【正文】 行水平移動，上工件要做垂直移動，氣夾還要張開、閉合。 機械手的動畫連接剛才圖412的畫面，只用8個指示燈對機械手的工作狀態(tài)進行了動畫顯示。12) 依次對其他指示燈進行設(shè)置，依照步驟1）~11）。10) 單擊“確認(rèn)”按鈕，退出“單元屬性設(shè)置”窗口，結(jié)束啟動指示燈的動畫連接。8) 在“當(dāng)表達式非零時”一欄，選擇“對應(yīng)圖符可見”。6) 單擊“可見度”選項卡進入該頁，如圖416所示。單擊“屬性設(shè)置”選項卡，進入該頁，如圖415所示。圖415 指示燈動畫組態(tài)屬性設(shè)置3) 單擊“組合圖符”，出現(xiàn)“？”、“”按鈕。 指示燈的動畫連接1) 雙擊啟動指示燈，彈出“單元屬性設(shè)置”窗口。雙擊“腳本程序”工具條進入腳本程序編輯環(huán)境，編輯腳本程序。如圖414所示。圖413 循環(huán)策略窗口右鍵單擊點擊工具條，選中 “新增策略行”，增加一策略行。運行時，指示燈隨機械手動作變化做相應(yīng)指示?！斑M入” 按鈕是用來進入MCGS運行環(huán)境中“機械手監(jiān)控畫面”的，“退出”按鈕則是用來退出運行環(huán)境的?！皩ο笤芾怼比鐖D411所示。圖411 對象元件管理10) 選中“機械手監(jiān)控畫面”的窗口標(biāo)題，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫組態(tài)窗口，對“機械手監(jiān)控畫面” 進行相同的操作。單擊“保存”， “封面窗口”畫面編輯完畢。8) 點擊“字符字體”按鈕，設(shè)置文字字體為：楷書；字型為：粗斜體；大小為28：。6) 點擊“填充色”按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色為：沒有填充。4) 在光標(biāo)閃爍位置輸入文字“歡迎進入MCGS監(jiān)控系統(tǒng)”，按回車鍵或在窗口的任意位置用鼠標(biāo)點擊一下，文字輸入完畢。2) 單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱。對“機械手監(jiān)控畫面”進行同樣的設(shè)置。窗口位置選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”。4) 選中“窗口1”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”。這時“封面窗口”底色變?yōu)樗{色。2) 選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”。圖48 工作臺窗口 工程畫面的創(chuàng)建1) 在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口0”、“窗口1”。單擊“保存”按鈕。依次進入通道連接，直至通道全部連接完成。圖46 設(shè)備組態(tài)窗口 圖47 設(shè)備屬性設(shè)置窗口12) 單擊“確認(rèn)”，完成“內(nèi)部屬性”設(shè)置。11) 單擊基本屬性頁中的“內(nèi)部屬性”選項，該項右側(cè)會出現(xiàn)圖標(biāo)，單擊此按鈕進入“內(nèi)部屬性”設(shè)置。設(shè)備被添加到設(shè)備組態(tài)窗口中，如圖46所示。8) 單擊“確認(rèn)”，并保存。6) 雙擊串口通訊父設(shè)備圖標(biāo)，將“串口通訊父設(shè)備”添加到右側(cè)選定設(shè)備列表中。4) 在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。2) 點擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”。7) 單擊“保存”按鈕。如圖44所示。圖42 實時數(shù)據(jù)庫窗口圖43 實時數(shù)據(jù)庫窗口圖44 數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置窗口4) 將“對象名稱”改為：復(fù)位按鈕；“對象初值”改為：0；“對象類型”選擇：開關(guān)型；在“對象內(nèi)容注釋輸入框”內(nèi)輸入：機械手復(fù)位控制信號，X12輸入，1有效。2) 單擊工作臺右側(cè)“新增對象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加了一個新的數(shù)據(jù)對象，如圖43所示。其中一部分為系統(tǒng)內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)對象。 變量定義的步驟1) 單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”選項卡，進入“實時數(shù)據(jù)庫”窗口頁，如圖42所示。本系統(tǒng)至少需要16個變量，見表41。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。實時數(shù)據(jù)庫是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，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)，進入組態(tài)環(huán)境，屏幕中間窗口為工作臺。MCGS數(shù)據(jù)庫管理功能強大，分為數(shù)據(jù)前處理（可以對設(shè)備采集進來的數(shù)據(jù)進行多種數(shù)值處理）、數(shù)據(jù)后處理（可通過各種內(nèi)部函數(shù)、運算符、腳本程序?qū)崟r采集的數(shù)據(jù)進行處理）、實時數(shù)據(jù)處理（提供數(shù)據(jù)瀏覽，各種曲線、報表等功能構(gòu)件，對存盤數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行查詢、排序、運算等操作），同時可以掛接外部數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)ODBC接口和OLE實時調(diào)用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等數(shù)據(jù)庫相連，提供多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式，每種方法都可以獨立使用或組合使用[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。