地位。 统主要有以下功能： (1)多种控制功能； (2)数据采集、存储与处理功能； (3)通信联网功能； (4)输入、输出接口调理功能； (5)人机界面功能； (6)编程、调试功能。 重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用 还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。 品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求 11。 经济分析 综上所述，在各种环境中，使用 制机构设备，生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛。 对 经济分析，应从以下几方面考虑： 1、从影响成本的各个因素综合考虑 对目前生产设备控制装置来说，有三种类型 ： (1)继电器控制 ； (2)半导体器件控 制； (3)制。 价格仅是选择 牌的一个因素，而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素。 2、从设计、生产周期长短考虑 不论是对旧设备进行改造，还是设计新的生产机械设备。毫无疑问，生产、设计周期越短越好 ，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活 力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而 完全可以实现。这是因为使用必改动外部设备接线，只要对软件进行一些改变就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。 据调查，目前我国 70%的机械生产设备，都 是采用继电器进行控制的，除了可靠性差外，程序设计也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用 至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求， 10 重新编写程序并把它存储在 块中去，需要加工哪种产品的程序，操作人员可以随时调用，这既简单、 方便又保密。 展状况及趋势 发展与 计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 发展，而 发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。 发展速度十分惊人，目前用可编程序控制器世纪自动控制系统已成为世界潮流。 现代 发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方 面发展；二是向大型网络化、高可靠性 、好的兼容性和多功能方面发展，以适应不同场合和不同要求的控制需要 。 1、大型网络化 为适应大规模控制系统的需求，大型 着大存储容量、高速度、高性能、增加 I/要表现在以下几个方面： (1)增强网络通信功能 具有计算机集散控制系统 (功能。 网络化和 强化通信能力是 展的一个重要趋势。 成的网络 可将多个 I/O 框架相连，同时可 与工业计算机、以太网、 等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 (2)发展智能模块 为了满足各种特殊功能的需要，各种智能模块层出不穷。智能模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的 行工作，占用主机的 间很少，有利于提高 扫描速度和完成特殊的控制要求。 (3)外部故障诊断功能 泛应用了自诊断技术、冗余技术、容错技术，不断提高 可靠性。同时， 不断提高外部诊断功能。 (4)实现软件、硬件标准化 长期以来 研制走的是专门化道路，使其在获得成功的同时也带来许多的不便。 11 硬件方面各厂家的 I/O 模块互不通用，通信网络和通信协议往往也是专用的。在软件方面，各厂家的 编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致，甚至差异很大，因而各厂家的 不兼容。因此制定国际标准已是今后发展的趋势。 2、小型化 发展小型 目的是为了占领广大的、分散的、中小型工业控制场合，使 仅成为继电气控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。小型、超小型、微小型 仅便于机电一体化，也是实现家庭自动化的理想控制器。小型 着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。随着 术的提高，目前已将原有大、中型 功能移植到小型机上，使之具有灵活的组态特性 13。 12 第三章 机械手自动控制系统的设计 计原则与内容 选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。 最大限度地满足被控对象或产生过程的控制要求。对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，使用 ，将很容易实现。 在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。对一些过去较为繁琐的控制可利用 特点加以简化，通过内部程序 简化外部接线及操作方式。 为 保证控制系统的安全、可靠 ， 同时采取 “ 软件兼施 ” 的办法。 考虑到生产的发展和工艺的改进，选择 量及 I/O 点数时，应适当留 有裕量。一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者新提出的问题 ，如果事先留有裕量 ， 则 统极易修改。同时对日后系统工艺的变更提供方便。当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品 质量 和安全为目标，则应将系统可靠性 作为 设计的重点，设 计 考虑采取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。 选型 以满足控制要求为前提， 选择最佳的性能与价格比， 具体考虑以下几 点 。 能与任务相适应 对于开关量控制的应用系统 ， 当对控制要求不高时，可选用小型 西门子公司 列 司系列 能满足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。 对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如对工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有 A/，配接相应的传 13 感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的中小型 西门 子公司的 列 司的 对于比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、 信联信网4 等，可选用中大型 西门子公司的 司的200200 当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择 组成一个分布式的控制系统。 理速度要求 作时，从输入信号控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在 1 2 个扫描周 期之后才能反映到输出端，这对于一般工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求教高，不允许有教大的滞后时间。例如， ，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间。 