【正文】 7) 單擊“保存”按鈕。如圖 44 所示。 岳文春：基于 MCGS 的機(jī)械手控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 18 圖 42 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口 圖 43 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口 圖 44 數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置窗口 4) 將“對(duì)象名稱(chēng)”改為：復(fù)位按鈕；“對(duì)象初值”改為： 0；“對(duì)象類(lèi)型”選擇：安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 開(kāi)關(guān)型；在“對(duì)象內(nèi)容注釋輸入框”內(nèi)輸入：機(jī)械手復(fù)位控制信號(hào)， X12 輸入，1 有效 。 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 43 所示。其中一部分為系統(tǒng)內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)對(duì)象。 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 42所示。本系統(tǒng)至少需要 16個(gè)變量，見(jiàn)表 41。定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱(chēng)、類(lèi)型、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤(pán)相關(guān)的參數(shù)，如存盤(pán)的周期、存盤(pán)的時(shí)間范圍和保存期限等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是 MCGS 工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中 心。如圖 41 所示。 3) 選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項(xiàng)，彈出文件保存窗口。 工程的建立與變量的定義 工程的建立 1) 首先雙擊桌面 MCGS 組態(tài)環(huán)境圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，屏幕中間窗口為工作臺(tái)。 MCGS 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(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、排序、運(yùn)算等操作），同時(shí)可以?huà)旖油獠繑?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 [7]。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。機(jī)械手運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。在使用 STL 指令編程時(shí)，剛開(kāi)始由于對(duì) STL 指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械手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)械手動(dòng)作不符合控制要求。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見(jiàn)附錄 A 中的附圖 3。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。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。 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。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。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來(lái)抗干擾。 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)。 （ 3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉?PLC 輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使 PLC 輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。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。因此，討論 PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。 岳文春：基于 MCGS 的機(jī)械手控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 14 Y 5S E T X 2R S T Y 5X 4 X 5 X 0Y 1 下 降 X1 T 0 X 2 X3X 1 T 1 X 2 X 4T 0K 3 0Y2 上 升Y 3 右 移Y1 下 降X 6 上 限 位右 限 位下 限 位上 限 位左 限 位T 1K 2 0Y 2 上 升 Y 4 左 移下 限 位夾 緊放 松X 5 圖 35 程序流程圖 PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專(zhuān)門(mén)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。 名稱(chēng) 輸入 名稱(chēng) 輸出 啟動(dòng) X0 夾緊工件 Y0 左限位 X1 下降 Y1 下限位 X2 上升 Y2 上限位 X3 右行 Y3 右限位 X4 左行 Y4 放松工件 Y5 復(fù)位 X7 原位 Y7 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 啟 動(dòng) 初 始 化是 否 循 環(huán) 下 降夾 緊 工 件保 持 3 s上 升右 移下 降放 松 工 件保 持 2 s上 移左 移停 止YN 圖 34 程序流程圖 根據(jù)對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和各種型號(hào)的選擇，同時(shí)基于機(jī)械手控制動(dòng)作的流程圖，即可設(shè)計(jì)出出機(jī)械手動(dòng)作的程序流程圖如圖 35 所示。 經(jīng)論證 本次設(shè)計(jì)采用的編程方式選用方案三。 方案三：采用 STL 指令的編程方式。 方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。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。 PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)的分配如表 35 所 示。由于機(jī)械手系統(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)械手的控制為純開(kāi)關(guān)量控制，且 I/O 點(diǎn)數(shù)不多，僅需 6 個(gè)輸入點(diǎn)和 7 個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一 定的裕量。 圖 33 接近開(kāi)關(guān)傳感器與 PLC 連接的工作原理圖 PLC 程序設(shè)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定及 PLC 類(lèi)型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是普通機(jī)械手作為被控對(duì)象。與 PLC 之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。 接近開(kāi)關(guān)傳感器 接近開(kāi)關(guān)：利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性制作的開(kāi)關(guān)。 本設(shè)計(jì)選用 LX19K 行程開(kāi)關(guān)。 行程開(kāi)關(guān)分為直動(dòng)式、滾動(dòng)式和微動(dòng)式三種。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合的不同狀態(tài)改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。 行程開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)，可以安裝在相對(duì)靜止的物體 (如固定架、門(mén)框等，簡(jiǎn)稱(chēng)靜物 )上或者運(yùn)動(dòng)的物體 (如行車(chē)、門(mén)等，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)物 )上。 傳感器與行程開(kāi)關(guān)的選擇 本設(shè)計(jì)在控制機(jī)械手運(yùn)行的過(guò)程中，需要有行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)械手的行程位置，進(jìn)而來(lái)控制機(jī)械手的動(dòng)作。在使用時(shí)，應(yīng)按實(shí)際具體情況進(jìn)行選擇。模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展， I/O 點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式靈活。 