【正文】 天津理工大學自動化學院本科畢。它還具有強大的網(wǎng)絡功能，支持 TCP/IP、 MODEM、 485/422/232 等多種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方案，提供 4 級安全保密機制。使用 ActiveDLL 把設備驅動掛接在系統(tǒng)之中，支持數(shù)據(jù)采集板、智能模塊、智能儀表、 PLC、變頻器、網(wǎng)絡設備，它支持 ActiveX 控件，包括溫控曲線、實時曲線、計劃曲線、歷史曲線、 XY 曲線、實時報表、歷史報表、單行報表、配方管理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫瀏覽統(tǒng)計、多媒體輸出等眾多構件。 數(shù)據(jù)瀏覽構件可同時以表格和曲線的形式顯示存盤數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實時曲線可以動態(tài)顯示當前的數(shù)據(jù)，并可以設定上下限值和時間的長短，以便于用戶查詢，同時提供 EXCEL報表和姿態(tài)網(wǎng)自由報表。它是基于 WIN95/98/NT 視窗結構，能夠快速構造和生成數(shù)據(jù)管理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等界面，輕松實現(xiàn)各種工程曲線、報表、數(shù)據(jù)瀏覽、遠程通訊、遠程采集、遠程診斷等功能的先進軟件。 主控窗口 設備窗口 用戶窗口 實時數(shù)據(jù)庫 運行策略 姿態(tài)網(wǎng)工控組態(tài)軟件 菜單設計 設置工程屬性 設定存盤結構 添加工程設備 連接設備變量 注冊設備驅動 創(chuàng)建動畫顯示 設置報警窗口 人機交互界面 定義數(shù)據(jù)變量 編寫控制流程 使用功能構件 組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應用系統(tǒng) 運行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結果 組態(tài)結果 數(shù)據(jù)庫 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 組態(tài)王的編程語言 組態(tài)王組態(tài)軟件，采用 C++語言編制，核心為組態(tài)結構。 (2)數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫 ,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述 工控 對象的各種屬性 ,比如水位、流量等。對用戶而言 ,操作簡單易學且編程簡單 ,參數(shù)輸入與修改靈活 ,具有多次或重復仿真運行的控制能力 ,可以實時地顯示參數(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) 的實時趨勢曲 線 ,這些很強的交互能力使其在 自動控制系統(tǒng) 的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。 圖 42 組態(tài)王 用戶應用系統(tǒng)結構圖 組態(tài)王的主要特性和功能 (1)實驗全部用 軟件 來實現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成 自動控制系統(tǒng) 課程的實驗 ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫完成了組態(tài)王系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡，它們之間的關系如圖 41 所示。 運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。能夠更好地滿足高端客戶對存儲速度和存儲容量的要求，完全滿足了客戶實時查看和檢索歷史運行數(shù)據(jù)的要求。 KingHistorian 是亞控新近推出的獨立開發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。 組態(tài)王在 web 發(fā)布方面取得新的突破，全新版的 Web 發(fā)布可以實現(xiàn)畫面 發(fā)布，數(shù)據(jù)發(fā)布和 OCX 控件發(fā)布，同時保留了組態(tài)王 Web 的所有功能： IE 瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫面， IE 客戶端與 Web 服務器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡您可以在任何地方獲得與 Web 服務器上相同的畫面和數(shù)據(jù)顯示、報表顯示、報警顯示等，同時可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場發(fā)布控制命令，實現(xiàn)實時控制的功能。 組態(tài)王在保留了原報表所有功能的基礎上新增了報表向導功能，能夠以組態(tài)王的歷史庫或 KingHistorian 為數(shù)據(jù)源，快速建立所需的班報表、日報表、周報表、月報表、季報表和年報表。 組態(tài)王保持了其早期版本功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。 組態(tài)王 是亞控科技根據(jù)當前的 自動化 技術的發(fā)展趨勢，面向低端自動化市場及應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。機械臂運行良好，動作正確、符合控制要求。在使用梯形圖指令編程時，剛開始由于對梯形圖指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機械臂模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時，機械臂動作不符合控制要求。 機械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 5。良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 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，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。由于本設計使用的是 FX1N 系列可編程控制器，所以有直流 24V 輸出接線端。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠 [16]。初級與次級之 間的靜電屏蔽要聯(lián)結到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。 PLC 的供電線路應與其他大功率用電設備或強干擾設備（如高頻爐、弧焊機等）分開。 （ 3）利用普通二極管恰當?shù)拇釉?PLC 輸入回路中，防止信號干擾，使 PLC 輸入信號大大增強。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。因此，討論 PLC 設計調(diào)試就具有十分重要的意義。 PLC 程序的設計 梯形圖見附錄 名稱 輸入 名稱 輸出 右限位 1 步進電機 PUL 右限位 2 步進電機 DIR 右限位 3 步進電機 ENA 左限位 伺服電機方向 下限位 伺服電機使能 上限位 伺服電機脈沖 步進限位 夾瓶氣動閥 啟動按鈕 直流電機 + 復位按鈕 直流電機 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的控制裝置，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。 