【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)動(dòng)方向的，從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。本模型所用輸入、輸出均為低電平有效。其中IN端接PLC的輸出端口，OUT端接模型的信號(hào)輸入端。COM端接PLC的傳感器電源負(fù)端。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖34所示。圖34 電平轉(zhuǎn)換板原理圖 機(jī)械臂的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程機(jī)械臂的全部動(dòng)作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖35所示。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器，有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作，且每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，需要加方向信號(hào)。機(jī)械臂的上升/下降、前伸/后縮動(dòng)作就是通過(guò)控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；D(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過(guò)兩個(gè)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械臂的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械臂放松；該線圈斷電時(shí)，機(jī)械臂夾緊[13]。打開(kāi)電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開(kāi)機(jī)復(fù)位。機(jī)械臂的動(dòng)作示意圖如圖36所示機(jī)械臂若不在原點(diǎn)則PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到后限位開(kāi)關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械臂上升。上升到底時(shí)碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下降。降到底時(shí)碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械臂夾緊。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械臂上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一只輸入圖35機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖圖36 機(jī)械臂的動(dòng)作示意圖脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械臂前伸，前伸到位時(shí)，碰到前限位開(kāi)關(guān)，前伸停止。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下降。降到底時(shí)碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降停止，同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械臂放松。放松后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械臂上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機(jī)械臂后縮，當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開(kāi)關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械臂下降。下降到底時(shí)碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。至此，機(jī)械臂經(jīng)過(guò)八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán)[14]。 PLC程序設(shè)計(jì) I/O點(diǎn)數(shù)的確定及PLC類型的選擇本次設(shè)計(jì)使用的是啤酒生產(chǎn)線機(jī)械臂實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。由于機(jī)械臂系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理，該機(jī)械臂的控制為純開(kāi)關(guān)量控制，且I/O點(diǎn)數(shù)不多，僅需11個(gè)輸入點(diǎn)和9個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。故選用和利時(shí)LM3106A主機(jī)，該機(jī)輸入點(diǎn)為14個(gè)，輸出點(diǎn)為10個(gè)。 PLC的I/O分配根據(jù)機(jī)械臂動(dòng)作的要求及機(jī)械臂實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)分配如表35所示。表35PLC的I/O分配表名稱輸入名稱輸出右限位1步進(jìn)電機(jī) PUL右限位2步進(jìn)電機(jī)DIR右限位3步進(jìn)電機(jī) ENA左限位伺服電機(jī)方向下限位伺服電機(jī)使能上限位伺服電機(jī)脈沖步進(jìn)限位夾瓶氣動(dòng)閥啟動(dòng)按鈕直流電機(jī)+復(fù)位按鈕直流電機(jī) 編程指令的選擇方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長(zhǎng)。方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會(huì)有很大幫助。方案三：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進(jìn)梯形指令）是三菱廠家設(shè)計(jì)的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代碼較短。經(jīng)論證本次設(shè)計(jì)采用的編程方式選用方案三。 PLC程序的設(shè)計(jì)梯形圖見(jiàn)附錄 PLC程序的調(diào)試由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。 PLC控制的安裝與布線輸入接線（1）輸入接線一般不要超過(guò)30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。（2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開(kāi)。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使PLC輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。電源接線電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開(kāi)。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開(kāi)關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來(lái)抗干擾。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。初級(jí)與次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠[16]。PLC供電電源為50Hz、220V177。10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是FX1N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流24V電源。接地正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。 機(jī)械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖PLC外部電氣接線圖見(jiàn)附錄5。 機(jī)械臂控制程序的調(diào)試在程序調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，但最終都一一解決了。在使用梯形圖指令編程時(shí)，剛開(kāi)始由于對(duì)梯形圖指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械臂模型裝置本身存在的一些問(wèn)題，所以在調(diào)試程序時(shí)，機(jī)械臂動(dòng)作不符合控制要求。經(jīng)過(guò)不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。機(jī)械臂運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。第四章 組態(tài)王在機(jī)械臂控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 組態(tài)王的概述 組態(tài)王的簡(jiǎn)介組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。