【正文】 在這里真誠的向范老師致謝。對(duì)于這次的課題很榮幸的分到范老師的麾下，范老師將理論和實(shí)踐結(jié)合起來的精神深深的打動(dòng)了我，理論的知識(shí)再強(qiáng)它也只是虛幻，只有通過理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，才能體現(xiàn)出理論的實(shí)際價(jià)值，老師教我很好的做到了這一點(diǎn)。 感謝這次的論文指導(dǎo)老師范老師的嚴(yán)格細(xì)心地指導(dǎo)下完成了這次的課題任務(wù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 共 36頁 致謝 歲月如梭，轉(zhuǎn)眼之間大學(xué)四年飛速而過。在設(shè)計(jì)中，不僅僅是設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)化的程序，而是要考慮到它的工藝性和價(jià)值性，一定要節(jié)約成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)本次課題時(shí)，也遇到了許許多多的問題，最終靠查找資料和向老師請(qǐng) 教，最后也圓滿的解決了問題。為了使本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加具有實(shí)際運(yùn)用性，同時(shí)在 PLC的基礎(chǔ)上加入了組態(tài)軟件。 經(jīng)過指導(dǎo)老師范老師四五個(gè)月悉心指導(dǎo)，從一開始到現(xiàn)在學(xué)到了許許多多的知識(shí)，例如：機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的 選型和配置，怎樣去很好的組合它們，達(dá)到基本設(shè)計(jì)的要求； PLC的靈活運(yùn)用也是老師細(xì)心指導(dǎo)的一個(gè)方面， PLC的硬件接線、 PLC的選型、程序的編寫和整體的調(diào)試運(yùn)行，老師在一旁用心的幫我檢查和糾正。利用氣缸、電磁閥、 PLC裝置、傳感器和一些輔助設(shè)備，達(dá)到了控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的目的。組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控， PLC 的程序也實(shí)現(xiàn)了它的功能。 調(diào)試 在保證所有硬件和軟件系統(tǒng)的正確情況下，將用軟件編寫的 PLC 程序傳到 PLC 的內(nèi)部去，先將 PLC 切換到離線模式下，然后將組態(tài)軟件隨之啟動(dòng)，把組態(tài)軟件 MCGS調(diào)到工程運(yùn)行的狀態(tài)。 如圖 55所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 共 36頁 圖 55 程序編寫 在進(jìn)行定時(shí) 器設(shè)定的同時(shí)，也添加一個(gè)腳本程序，利 用定時(shí)器和腳本程序這兩個(gè)控制方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的定時(shí)控制。狀態(tài)報(bào)告功能就是有沒有到設(shè)定時(shí)間。而計(jì)時(shí)功能就是在啟動(dòng)后進(jìn)行計(jì)時(shí)。 本系統(tǒng)變量如下圖 542所示： 如圖 542 變量名稱 編寫控制程序 定時(shí)器分為啟停和計(jì)時(shí)這兩個(gè)功能。變量包括對(duì)數(shù)據(jù)的名稱、大小、類型進(jìn)行數(shù)據(jù)定義，也就是對(duì)相關(guān)參數(shù)的確定。 (3) 在對(duì)應(yīng)的文件名輸入：機(jī)械手的控制系統(tǒng)，同時(shí)按下保存按鈕，進(jìn)行保存，這是對(duì)工程設(shè) 定完畢。 單擊菜單中的“新建工程”，會(huì)自動(dòng)生成新建工程，默認(rèn)工程名為：“新建工程 ”。 創(chuàng)建操作界面 創(chuàng)建工程過程一般是如下：首先對(duì)工程系統(tǒng)進(jìn)行分析、對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行菜單的設(shè)計(jì)、制作動(dòng)畫的顯示界面、編寫一定的控制程序、對(duì)編寫的程序進(jìn)行有效的調(diào)試、最后 連接外部設(shè)備進(jìn)行綜合的測試。通過對(duì)腳本程序和一些定時(shí)程序的設(shè)定可以達(dá)到對(duì)機(jī)械手的控制。這個(gè)窗口主要用來存放不同類型的變量，將數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)作為操作對(duì)象。 (4) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)交換的中心，它是 MCGS 的核心部分。 (3) 用戶窗口 用戶窗口顧名思義就是與用戶進(jìn)行 溝通的界面，用戶可以直接進(jìn)行使用，同時(shí)用戶也可以自我定義其中的控制內(nèi)容，方便自己使用，如一些圖元和動(dòng)畫構(gòu)件，還有一整套的設(shè)計(jì)模塊，用戶可以直接使用。設(shè)備窗口具有唯一性，一套系統(tǒng)只有唯一的窗口。 (2) 設(shè)備窗口 設(shè)備窗口主要用來連接外部設(shè)備的環(huán)境。 具體結(jié)構(gòu)如下圖 51所示： 圖 51 組態(tài)軟件組成 (1) 主控窗口 主控窗口是一個(gè)框架，他可以放置一個(gè)或多個(gè)窗口，主要用于調(diào)度和管理這些窗口。 MCGS操作起來靈活的界面，在自動(dòng)領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，它主要為用戶解決實(shí)際工程上的問題。目前很多組態(tài)軟件都可以和 PLC 構(gòu)成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，它非常方便而且易于運(yùn)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)監(jiān)控的一大主流。自動(dòng)控制為主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，其控制流程圖如下圖421 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 36頁 圖 421 順序流程圖 程序功能圖 (1) 自動(dòng)控制程序： 一上電，機(jī)械手復(fù)位 ，機(jī)械手右擺，水平氣缸縮回，垂直氣缸上升；當(dāng)按下 X0，當(dāng)極限開關(guān) X6 啟動(dòng)時(shí)，檢測元件 X22 檢測到工件時(shí)，置位輔助繼電器 M1，機(jī)械手左擺；當(dāng)按下 X1 時(shí)，置位輔助繼電器 M2，水平氣缸伸出； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 20 頁 共 36頁 當(dāng)極限開關(guān) X3 啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M3，垂直氣缸下降；當(dāng)極限開關(guān) X5啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M4，氣爪夾緊，啟動(dòng)定時(shí)器 T0；當(dāng) T0計(jì)時(shí)時(shí)間到，置位輔助繼電器 M5，垂直氣缸上升；當(dāng)極限開關(guān) X6啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M6，水平氣缸縮回； 當(dāng)極限開關(guān) X4 啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M7，擺動(dòng)氣缸右擺；當(dāng)極限開關(guān) X2啟動(dòng)時(shí)，置位 輔助繼電器 M8，水平氣缸伸出；當(dāng)極限開關(guān) X3啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M9，垂直氣缸下降； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 共 36頁 當(dāng)極限開關(guān) X5 啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M10，氣爪夾緊，定時(shí)器 T1 啟動(dòng)； T1 計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，置位輔助繼電器 M11，垂直氣缸上升；當(dāng)極限開關(guān) X6啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M12，水平氣缸縮回；當(dāng)按下 X7 手動(dòng)控制按鈕時(shí)，置位輔助繼電器 M0，使系統(tǒng)復(fù)位； 當(dāng)極限開關(guān) X4 啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器 M1，循環(huán)操作；當(dāng)按下 X11 時(shí)，置位輔助繼電器 M0，使系統(tǒng)復(fù)位； 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 22 頁 共 36頁 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 共 36頁 考慮到在執(zhí)行過程中，機(jī)械手會(huì)出現(xiàn)故障或者不可預(yù)料的情況時(shí)，通 常加入手動(dòng)操作，按照其動(dòng)作的過程，可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的手動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，手動(dòng)控制方式可以對(duì)機(jī)械手進(jìn)行水平，垂直，擺動(dòng)和氣爪的控制。 順序功能圖的設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照一定的先后順序才能保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的準(zhǔn)確性。但最主要的為自動(dòng)控制系統(tǒng)，手動(dòng)控制也是必不可少的。對(duì)于 FX 系列的單元結(jié)構(gòu)一般采用插接式的方法接線，這樣更換單元會(huì)更加方便 [8]。 FX 系列 PLC 體積雖然比較小，但是卻具有很強(qiáng)的功能。