3） PLC 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要求 PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式、模塊式和疊裝式等三種。例 如， PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶(hù)應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。 2） PLC 處理速度原則 PLC 工作時(shí)，從輸入信號(hào)控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 1～ 2個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇 PLC 容量及 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。對(duì)一些過(guò)去較為繁瑣的控制可利用 PLC的特點(diǎn)加以簡(jiǎn)化，通過(guò)內(nèi)部程序簡(jiǎn)化外部接線及操作方式。最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象或產(chǎn)生過(guò)程的控制要求，同時(shí)對(duì) 于一些原來(lái)在使用繼電接觸器線路很難實(shí)現(xiàn)的要求，使用 PLC 后，將很容易實(shí)現(xiàn)。在右行的過(guò)程中，右限位開(kāi)關(guān)才停止右行，下降到下限位開(kāi)關(guān) 位置，電磁線圈斷電放松工件，然后上升到上限位開(kāi)關(guān)位置停止上升，開(kāi)始左行，碰到左限位開(kāi)關(guān)停止左行；至此，機(jī)械手經(jīng)過(guò)八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán)，如此反復(fù)執(zhí)行 [6]。設(shè)備裝有上、下限位開(kāi)關(guān)和左、右限位開(kāi)關(guān)，它的工作過(guò)程如圖 32 所示，當(dāng)機(jī)械手停在左限位處時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降，當(dāng)機(jī)械手下碰到下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，停止下降，機(jī)械手線圈通電，夾緊工件。 圖 31 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電 時(shí) ，就一 直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反的線圈通電為止。 表 21 RS232 接口的定義 針腳 信號(hào) 定義 1 DCD 載波檢測(cè) 2 RXD 接收數(shù)據(jù) 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 4 DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 岳文春：基于 MCGS 的機(jī)械手控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 8 5 SGND 信號(hào)地 6 DSR 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 7 RTS 請(qǐng)求發(fā)送 8 CTS 清除發(fā)送 9 RI 振鈴提示 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制實(shí)現(xiàn)的具體內(nèi)容 機(jī)械手的動(dòng)作 是根據(jù)機(jī)械手的具體結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)， 全部動(dòng)作由雙線圈二位電磁閥推動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)控制。根據(jù)協(xié)議，向 PLC 發(fā)送寄存器的讀寫(xiě)命令 , 并接收應(yīng)答數(shù)據(jù)。串口通信中，為保證通信的正確性、完整性，通常在通信幀的尾部加有校驗(yàn)。常用的通信方式有 RS23 RS48 RS422 等。 通過(guò) MODEM 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集的功能也非常便利。 主 控 窗 口 設(shè) 備 窗 口 用 戶(hù) 窗 口 實(shí) 時(shí) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 運(yùn) 行 策 略 M C G S 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(pán) 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 24 MCGS 用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 通信方式的選擇 通信是連接 PLC 和 MCGS 的重要通道，其中通信方式有很多種，對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通信，按消息傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為串口、并口通信兩種。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了 MCGS 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 23 所示 [5]。 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(hù)指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。 MCGS 的構(gòu)成 MCGS 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(hù)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(hù)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)，可作為很好的上位機(jī)設(shè)計(jì)， 包括國(guó)、內(nèi)外在內(nèi)有很多的種類(lèi)，無(wú)論在專(zhuān)業(yè)性方面還是在 各種主流 工控 設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)的 情況下，它們都有著自個(gè)方面的功能。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用 軟件 。在處理突發(fā)問(wèn)題的時(shí)候，上位機(jī)也有著非常大的作用。 上位機(jī)組態(tài)軟件的選擇 上位機(jī)是機(jī)械手控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要部分，通過(guò)上位機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)械手動(dòng)作 實(shí)時(shí) 情況。這既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)捷，可以達(dá)到事半功倍的效果。這是因?yàn)槭褂?PLC 不必改動(dòng)外部設(shè)備接線，只要對(duì)軟件進(jìn)行一些改變就可以了。這無(wú)疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長(zhǎng)短考慮 不論是對(duì)舊設(shè)備進(jìn)行改造，還是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備。對(duì) PLC 的經(jīng)濟(jì)分析，應(yīng)從如下幾方面分析： 從影響成本的各個(gè)因素綜合考慮 根據(jù)目前生產(chǎn)設(shè)備控制裝置來(lái)說(shuō)，有三種類(lèi)型分別為：繼電器控制系統(tǒng)；半導(dǎo)體器件控制系統(tǒng)； PLC 控制系統(tǒng)。因此 PLC 系統(tǒng)有以下主要功能： 1) 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能； 2) 多種控制功能； 3) 通信聯(lián)網(wǎng)功能； 4) 人機(jī)界面功能； 5) 輸入、輸出接口調(diào)理功能； 岳文春：基于 MCGS 的機(jī)械手控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 6 6) 編程、調(diào)試功能。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。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。各部分通過(guò)總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成 [4]。 安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 PLC 的結(jié)構(gòu)和主要功能 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。 綜上所述，機(jī)械手的控制方式即下位機(jī)選擇 PLC 控制。機(jī)械手采用 PLC 控制技術(shù)，可以大大提高該系統(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。 PLC 具有很多的優(yōu)點(diǎn)。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：可編程序邏輯控制器（ PLC）；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ IPC）；集散控制系統(tǒng)（ DCS） [3]。 機(jī)械手控制方式的選定