【正文】 圖 416 循環(huán)策略窗口 機(jī)械手自動(dòng)控制的腳本程序的編寫。 圖 414 機(jī)械手監(jiān)控畫面 運(yùn)行策略的建立及腳本程序的編寫 運(yùn)行策略的建立 進(jìn)入“運(yùn)行策略”窗口中，雙擊進(jìn)入“循環(huán)策略”窗口，如圖 415 所示。 在圖 412 中，機(jī)械手的 “封面窗口”中使用到了“進(jìn)入”和“退出”按鈕。如圖 412 所示。 7) 點(diǎn)擊“線色”按鈕，設(shè)置文字框的邊線顏色為：沒有邊線。 3) 選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，在窗口頂端中心 26 位置拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一個(gè)一定大小的矩形。 6) 在“用戶窗口”中，選中“封面窗口”，點(diǎn)擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動(dòng)窗口”選項(xiàng)，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動(dòng)加載的窗口。如圖 411 所示。如圖 410所示。進(jìn)入“設(shè)備調(diào)試”屬性頁，即可看到通道值中數(shù)據(jù)在變化。將：通道 2 的最大值分別設(shè)置為： 12。 9) 在工作臺“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。 圖 47 設(shè)備管理窗口 5) 雙擊“串口通訊父設(shè)備”，在下方出現(xiàn)串口通訊父設(shè)備圖標(biāo)。 設(shè)備與變量連接 1) 在工作臺“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。 5) 單擊“確定”?，F(xiàn)在要將表中定義的數(shù)據(jù)對象添加進(jìn)去。 21 表 41 機(jī)械手控制系統(tǒng)變量分配表 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， X11 輸入， 1 有效 復(fù)位按鈕 開關(guān)型 0 機(jī)械手復(fù)位控制信號， X12 輸入， 1 有效 夾緊 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 夾緊，輸出， 0 有效 放松 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 放松，輸出， 0 有效 上升 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 上升，輸出， 0 有效 下降 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 下降，輸出， 0 有效 前伸 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 前伸，輸出， 0 有效 后縮 開關(guān)型 1 機(jī)械手動(dòng)作控制 —— 后縮，輸出， 0 有效 X5 開關(guān)型 0 X 軸前限位，輸入， 1 有效，停止前伸 X6 開關(guān)型 0 X 軸后限位，輸入， 1 有效，停止后縮 X7 開關(guān)型 0 Y 軸上限位，輸入， 1 有效，停止上升 X10 開關(guān)型 0 Y 軸下限位，輸入， 1 有效，停止下降 工件夾緊標(biāo)志 開關(guān)型 0 夾緊為 1 初始位置 開關(guān)型 1 工件處于初始位置時(shí)為 1 垂直移動(dòng)量 數(shù)值型 0 動(dòng)畫參數(shù) 水平移動(dòng)量 數(shù)值型 0 動(dòng)畫參數(shù) 機(jī)械手動(dòng)作控制信號本身要求高電平，而開關(guān)量輸出通道是反相輸出，因此上升等幾個(gè)變量需設(shè)計(jì)為低電平有效，即送“ 0”動(dòng)作。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。 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。 工程組態(tài)軟件 MCGS 的最大優(yōu)點(diǎn)是組態(tài)方便，它融會了中外工控組態(tài)軟件的眾多長處，只要是稍具外語常識，即可以方便組態(tài) [18]。 MCGS 的作用 MCGS 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。 MCGS 組態(tài)軟件采用 Basic 的腳本語言編程，有強(qiáng)大的圖形化流程策略組態(tài)工具，使主控窗口 設(shè)備窗口 用戶窗口 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 運(yùn)行策略 MCGS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 注冊設(shè)備驅(qū)動(dòng) 創(chuàng)建動(dòng)畫顯示 設(shè)置報(bào)警窗口 人機(jī)交互界面 定義數(shù)據(jù)變量 編寫控制流程 使用功能構(gòu)件 19 編程工作降到最少，令用戶愛不釋手。MCGS 設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便，易于實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。 MCGS 系統(tǒng)由五大功能模塊組成，主要的功能模塊以構(gòu)件的形式來構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。 圖 42 MCGS 用戶應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 MCGS 的主要特性和功能 （ 1）簡單靈活的可視化操作界面。 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。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(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)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等 [17]。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。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。 PLC 供電電源為 50Hz、 220V?10%的交流電。隔離變壓器是初級和次級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。 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，這對提高 PLC 的可靠性有很大幫助。 PLC 控制的安裝與布線 輸入接線 （ 1）輸入接線一般不要超過 30m。 PLC 程序的設(shè)計(jì) 程序流程圖見附錄 順序功能圖見附錄 梯形圖見附錄 指令表見附錄 4。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有名稱 輸入 名稱 輸出 氣夾正轉(zhuǎn)限位 X0 驅(qū)動(dòng)器一 PUL Y0 氣夾反轉(zhuǎn)限位 X1 驅(qū)動(dòng)器二 PUL Y1 基座正轉(zhuǎn)限位 X2 驅(qū)動(dòng)器一 DIR Y2 基座反轉(zhuǎn)限位 X3 驅(qū)動(dòng)器二 DIR Y3 旋轉(zhuǎn)脈沖 X4 氣夾正轉(zhuǎn) ML Y4 X 軸前限位 X5 氣夾反轉(zhuǎn) MR Y5 X 軸后限位 X6 基座反轉(zhuǎn) MR Y6 Y 軸上限位 X7 基座正轉(zhuǎn) ML Y7 Y 軸上限位 X10 氣夾電磁閥 YV+ Y10 啟動(dòng)按鈕 X11 復(fù)位按鈕 X12 15 著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會有很大幫助。 表 35 PLC 的 I/O 分配表 編程指令的選擇 方案一：使用起保停電路的編程方式。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。機(jī)械手后縮，當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖 信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。放松后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。