用系统结构的要求 上一章已经知道 结构分为整体式、模块式和叠装式三种。整体式结构把 I/O 和 在一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一 I/O 点的平均价格比模块式的便宜，适用于工艺过程比较稳定、控制要求比较简 单的系统。模块式 功能扩展， I/入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处理故障快方便，适用于工艺过程变化教多、控制要求复杂的系统。叠装式将整体式和模块式结合起来。在使用时，应按实际具体情况进行选择。 结合以上几点，在设计 械手在大小球分选系统中用的 选型为西门子 传感器 本设计中使用的传感器有控制机械手行程位置的行程开关和用于检测大小球的压力传感器 。 14 行程开关 行程开关又称限位开关 ， 可以安装在相对静止 的物体 (如固定架、门框等，简称静物 )上或者运动的物体 (如行车、门等，简称动物 )上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。 行程开关主要用于将机械位移转变成电信号，使电动机的运行状态得以改变，从而控制机械动作或用作程序控制。 行程开关分为直动式、滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头；滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动 作灵敏，适用于小型机构中使用 。 本设计选用 列行程开关，适用于交流 50压至 380V，直流电压至 220V， 约定发热电流至 5A 的控制电路中， 动作行程 .5 作控制运动机构的行程和变换其运动方向或速度之用。 压力传感器 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传 感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等 。在选择压力传感器时应遵循以下几个原则。 1、根据测量对象与测量环境确 定传感器类型 要进行 个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量 。 2、灵敏度选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信 15 号处理。 但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的 干 扰信号。 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 3、频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 定延迟，希望延迟时间越短越好。 传感器的频率响 应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。 在动态测量中，应根据信号的特点 (稳态、瞬态、随机等 )响应特性，以免产生过火的误差。 4、线性范围 传感器的线 性 范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。 但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较 低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。 5、稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力 。 在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。 16 传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化 。 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。 结合以上几点， 选择 性能不锈钢压力传感器，其具有高精度(应频率最大值 1工作温度范围 宽 (125 )、 结构小巧、超稳定 (长期稳定性 1年 )等特点，被广泛应用于高级 制、空压机、过程控制、水压监测等。 分检系统结构 如图 检大小球控制系统主要由各种限位开关、捡球装置、横梁、大小球缸组成，其中捡球装置内部有两台电动机，一 台控制捡球平板装置上升和下降，一台控制捡球装置在横梁上左行和右行。 图 节式机械手 分检球装置结构图 关节式机械手 分检系统工作原理 当分检球装置停在左限 位 处时，按下启动按钮，机械手 下降捡 球平板，当下降的捡球平板碰到下限 位 开关时，停止下降，捡球装置给平板处的电磁线圈 (电， 夹 住钢球，此时压力 传感 器 (过 夹 球压力的输出 17 判断是 夹 住的大球还是小球，如果压力感应器的输出 断开，说明 夹 住的是大 球，而 如是闭合的，则说明 夹 住的是小球。当 夹 住钢球后，捡球平板上升，碰到上限位开关后开始右行 。右侧有两个限位开关，分别为大 球位 右限位开关和小 球位 右限位开关。 在右行的过程中，如果 夹 住的是大球，则要到碰到 大球右限位开关 才停止右行，下降到下限 位 开关位置， 电磁线圈断电释放钢球，然后上升到上限位开关位置停止上升，开始左行，碰到左限 位开关停止左行；而如果 夹 住的 是 小球，则在右行的时候碰到 小球右限位开关 停止右行，下降到下限 位开关时 停止下行， 电磁线圈断电释放钢球，然后上升到上 限位 开关停止上升，开始左行，到左限位开关 停止左行，重新开始新一轮捡球过程，如此反复执行。 (夹 球时间为 2s，释放球时间也为2s) 序设计 I/根据机械手的动作要求及所选的 输入 、 输出点分配如表 表 I/名称 输入 名称 输出 启动按钮 位指示 H 止按钮 紧开关 K 限位开关 行接触器 限位开关 行接触器 限位开关 行接触器 球右限位开关行接触器 18 程指令的选择 方案一：使用基本逻辑指令编程方式。用 置位和复位指令，对机械手的动作进行置位和复位， 编出程序 规范，具有易于阅读和容易查错的优点，但 程序代码较长 ，动作间易起冲突 。 方案二：采用以转换为中心的编程方式。 采用 顺序控制继电器 (令编程，用它编制复杂的顺序功能图的梯形图时，控制程序清晰、明了，统一性强，尤其适合初学者使用。 方案三：采用 移位寄存器 指令的编程方式。 移位寄存器 (令把输入端 (数值移入移位寄存器，并进行移位。 移位寄存器指令可用来进行顺序控制、物流及数据流控制。 经 实践，本次设计采用的编程方式选用方案二，采用顺序控制继电器(令编程 。 序的设计 程序流程图见附录 C、顺序功能图见附录 D、梯形图见附录 E。 件接线图 件接线图见附录 F 大球右限位开关0/6 大小球检测 19 第四章 机械手控制中的应用 概述 简介 用监控系统 )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 各种 32位 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 14。 构成 用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。 运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运 行环境本身没有任何意义，必须与数据库一起作为一个整体，才能构成用户引用系统。