【正文】 在這里真誠(chéng)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(lái)的精神深深的打動(dòng)了我，理論的知識(shí)再?gòu)?qiáng)它也只是虛幻，只有通過(guò)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)。 致謝歲月如梭，轉(zhuǎn)眼之間大學(xué)四年飛速而過(guò)。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(wèn)題，最終靠查找資料和向老師請(qǐng)教，最后也圓滿(mǎn)的解決了問(wèn)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(guò)指導(dǎo)老師范老師四五個(gè)月悉心指導(dǎo)，從一開(kāi)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(xiàn)、PLC的選型、程序的編寫(xiě)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(xiě)的PLC程序傳到PLC的內(nèi)部去，先將PLC切換到離線(xiàn)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：圖55 程序編寫(xiě)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(lái)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(méi)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(chēng) 編寫(xiě)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(chēng)、大小、類(lèi)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：“”。 創(chuàng)建操作界面 創(chuàng)建工程過(guò)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(huà)的顯示界面、編寫(xiě)一定的控制程序、對(duì)編寫(xiě)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(cè)試。通過(guò)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(lái)存放不同類(lèi)型的變量，將數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)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(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)交換的中心，它是MCGS的核心部分。(3) 用戶(hù)窗口用戶(hù)窗口顧名思義就是與用戶(hù)進(jìn)行溝通的界面，用戶(hù)可以直接進(jìn)行使用，同時(shí)用戶(hù)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(huà)構(gòu)件，還有一整套的設(shè)計(jì)模塊，用戶(hù)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(lái)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(lái)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(hù)解決實(shí)際工程上的問(wèn)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：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(kāi)關(guān)X6啟動(dòng)時(shí)，檢測(cè)元件X22檢測(cè)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；當(dāng)極限開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)X3啟動(dòng)時(shí)，置位輔助繼電器M9，垂直氣缸下降；當(dāng)極限開(kāi)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(kāi)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(kāi)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；考慮到在執(zhí)行過(guò)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(guò)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(xiàn)，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(mǎn)足一般控制的需求，實(shí)物圖如圖37所示：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(chǎng)提高生產(chǎn)利潤(rùn)。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(wú)可取代的，工業(yè)的進(jìn)步是離不開(kāi)PLC。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡(jiǎn)單易學(xué)，形象直觀(guān)，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(yǔ)言。(3) 編程簡(jiǎn)單：PLC主要是用于面向用戶(hù)的設(shè)備，用戶(hù)使用必須簡(jiǎn)單易學(xué)，最重要的是編程要最簡(jiǎn)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(lèi)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。 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(chǎng)自動(dòng)化的需要，開(kāi)發(fā)了適用于過(guò)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(méi)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(lái)越大，它的生產(chǎn)也就日益增長(zhǎng)，它也就越來(lái)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(lái)，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(hù)可以自己編寫(xiě)一定的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)所預(yù)定的功能，這種軟件系統(tǒng)為用戶(hù)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(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(jiǎn)單、直觀(guān)、易學(xué)。PLC采用大規(guī)模集成電路、承受電壓高、無(wú)故障正常工作時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)幾十萬(wàn)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(lái)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(guò)程控制的新時(shí)代。隨著它的效益越來(lái)越高，世界上許多國(guó)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)，這就意味著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步，PLC的相關(guān)技術(shù)也是達(dá)到了相對(duì)成熟的地步。PLC在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位也是不可動(dòng)