STL 指令（步進梯形指令）是三菱廠家設計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，且代碼較短。這種編程方式與轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴格的對應關系，用它編制復雜的順序功能圖的梯形圖時，會有很大幫助。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點，但因為存在大量的自保持觸點，使程序代碼較長。 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。故選用和利時 LM3106A 主機，該機輸入點為 14 個，輸出點為 10 個。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進電機驅動器，控制步進電機運行。至此，機械臂經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán) [14]。機械臂后縮，當后縮到底時碰到后限位開關，然后主機向驅動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步 進電機二反轉，機械臂下降。上升到頂時，碰到上限位開關，上升停止。放松后，主機向驅動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉，機械臂上升。主機向驅動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉，機械臂下降。上升到頂時，碰到上限位開 關，上升停止。降到底時碰到下限位開關，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械臂夾緊。上升到底時碰到上限位開關，上升停止，回到原點。機械臂的動作示意圖如圖 36 所示機械臂若不在原點則 PLC 向驅動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉，橫軸后縮。當該線圈通電時，機械臂放松；該線圈斷電時，機械臂夾緊 [13]?；D /反轉和氣夾正轉 /反轉是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機的轉動方向來實現(xiàn)的。步進電機的運動需要驅動器，有脈沖輸入時步進電機才會動作，且每當脈沖由低變高時步進電機走一步；改變電機轉向時，需要加方向信號。 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 圖 34 電平轉換板原理圖 機械臂的動作實現(xiàn)過程 機械臂的全部動作由步進電機和直流電機進行驅動控制。 COM 端接 PLC 的傳感器電源負端。本模型所用輸入、輸出均為低電平有效。 行程開關：當檔塊碰到開關時，常開點閉合。與 PLC之間的接線圖如下，當傳感器動作時，輸出端對地接通。機械臂的伸縮、升降均采用行程開關來限位，并通過改變行程開關的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運動范圍。 傳感器 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 本裝置中使用的傳感器有接近開關和行程開關。 為了滿足快速響應的要求，電機應有較小的轉動慣量和大的堵轉轉矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。 電機應具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉矩的要求。 可靠性高 要求 數(shù)控機床 的進給驅動系統(tǒng)可靠性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動 等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力。 伺服進給系統(tǒng)的要求 調(diào)速范圍寬 定位精度高 有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性 快速響應，無超調(diào) 為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外， 還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是 ACDCAC 的過程。功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。 伺服驅動器均采用 數(shù)字信號處理器 （ DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 伺服放大器 伺服放大器 即伺服驅動器（ servo drives）又稱為 “伺服控制器 ”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應用于高精度的定位系統(tǒng)。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有 機電時間常數(shù) 小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 圖 32 PLC 控制器與步進電機驅動器連接及工作原理 伺服電機 伺服電機（ servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。 PLC 通過控制其輸出點來控制驅動器光耦的開合，當 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 步進脈沖響應頻率 — — 100 kHz 脈沖低電平時間 5 — 1 μs 表 32 電流設定 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 細分設定 細分倍數(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 動態(tài)改細分 /禁止工作 OFF OFF OFF 表 34 接線信號描述 信 號 功 能 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 PUL 脈沖信號：上升沿有效，每當脈沖由低變高時電機走一步 DIR 方向信號：用于改變電機轉向， TTL 平驅動 OPTO 光耦驅動電源 ENA 使能信號：禁止或允許驅動器工作，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 A 相 A 電機 A 相 B+ 電機 B 相 B 電機 B 相 時，晶體管導通，相應的觸電輸出低電平，使驅動器光耦導通，當 PLC 輸出線圈失電時， 晶體管關斷，使驅動器光耦截止。驅動器電源由面板上電源模塊提供，驅動器信號端采用 +24V 供電，需加 限流電阻（見圖 32 中 電阻）。 PLC 控制器與步進電機驅動器連接及工作原理，如圖 32 所示。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖31 所示： 天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計 圖 31 步進電機電氣接線圖 步進電機驅動器 步進電機驅動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。 步進電機 采用二相八拍混合式步進電機來控制機械臂的動作，相比直流電機有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機械臂的運動更加穩(wěn)定。 第三章 機械臂模型控制系統(tǒng)的設計 機械臂控制系統(tǒng)構件概述 本課題設計使用的是校研究室啤酒生產(chǎn)線機械臂抓瓶裝箱環(huán)節(jié)的三自由度機械臂。網(wǎng)絡化程度高通信能力天津理工大學自動化學院本科畢業(yè)設計