数控工程学院毕业设计论文 技术之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。
在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要原则不同厂家的PLC(例如三菱公司的FX2N系列PLC、西门子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列PLC)。MPS设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制。
1.3 MPS的基本功能
MPS设备给学员提供了一个开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS作为一条自动生产流水线具有怎么样的操作运行模式等，学员都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。
MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，学员可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计和发挥。
1）、MPS系统的基本组成单元：
上料件检测单元 操作手单元 加工单元 安装单元 安装搬运单元 立体存储单元
机械手单元（如图1.2所示）
2）、机械手站单元功能简介：该单元是一个六个关节的机械手，它可以用来完成抓取动作，可以进行工件的组装，产生一个完整的产品。
手臂本体：日本莫托曼HP3、三菱等 扩展模块：控制器、变压器。
组成模块：手臂本体、手臂控制器、气爪。
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图1.2 机械手单元 数控工程学院毕业设计论文
图1.3 机械手单元在MPS中的应用 1.4设计条件及设计任务
1、设计条件：
要求采用西门子S7-226PLC作为控制器，以气动元件作为执行元件，设计MPS系统机械手战单元，并实现其动作控制要求。
2、设计任务：
（1）气动机构设计和气动元件的选型；
（2）利用气动仿真软件设计气动回路并进行仿真调试； （3）机械手站的电气接线设计和通信接口设计； （4）PLC的I/O分配设计和编程设计；
（5）完成对机械手站的硬件和软件的安装、连线、调试、运行； 3、毕业设计（论文）内容包括：
（1）课题的来源和意义，系统设计方案的确定及说明； （2）系统硬件结构及功能说明； （3）系统软件编程及功能实现。
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数控工程学院毕业设计论文 2 机械手站单元的控制硬件
2.1 可编程控制器（PLC）
2.1.1 PLC的概况及特点
可编程序控制器（PLC）是现代工业自动化领域中的一门先进控制技术，它已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，其应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。PLC具有可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、远程通信联网、易于与计算机接口、模拟量控制、高速计数及位控等一系列优异性能。
1）PLC的分类
可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。
可编程序控制器发展到今天，已经有多种形式，而且功能也不尽相同。按不同的原则可有不同的分类。
a、根据结构分类
（1）整体式（箱体式）
整体式PLC的基本组成框图如图2.1所示。
主机电源输入信号输入 单元输出 单元输入信号中央处理单元CPU 编程器外设接口存储器EPROM系统程序RAM用户程序I/O扩展口I/O扩展单元打印机图2.1 整体式PLC的基本组成框图
（2）组合式（机架模块式） 组合式PLC的基本组成框图如图2.2所示。
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数控工程学院毕业设计论文 系统总线通信单元智能I/O单元输出单元输入单元CPU单元编程器PC或上上位计算机现场工业过程图2.2 组合式PLC的基本组成框图 b、按控制规模分类 一般而言，处理的I/O点数愈多，则控制关系愈复杂，用户要求的程序存储器容量愈加大、PLC指令及其他功能也愈加多、指令执行的速度也愈加快。按PLC的I/O点数可将PLC分为以下三类：小型PLC、中型PLC、大型PLC。
2)PLC的特点：
抗干扰能力强，可靠性高；编程方便；使用方便；维护方便；设计、施工调试周期短；易于实现机电一体化。 2.1.2 PLC结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
1）CPU的构成
PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应
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数控工程学院毕业设计论文 的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。
2）I/O模块(j
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 3）电源模块 有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。 4）底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体
5）PLC的外部设备
外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类
a、编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。
b、监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 c、存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。
d、输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。
6）PLC的通信联网j
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 6