【正文】 代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。PLC 從誕生至今，僅有30年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與CAD/CAM、機器人技術(shù)一起被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化的三大支柱。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計了機械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機械手運行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。工業(yè)中大量的生產(chǎn)活動，存在著很多不便于人類操縱的環(huán)節(jié)，特別是在工作環(huán)境較危險的情況下，如果使用具有遠(yuǎn)程控制功能的機械手，則可以增加系統(tǒng)的安全性，大大的節(jié)約損耗，提高效率。（2011屆）畢業(yè)設(shè)計（論文）基于MCGS和PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 機電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名： 劉祖光 班 級： 機電0821 學(xué) 號：08395182115指導(dǎo)老師： 郭艷杰 職 稱： 講師 最終評定成績： 2011年6月42 摘 要當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類活動給世界帶來了巨大的改變。可見，在自動化、工業(yè)化進(jìn)程中，在特殊背景環(huán)境中使用機械手已成為一種必然的趨勢。關(guān)鍵詞：機械手，PLC，MCGS ABSTRACTIn today39。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國際民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 科技人才是提高自主創(chuàng)新能力的關(guān)鍵所在。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成[9]。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。1968年美國通用汽車公司（）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段：1970—1980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。1980—1990年：PLC的普及階段。,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。與此同時，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個人計算機中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設(shè)計者的規(guī)定的各種工作。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。輸入模塊：PLC通過輸入模塊來接收和采集輸入信號，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PLC控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。 PLC的主要特點一、抗干擾能力強，可靠性高PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計，具有很高的可靠性。二、控制系統(tǒng)機構(gòu)簡單，通用性強PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。三、編程簡單，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。五、體積小、維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。擴展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用。FX2N 型PLC的初步認(rèn)識如圖所示為FX2N型PLC基本單元外形，其主要是通過輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。此時，輸入映像寄存器被刷新。然后進(jìn)行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。機械手是一種能自動化定位控制并可重新匯編程序以變動的多功能機器。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本項目要求設(shè)計的機械手模型可以歸為一類，即通用機械手。代表當(dāng)代最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動化。在機械手運行過程中，任何時候都可以利用急停按鈕，停止機械手動作。與PLC的聯(lián)合調(diào)試 使系統(tǒng)達(dá)到可以在MCGS系統(tǒng)中監(jiān)控機械手的運動。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 (1) 標(biāo)號編程 用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。 (a) 沒有必要再和可編程控制器連接。 常用編程方法介紹1 經(jīng)驗設(shè)計法所以,經(jīng)驗法一般只適合于比較簡單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計?！　《鴮τ诿恳徊降某绦蚨?只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系。當(dāng)一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運算式表達(dá)出來后,實現(xiàn)這個邏輯函數(shù)的線路就確定了。第一步：列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表 該系統(tǒng)采用順序控制法，在順序功能圖中,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始,步之間沒有重疊。其主要特征和功能大體為：具有簡單靈活的可視化操作界面、實時性強、有良好的并行處理性能、有豐富生動的多媒體畫面、開放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的安全機制、強大的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣化的報警功能、支持多種硬件設(shè)備、方便控制復(fù)雜的運行流程、良好的可維護(hù)性和可擴充性、設(shè)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境的關(guān)系如下圖所示：運行環(huán)境：解釋執(zhí)行狀態(tài)結(jié)果組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫由MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。一個應(yīng)用系統(tǒng)只有一個設(shè)備窗口，運行時，系統(tǒng)自動打開設(shè)備窗口來管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺獨立運行。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象來搭建多個窗口，用戶可以構(gòu)件各種復(fù)雜的圖形界面，以便用不同的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的可視化。（4）實時數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，是MCGS系統(tǒng)的核心。從外部設(shè)備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)的報警處理和存盤處理。（5）運行策略運行策略是對系統(tǒng)運行的流程實現(xiàn)有效控制的手段。一個應(yīng)用系統(tǒng)有三個固定的運行策略：啟動、循環(huán)策略、和退出策略，用戶也可以根據(jù)具體需要創(chuàng)建新的用戶策略、循環(huán)策略、報警策略、事件策略、熱鍵策略，并且用戶最多可創(chuàng)建521個用戶策略。（2）實時性強、良好的并行處理性能 MCGS是真正的32位系統(tǒng)充分利用了32位Windows操作品臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實時性強的關(guān)鍵任務(wù)和實時性不強的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時并行處理，使PC機廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。（4）開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能 MCGS采用開放式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，MCGS提供多種高性能的I/O驅(qū)動；支持Microsoft開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）接，有強大的數(shù)據(jù)庫連接能力；全面支持OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，即可作為OPL客戶端，也可以作為OPC服務(wù)器，可以與更多的自動化設(shè)備相連接；MCGS通過DDE(Dynamic Data Exchange,動態(tài)數(shù)據(jù)交換)與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計算機豐富的軟件資源；MCGS全面支持ActiveX控制，提供極其靈活的面向?qū)ο蟮膭討B(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。（7）多樣化的報警功能 MCGS提供多種不同的警報方式，具有豐富的警報類型和靈活多樣的警報處理函數(shù)。各個部件獨立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。不同的設(shè)備構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系；而建立時又是相互獨立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其他構(gòu)件和整個系統(tǒng)。除此之外，MCGS還提供了一套開放的可擴充接口，用戶可根據(jù)自己的用VB、VC等高等高級開發(fā)語言，編制特定的構(gòu)件來擴充系統(tǒng)的功能。（13）設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便 對象元件庫，實際上是分類儲存的各種組態(tài)對象的圖庫。（14）實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理 考慮到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢，MCGS充分運用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式計算機協(xié)通工作方式)技術(shù)，使分布在不同現(xiàn)場的采集設(shè)備和工作站之間實現(xiàn)協(xié)同工作，不同的工作站之間則通過MCGS實時交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制管理。4) 在文件名一欄內(nèi)輸入“機械手控制系統(tǒng)”，點擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。變量名類型初值注釋啟動按鈕開關(guān)型0機械手啟動控制信號 X0輸入1有效停止按鈕開關(guān)型0機械手復(fù)位控制信號 X1輸入1有效上限開關(guān)開關(guān)型0機械手動作控制 輸入1有效下限開關(guān)開關(guān)型0機械手動作控制 輸入1有效左限開關(guān)開關(guān)型0機械手動作控制 輸入1有效右限開關(guān)開關(guān)型0機械手動作控制 輸入1有效變量定義的步驟1) 單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”選項卡，進(jìn)入“實時數(shù)據(jù)庫”窗口頁，如圖34所示。2) 單擊工作臺右側(cè)“新增對象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加了一個新的數(shù)據(jù)對象，如圖35所示。如圖36所示。2) 單擊“動畫連接”選項卡，進(jìn)入該頁。5) 選中“可見度”選項卡，其他項不選。9) 單擊“確認(rèn)”按鈕，退出“可見度”設(shè)置頁。經(jīng)過這樣的連接，當(dāng)按下機械手或畫面上的啟動按鈕后，不但相應(yīng)變量的值會改變，相應(yīng)指示燈也會出現(xiàn)亮滅的改變。3) 估計總垂直移動距離：在上工件底邊與下工件底邊之間畫一條直線，根據(jù)狀態(tài)條大小指示可知直線長度即總垂直移動距離，垂直移動距離為104。變化率=2