、簡(jiǎn)捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫(kù)精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)建圖庫(kù)精靈提供了簡(jiǎn)單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史曲線、報(bào)表及web發(fā)布功能進(jìn)行了大幅提升與改進(jìn)，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。組態(tài)王在保留了原報(bào)表所有功能的基礎(chǔ)上新增了報(bào)表向?qū)Чδ?，能夠以組態(tài)王的歷史庫(kù)或KingHistorian為數(shù)據(jù)源，快速建立所需的班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表和年報(bào)表。此外，還可以實(shí)現(xiàn)值的行列統(tǒng)計(jì)功能。組態(tài)王在web發(fā)布方面取得新的突破，全新版的Web發(fā)布可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面發(fā)布，數(shù)據(jù)發(fā)布和OCX控件發(fā)布，同時(shí)保留了組態(tài)王Web的所有功能：IE瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫(huà)面，IE客戶端與Web服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)您可以在任何地方獲得與Web服務(wù)器上相同的畫(huà)面和數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表顯示、報(bào)警顯示等，同時(shí)可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的功能。組態(tài)王集成了對(duì)KingHistorian的支持，且支持?jǐn)?shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)到組態(tài)王歷史庫(kù)和工業(yè)庫(kù)，極大地提高了組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，能夠更好地滿足大點(diǎn)數(shù)用戶對(duì)存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)速度的要求。KingHistorian是亞控新近推出的獨(dú)立開(kāi)發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)。具有單個(gè)服務(wù)器支持高達(dá)100萬(wàn)點(diǎn)、256個(gè)并發(fā)客戶同時(shí)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)、每秒檢索單個(gè)變量超過(guò)20,000 條記錄的強(qiáng)大功能。能夠更好地滿足高端客戶對(duì)存儲(chǔ)速度和存儲(chǔ)容量的要求，完全滿足了客戶實(shí)時(shí)查看和檢索歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的要求。組態(tài)王系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。用戶的所有組態(tài)配置過(guò)程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒(méi)有任何意義，必須與數(shù)據(jù)庫(kù)一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng)。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了組態(tài)王系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過(guò)渡，它們之間的關(guān)系如圖41所示。組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)圖41 組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境關(guān)系圖由組態(tài)王生成的用戶應(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)行策略五個(gè)部分組成，如圖42所示。主控窗口設(shè)備窗口用戶窗口實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行策略姿態(tài)網(wǎng)工控組態(tài)軟件菜單設(shè)計(jì)設(shè)置工程屬性設(shè)定存盤結(jié)構(gòu)添加工程設(shè)備連接設(shè)備變量注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)顯示設(shè)置報(bào)警窗口人機(jī)交互界面定義數(shù)據(jù)變量編寫(xiě)控制流程使用功能構(gòu)件圖42組態(tài)王用戶應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 組態(tài)王的主要特性和功能(1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動(dòng)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購(gòu)置儀器的經(jīng)費(fèi)。(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)用戶而言,操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的效果。在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面:(1)圖形,是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。(2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。(3)連接,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 組態(tài)王的編程語(yǔ)言組態(tài)王組態(tài)軟件，采用C++語(yǔ)言編制，核心為組態(tài)結(jié)構(gòu)。構(gòu)架合理、連接靈活，結(jié)構(gòu)層次清晰，方便用戶的定制開(kāi)發(fā)。它是基于WIN95/98/NT視窗結(jié)構(gòu)，能夠快速構(gòu)造和生成數(shù)據(jù)管理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出等界面，輕松實(shí)現(xiàn)各種工程曲線、報(bào)表、數(shù)據(jù)瀏覽、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程診斷等功能的先進(jìn)軟件。 組態(tài)王的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組態(tài)王數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能強(qiáng)大，分為數(shù)據(jù)前處理（可以對(duì)設(shè)備采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多種數(shù)值處理）、數(shù)據(jù)后處理（可通過(guò)各種內(nèi)部函數(shù)、運(yùn)算符、腳本程序?qū)?shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理（提供數(shù)據(jù)瀏覽，各種曲線、報(bào)表等功能構(gòu)件，對(duì)存盤數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、排序、運(yùn)算等操作），同時(shí)可以掛接外部數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)ODBC接口和OLE實(shí)時(shí)調(diào)用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等數(shù)據(jù)庫(kù)相連，提供多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式，每種方法都可以獨(dú)立使用或組合使用。數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)件可同時(shí)以表格和曲線的形式顯示存盤數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線可以動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定上下限值和時(shí)間的長(zhǎng)短，以便于用戶查詢，同時(shí)提供EXCEL報(bào)表和姿態(tài)網(wǎng)自由報(bào)表。 組態(tài)王的作用組態(tài)王全中文組態(tài)軟件是真正的32位程序，支持多任務(wù)、多線程，提供近百種繪圖工具和基本圖符。使用ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)之中，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板、智能模塊、智能儀表、PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它支持ActiveX控件，包括溫控曲線、實(shí)時(shí)曲線、計(jì)劃曲線、歷史曲線、XY曲線、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、單行報(bào)表、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽統(tǒng)