组态结果数据库完成了 统从组态环境向运行环境的过渡，它们之间的关系如图 组态环境： 组态生成 应用系统 运行环境： 解释执行 组态结果 组态结果 数据库 20 图 态环境和运行环境关系图 由 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个部分组成，如图 图 要特性和功能 (1)简单灵活的可视化操作界面 ； (2)实时性强、良好的并行处理性能 ； (3)丰富、生动的 多媒体画面 ； (4)开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。 要的功能模块以构件的形式来构造，不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件 (设备构件、动画构件、策略构件 )完成了 设备驱动、动画显示和流程控制 )的所有工作。除此以外， 户可根据自己的需要用 制特定的构件来扩充系统的功能。 数据库来管理数据存储，系统可靠性高。 立对象元件库，组态工作简单方便，易 于实现对工控系统的分布式控制和管理。 编程语言 中文组态软件，采用 C+语言编制，核心为组态结构。构架合理、连接灵活，结构层次清晰，方便用户的定制开发。它是基于 8/设备窗口 用户窗口 实时数据库 运行策略 控组态软件 菜单设计 设置工程属性 设定存盘结构 添加工 程设备 连接设备变量 注册设备驱动 创建动画显示 设置报警窗口 人机交互界面 定义数据变量 编写控制流程 使用功能构件 21 视窗结构，能够快速构造和生成数据管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等界面，轻松实现各种工程曲线、报表、数据浏览、远程通讯、远程采集、远程诊断等功能的先进 I 摘 要 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。 在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及 究 展趋势，描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程。研究了基于 机械手模型控制系统的设计，还研究了 机械手控制系统中的应用。利用组态软件 计了机械手模型控制系统监控界面，提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性， 充分提高了系统的工作效率。 关键词： 机械手； n to of to in so In of at LC it of is of LC is s in on it up on of 录 1 绪 论 . 1 课题研究的目的及意义 . 1 国内外机械手研究概况 . 1 2 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 . 3 机械手控制方式的选择 . 3 控制方式的分类 . 3 工业控制计算机和集散控制系统的比较 . 3 机械手控制方式的选择 . 4 可编程序控制器简介 . 5 结构 . 5 特点 . 6 主要功能 . 8 经济分析 . 8 展状况及趋势 . 9 3 机械手自动控制系统的设计 . 11 制系统设计原则与内容 . 11 选型 . 11 能与任务相适应 . 11 理速度要求 . 12 用系统结构的要求 . 12 传感器 . 12 行程开关 . 12 压力传感器 . 13 分检系统结构 . 14 分检系 统工作原理 . 15 序设计 . 15 I/O 分配 . 15 程指令的选择 . 16 序的设计 . 16 件接线图 . 16 4 机械手控制中的应用 . 17 概述 . 17 简介 . 17 构成 . 17 要特性和功能 . 18 编程语言 . 18 数据结构 . 19 作用 . 19 工程的建立与变量的定义 . 19 工程的建立 . 19 变量的分配 . 20 变量定义的步骤 . 21 设备与变量连接 . 23 工程画面的建立 . 25 封面窗口及监控画面的制作 . 26 运行策略的建立及脚本程序的编写 . 29 动画的连接 . 32 指示灯的动画连接 . 32 机械手的动画连接 . 34 组态运行 . 37 5 结 论 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 附录 A 英文原文 . 41 附录 B 汉语翻译 . 46 附录 C 系统流程图 . 49 附录 D 系统顺序功能图 . 50 附录 E 梯形图 . 51 附录 F 硬件接线图 . 58 沈阳理工大学学士学位论文 1 1 绪 论 课题研究的目的及 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。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。 可编程序控制器 (专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。随着微电子 技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展， 硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一 1。 由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而 具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程方法简单易学，因此工业领域中广泛应用 械手在美国、加拿大等国家应用较多，如用果实采摘机械手来摘果实、装配生产线上应用智能机器人等。我国自动化水平本身比较低，因此用 次课题设计的机械 手就是通过 实现自动化控制的。通过此次设计可以更进一步学习 相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。 一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于各种 32 位 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，在自动化领域中有着广泛的应用 2。本设计通过 态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，使机械手的动作过程更加形象化。 国内外机械手研究概况 机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过 40 多年的发展，现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程沈阳理工大学学士学位论文 2 序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它 是能感知外界环境与对象物，并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能 3。 目前机械 手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统 (如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等 )、机械手化机器、智能机械手 (不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作， 如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学习等 )。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发展的 军用机械手也将越来越多地装备部 队 45。 国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于 的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。 