上升到底時(shí)碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手放松；該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手夾緊 [13]。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。 COM 端接 PLC 的傳感器電源負(fù)端。 行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時(shí)，常開點(diǎn)閉合。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。 PLC 通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動(dòng)器光耦的開合，當(dāng) PLC 輸出線圈得電 表 31 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時(shí)間 5 — 1 μs 表 32 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 33 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部確定 動(dòng)態(tài)改細(xì)分 /禁止工作 OFF OFF OFF 表 34 接線信號描述 信 號 功 能 PUL 脈沖信號：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步 DIR 方向信號：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向， TTL 平驅(qū)動(dòng) OPTO 光耦驅(qū)動(dòng)電源 ENA 使能信號：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止 GND 直流電源地 +V 直流電源正極，典型值 +24V A+ 電機(jī) A相 A 電機(jī) A相 B+ 電機(jī) B相 B 電機(jī) B相 時(shí)，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器光耦導(dǎo)通，當(dāng) PLC 輸出線圈失電時(shí)， 11 晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動(dòng)器光耦截止。 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理，如圖 32 所示。 步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動(dòng)作，相比直流電機(jī)有更好的制動(dòng)效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定。 多功能 隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制 、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使 PLC 控制領(lǐng)域更加寬廣。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在 EEPROM 模塊中去，需要加工哪種產(chǎn)品的程序， 操作人員可以隨時(shí)調(diào)用，這既簡單、方便又保密。 據(jù)調(diào)查，目前我國 70%的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備，都是采用繼電器進(jìn)行控制的，除了可靠性差外，程序設(shè)計(jì)也很繁雜。如果把這些要求得以實(shí)現(xiàn)，繼電器或半導(dǎo)體都不能滿足，而 PLC 則完全可以實(shí)現(xiàn)。價(jià)格僅是選擇 PLC 品牌的一個(gè)因素，而可靠性是選擇控制裝置時(shí)需要考慮 8 的又一個(gè)重要因素。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程 和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。 同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價(jià)比上要高于繼電器控制和單片機(jī)控制，其開發(fā)潛力要差于單片機(jī)， 并且 通用性不好， 不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。因此，它既可控制開關(guān)量，又可控制模擬量；既可控制一個(gè) 機(jī)械手，又可控制一個(gè)機(jī)械手群；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)程控制。 操作方便、維修容易 PLC 采用電氣操作人員熟悉的梯形圖和功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。而且，同一臺可編程控制器還可以用 于不同的控制對象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程 序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更 為普遍。系統(tǒng)程序是每一個(gè) PLC 成品必須包括的部分，由 PLC 廠家提供，用于控制 PLC本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在 EPROM 中。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。機(jī)械手采用 PLC 控制技術(shù)，可以大 5 大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。人們在應(yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程，用來完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 PLC 之所以有生命力，在于它更加適合 工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力。 總的來說，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求、現(xiàn)場環(huán) 境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。 PLC 用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。 PLC 在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。 PLC 是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來，主要 應(yīng) 用在工序控制 上 ，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量順序控制方面。 目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：（ 1）可編程序邏輯控制器（ PLC）；（ 2）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ IPC）；（ 3）集散控制系統(tǒng)（ DCS）。通過 MCGS 將機(jī)械手的動(dòng)作過程進(jìn)行動(dòng)畫演示，使機(jī)械手的動(dòng)作形象化。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ) [6]。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來越多地裝備部隊(duì) [4][5]。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類 2 的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法。 國內(nèi)外機(jī)械手研究概況 機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問世以來，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過 PLC 來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC 在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo) 準(zhǔn)配置之一 [1]。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、