【正文】 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)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(jī)器人技術(shù)一起被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)了機(jī)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(jī)械手運(yùn)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(dòng)，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(xiǎn)的情況下，如果使用具有遠(yuǎn)程控制功能的機(jī)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。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于MCGS和PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類活動(dòng)給世界帶來了巨大的改變。可見，在自動(dòng)化、工業(yè)化進(jìn)程中，在特殊背景環(huán)境中使用機(jī)械手已成為一種必然的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，PLC，MCGS ABSTRACTIn today39。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)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(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)、關(guān)系國(guó)際民生和國(guó)家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)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(gè)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(jiǎn)稱PLC。1968年美國(guó)通用汽車公司（）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)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(jì)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(yùn)算、定時(shí)、計(jì)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(gè)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(shí)，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(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設(shè)計(jì)者的規(guī)定的各種工作。RAM的工作速度高、價(jià)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(hào)，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(bào)警裝置等。 PLC的主要特點(diǎn)一、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有很高的可靠性。二、控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)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(jiǎn)單，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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(kuò)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(shí)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(shí)，輸入映像寄存器被刷新。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新匯編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)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(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。同時(shí)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(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可以歸為一類，即通用機(jī)械手。代表當(dāng)代最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化。在機(jī)械手運(yùn)行過程中，任何時(shí)候都可以利用急停按鈕，停止機(jī)械手動(dòng)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(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，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(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)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(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)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(yàn)設(shè)計(jì)法所以,經(jīng)驗(yàn)法一般只適合于比較簡(jiǎn)單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?！　《鴮?duì)于每一步的程序段,只需處理極其簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。當(dāng)一個(gè)邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運(yùn)算式表達(dá)出來后,實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯函數(shù)的線路就確定了。第一步：列出執(zhí)行元件動(dòng)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)使前級(jí)步的活動(dòng)結(jié)束而使后續(xù)步的活動(dòng)開始,步之間沒有重疊。其主要特征和功能大體為：具有簡(jiǎn)單靈活的可視化操作界面、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能、有豐富生動(dòng)的多媒體畫面、開放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的安全機(jī)制、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣化的報(bào)警功能、支持多種硬件設(shè)備、方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程、良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性、設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便、能實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系如下圖所示：運(yùn)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(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)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(jì)封面圖形，確定啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)設(shè)備窗口，運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(tái)獨(dú)立運(yùn)行。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對(duì)象來搭建多個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的可視化。（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警處理和存盤處理。（5）運(yùn)行策略運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)固定的運(yùn)行策略：?jiǎn)?dòng)、循環(huán)策略、和退出策略，用戶也可以根據(jù)具體需要?jiǎng)?chuàng)建新的用戶策略、循環(huán)策略、報(bào)警策略、事件策略、熱鍵策略，并且用戶最多可創(chuàng)建521個(gè)用戶策略。（2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、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(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)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(qiáng)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(dòng)；支持Microsoft開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（ODBC）接，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)化設(shè)備相連接；MCGS通過DDE(Dynamic Data Exchange,動(dòng)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(jì)算機(jī)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?dòng)態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫(kù)。（7）多樣化的報(bào)警功能 MCGS提供多種不同的警報(bào)方式，具有豐富的警報(bào)類型和靈活多樣的警報(bào)處理函數(shù)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。不同的設(shè)備構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系；而建立時(shí)又是相互獨(dú)立的，即對(duì)某一構(gòu)件的操作或改動(dòng)，不影響其他構(gòu)件和整個(gè)系統(tǒng)。除此之外，MCGS還提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的用VB、VC等高等高級(jí)開發(fā)語言，編制特定的構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。（13）設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)，組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便 對(duì)象元件庫(kù)，實(shí)際上是分類儲(chǔ)存的各種組態(tài)對(duì)象的圖庫(kù)。（14）實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式計(jì)算機(jī)協(xié)通工作方式)技術(shù)，使分布在不同現(xiàn)場(chǎng)的采集設(shè)備和工作站之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，不同的工作站之間則通過MCGS實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)械手控制系統(tǒng)”，點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過程也就是定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過程。變量名類型初值注釋啟動(dòng)按鈕開關(guān)型0機(jī)械手啟動(dòng)控制信號(hào) X0輸入1有效停止按鈕開關(guān)型0機(jī)械手復(fù)位控制信號(hào) X1輸入1有效上限開關(guān)開關(guān)型0機(jī)械手動(dòng)作控制 輸入1有效下限開關(guān)開關(guān)型0機(jī)械手動(dòng)作控制 輸入1有效左限開關(guān)開關(guān)型0機(jī)械手動(dòng)作控制 輸入1有效右限開關(guān)開關(guān)型0機(jī)械手動(dòng)作控制 輸入1有效變量定義的步驟1) 單擊工作臺(tái)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口頁(yè)，如圖34所示。2) 單擊工作臺(tái)右側(cè)“新增對(duì)象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對(duì)象列表中，增加了一個(gè)新的數(shù)據(jù)對(duì)象，如圖35所示。如圖36所示。2) 單擊“動(dòng)畫連接”選項(xiàng)卡，進(jìn)入該頁(yè)。5) 選中“可見度”選項(xiàng)卡，其他項(xiàng)不選。9) 單擊“確認(rèn)”按鈕，退出“可見度”設(shè)置頁(yè)。經(jīng)過這樣的連接，當(dāng)按下機(jī)械手或畫面上的啟動(dòng)按鈕后，不但相應(yīng)變量的值會(huì)改變，相應(yīng)指示燈也會(huì)出現(xiàn)亮滅的改變。3) 估計(jì)總垂直移動(dòng)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(zhǎng)度即總垂直移動(dòng)距離，垂直移動(dòng)距離為104。變化率=25*1=25。在垂直移動(dòng)連接欄填入各項(xiàng)參數(shù)。移動(dòng)距離為180.2) 在數(shù)據(jù)庫(kù)中增加一個(gè)變量：水平移動(dòng)量，數(shù)值型，初值為0。參數(shù)設(shè)置的意思是：當(dāng)水平移動(dòng)量=0時(shí)，向右移動(dòng)距離為0；當(dāng)水平移動(dòng)量＝50時(shí)，向右移動(dòng)距離為180。4) 進(jìn)入“可見度”頁(yè)，在表達(dá)式一欄填入：工件夾緊標(biāo)志；當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)，選擇：對(duì)應(yīng)圖符不可見。