国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械 手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手 (水下、爬壁、管道、遥控等机械手 )基本掌握了 机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基 础 6。 沈阳理工大学学士学位论文 3 2 机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 机械手控制方式的选择 控制方式的分类 传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一 些，目前仅在一些旧式的 、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷： (1)仅适合于简单的逻辑控制； (2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性； (3)没有改动和优化的可能性。 伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从 继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点： (1)硬件上至少有一个微处理器； (2)通过软件实现控制思想。 目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有： (1)可编程序逻辑控制器 ( (2)工业控制计算机 ( (3)集散控制系统 ( 工业控制计算机 和集散控制系统的比较 1、 各自技术发展的起源 计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。 由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上， 初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和 节等功能模块；运算速度提高， 能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络 (因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到 统中。 过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。 2、相同点 沈阳理工大学学士学位论文 4 在 微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看， 业计算机、集散系统 (间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和 I/O 模件组成。编程方面也有很多相同点。 3、不同点 由于 计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。 编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。 特别需要提出的是， 线工控机的区别，无论从 维修、安装和模件功能都很相似。 适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于 控机，但是从开关量控制而言， 性能优于 控机。 总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品 7。 机械手控制方式的选择 现的自动控制系统，其控制功能基本都是通过设计软件来实现的，这种软件是利用 商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计 。 问世以来，经过 20 多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前， 国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用 所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力。编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。下端 (输入端 )为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人 们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。 有很多的优点。机械手控制系统若采用 制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于 具有的灵活性、 模块化、易于扩展等特点，可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求。机械手采用 制沈阳理工大学学士学位论文 5 技术，可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。同时，用 制系统可方便地更改生产流程，增 强控制功能 。 综上所述，机械手的控制方式 选择 制。 可编程序控制器简介 可编程序控制器 (称 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置， 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务 。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱 (器人和 一。 制技术代表着当前程序控制的先进水平， 置已成为自动化系统的基本装置 8。 结构 构可分为整体式、模块式和叠装式。 (1)整体式 整体式 将电源、 I/O 部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型 用这种结构。 例如，美国 司的 系列 整体式结构。 (2)模块式 模块式结构是将 部分分成若干个单独的模块，如电源模块、块、 I/O 模块和各种功能模块。模块式 机架和各种模块组成 。模块式 配方便，便于扩展和维修。 例如，西门子公司的 (3)叠装式 将整体式和模块式结合起来 ，称为叠装式 除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。例如，西门子公司的 是叠装式结构形式。 一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。硬件系统由微处理器 (存储器 (输入输出 (I/O)部件、电源部件、编 程器、 I/O 扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线 (电源总线、控制总线、地址总线、数据总线 )连接而成 9。其结构简图如下： 沈阳理工大学学士学位论文 6 图 件结构图 软件系统是指 使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个 品必须包括的部分，由 家提供，用于控制 身的运行，系统程序固化在 。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的 统，他们是相辅相成，缺一不 可的。 特点 可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。 