模塊化的 PLC 也是相當(dāng)?shù)撵`活，單元整體的結(jié)構(gòu)式網(wǎng)絡(luò)，使得它的穩(wěn)定性也是越高。它是最廣泛的 PLC 系列產(chǎn)品之一，體積微小適合在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用，其中內(nèi)置 D直流 24V電源可以作為輸入回路和傳感器的電源使用。 PLC 的選型 本次設(shè)計(jì)中，選用的是三菱 FX系列的 FX2N48MR 型號(hào)的 PLC,它的輸入輸出點(diǎn)共48個(gè)，滿足一般控制的需求，實(shí)物圖如圖 37所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 36頁 圖 37 三菱 FX2N系列 PLC實(shí)物圖 三菱公司的 FX 系列 PLC 適應(yīng)性廣，擴(kuò)展性也是非常豐富，最多能夠擴(kuò)展到 256個(gè) I/O 點(diǎn)。 (5) 維護(hù)方便： PLC 維護(hù)方便也是 PLC 得到工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的主要原因，維護(hù)的方便可以有效地提高生產(chǎn)效率和減少不必要的投資，這樣有效地幫工廠提高生產(chǎn)利潤。 PLC 功能的逐漸完善，這意味著它在工業(yè)行業(yè)中的地位是無可取代的，工業(yè)的進(jìn)步是離不開 PLC。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡單易學(xué)，形象直觀，而且易于掌握，不需要有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和特殊的計(jì)算機(jī)語言。 (3) 編程簡單： PLC 主要是用于面向用戶的設(shè)備，用戶使用必須簡單易學(xué)，最重要的是編程要最簡單易用而且要易懂。同一 個(gè) PLC裝置可以控制不同的對(duì)象，只是輸入 /輸出的組件和對(duì)于軟件的控制方式的不同。 (2) 通用性強(qiáng)：在 PLC 的控制系統(tǒng)中，不需要繼電器之類的電氣控制元件，它只需要 PLC 內(nèi)部的軟元件進(jìn)行模擬控制。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 36頁 PLC 特點(diǎn) (1) 抗干擾能力強(qiáng)： PLC 其中最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是它的抗干擾能力強(qiáng)，在一些特殊的環(huán)境中，有一些輻射和電磁干擾的情況下， PLC 工作能力也不會(huì)受到任何的影響。工廠自動(dòng)化的需要，開發(fā)了適用于過程控制的特殊模塊。 (3) PLC 的高性能與小型化階段：在這一階段中，電子技術(shù)的不斷提 升，也就帶領(lǐng)著 PLC 向著小型和緊湊的方向發(fā)展，在體積逐漸減小的狀態(tài)下， PLC 的功能并沒有減少，反而更方面有了大大的提高，比如它的運(yùn)算、存儲(chǔ)、功能模塊也有了大大的提高，日本的三菱公司在本階段主要生產(chǎn)了一些小型的 FX 小型 PLC。在此時(shí)， PLC 出現(xiàn)了三種不同的塊型：固定輸入輸出型、基本單元擴(kuò)展型、模塊化結(jié)構(gòu)型。 (2) PLC 的普及階段：隨著 PLC 的不斷發(fā)展，工業(yè)的需求也越來越大，它的生產(chǎn)也就日益增長，它也就越來越普及。因?yàn)閷?duì)它的極大需求，驅(qū)動(dòng)了它的急速的發(fā)展 了起來，并且向著更好更快，更小的方向發(fā)展。在工業(yè)電氣環(huán)境中，繼電器適應(yīng)不了工業(yè)環(huán)境的變化 [2]。這樣使得它成為了現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域的必不可少的一部分 [9]。用戶可以自己編寫一定的程序來實(shí)現(xiàn)所預(yù)定的功能，這種軟件系統(tǒng)為用戶部分。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)是由 CPU、存儲(chǔ)器單元、 I/O 裝置、電源接口、擴(kuò)展模塊、單獨(dú)的編程器和其它外圍設(shè)備組成，這些結(jié)構(gòu)都是通過數(shù)據(jù)總線相互連接而成 [14]。很多 PLC 的內(nèi)部擁有成千上百的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。大 多數(shù) PLC 編程采用的是梯形圖，而梯形圖簡單、直觀、易學(xué)。 PLC 采用大規(guī)模集成電路、承受電壓高、無故障正常工作時(shí)間長，可達(dá)幾十萬小時(shí)。 同時(shí)，出現(xiàn)了各種各樣的功能，如：人機(jī)交互功能單元和通信單元。同時(shí)， PLC 的功能性也是越來越多了， PLC 逐漸對(duì)數(shù)字模擬的處理能力、對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算能力、接口的擴(kuò)展性和通訊能力等這些方面有了很大的提高，PLC 進(jìn)入過程控制的新時(shí)代。 隨著它的效益越來越高，世界上許多國家多在生產(chǎn)它，它的產(chǎn)量也達(dá)到了相對(duì)的飽和狀態(tài)，