其主要原因是因为 有以下优点： 1、灵活、通用 、功能齐全 在继电器控制系统中，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控 制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用输出部件 外设I/存储器 处理器 运算器 控制器 电源 输入部件 I/O 扩展接口 I/O 扩展单元 受控元件 输入信号 外部设备 沈阳理工大学学士学位论文 7 于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。 2、可靠性高、抗干扰能力强 对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标，如何能在各种工作环境和条件 (如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等 )下，平 稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。 现代 用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证 在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。 3、操作方便、维修容易 用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。 用梯形图编程出错率比汇编语言低得多。 可以采用面向控制过程的控制系统流程图编程和语句表达方式编程。梯形图、流程图、语句表之间可有条件地相互转换，使用极其方便。 对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就可以使用。 这是 够迅速普及和推广的重要原因之一。 4、功能强 现代 仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成 A/D、D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可 控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。 5、体积小、重量轻和易于实现机电一体化 由于 用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备 10。 同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属 单元都是固定专用等等。 沈阳理工大学学士学位论文 8 6、网络通信 供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。 主要功能 一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化 (计算机集成制造系统 (占重要地位。 统主要有以下功能： (1)多种控制功能； (2)数据采集、存储与处理功能； (3)通信联网功能； (4)输入、输出接口调理功能； (5)人机界面功能； (6)编程、调试功能。 重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商 为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用 可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。 品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求 11。 经济分析 综上所述，在各种环境中，使用 制机构设备，生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛。 对 经济分析，应从以下几方面考虑： 1、从影响成本的各个因素综合考虑 对目前生产设备控制装置来说，有三种类型 ： (1)继电器控制 ； (2)半导体器件控 制； (3)制。 价格仅是选择 牌的一个因素，而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素。 2、从设计、生产周期长短考虑 不论是对旧设备进行改造，还是设计新的生产机械设备。毫无疑问，生产、设计周沈阳理工大学学士学位论文 9 期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。这无疑给企业增加了活 力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而 完全可以实现。这是因为使用 必改动外部设备接线，只要对 软件进行一些改变就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。 据调查，目前我国 70%的机械生产设备，都是采用继电器进行控制的，除了可靠性差外，程序设计也很繁杂。从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计，图面的工作量很大，这势必造成设计周期长。而采用 制可以大大缩短设计周期，甚至有些文件资料也不必绘制成图。设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入，或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求。编程人员也可根据新产品对生产提出 的新工艺要求，重新编写程序并把它存储在 块中去，需要加工哪种产品的程序，操作人员可以随时调用，这既简单、 方便又保密。 展状况及趋势 发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 发展，而 发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。 发展速度十分惊人，目前用可编程序控制器世纪自动控制系统已成为世界潮流。 现代 发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能 更强和价格更低的微小型方 面发展；二是向大型网络化、高可靠性 、好的兼容性和多功能方面发展，以适应不同场合和不同要求的控制需要 。 1、大型网络化 为适应大规模控制系统的需求，大型 着大存储容量、高速度、高性能、增加 I/O 点数的方向发展。主要表现在以下几个方面： (1)增强网络通信功能 具有计算机集散控制系统 (功能。 网络化和 强化通信能力 是 展的一个重要趋势。 成的网络 可将多个 I/O 框架相连，同时可 与工业计算机、以太网、 等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 沈阳理工大学学士学位论文 10 (2)发展智能模块 为了满足各种特殊功能的需要，各种智能模块层出不穷。智能模块是以微处理器为基础的功能部件，它们的 行工作，占用主机的 间很少，有利于提高 扫描速度和完成特殊的控制要求。 (3)外部故障诊断功能 泛应用了自诊断技术、冗余技术、容错技术，不断提高 可靠性。同时， 不断提高外部诊断功能。 (4)实现软件、硬件标准化 长期以来 研制走的是专门化道路，使其在获得成功的同时也带来许多的不便。 硬件和软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件 方面各厂家的 ，通信网络和通信协议往往也是专用的。在软件方面，各厂家的 至差异很大，因而各厂家的 此制定 国际标准已是今后发展的趋势。 2、小型化 发展小型 目的是为了占领广
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