機械手運行良好，動作正確、符合控制要求。在使用STL指令編程時，剛開始由于對STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機械手模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時，機械手動作不符合控制要求。 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖PLC外部電氣接線圖見附錄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，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(shè)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。PLC供電電源為50Hz、220V177。為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等。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。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 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。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運行。三菱PLC的梯形圖見附錄A中的附圖1；相對應(yīng)指令表見附錄A中的附圖2。 機械手控制的流程設(shè)計按照機械手動作過程的實現(xiàn)，主要的控制過程的演示以及根據(jù)要求完成的動作，可以設(shè)計出機械控制的流程圖，如圖34所示。STL指令（步進梯形指令）是三菱廠家設(shè)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(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(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，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分配表名稱輸入名稱輸出啟動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 編程指令的選擇方案一：使用起保停電路的編程方式。故選用日本三菱公司生產(chǎn)的多功能小型FX1N24MTD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機械手電磁閥，控制機械手運行。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號輸入有效，工作原理如圖33所示。接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。LX19系列行程開關(guān)，適用于交流50Hz，電壓至380V，直流電壓至220V，約定發(fā)熱電流至5A的控制電路中，~ mm，作控制運動機構(gòu)的行程和變換其運動方向或速度之用。直動式行程開關(guān)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭；滾動式行程開關(guān)克服了直動式行程開關(guān)的缺點，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格也較高，所以選擇微動式行程開關(guān)體積小，動作靈敏，適用于小型機構(gòu)中使用。 行程開關(guān)主要用于將機械手的位移轉(zhuǎn)變成電信號，使電動機的運行狀態(tài)得以改變，從而控制機械動作或用作程序控制。當(dāng)動態(tài)物體接近靜態(tài)的物體時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點閉合。同時，需要接近開關(guān)傳感器來感知機械手距離工件的位置。 結(jié)合以上幾點，在設(shè)計PLC機械手控制系統(tǒng)中用應(yīng)選型為三菱公司FX系列型號的可編程控制器。疊裝式將整體式和模塊式結(jié)合起來。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)。滯后時間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動作時間。但有些設(shè)備的實時性要求較高，不允許有較大的滯后時間。以滿足控制要求為前提，PLC選型時應(yīng)選擇最佳的性能與價格比，具體考慮以下幾點原則:1) PLC性能與任務(wù)要相適應(yīng)原則 對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，如西門子公司的S7300系列PLC或三菱公司FX系列型PLC。為保證控制系統(tǒng)的安全、可靠，同時采取“軟件兼施”的辦法。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經(jīng)濟、操作和維護方便。(夾緊工件時間為3s，釋放工件的時間為2s)圖32 機械手的動作示意圖 PLC控制器的選型 PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。當(dāng)夾緊工件后，機械手上升，碰到上限位開關(guān)后開始右行。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。機械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖31所示。根據(jù)P LC與MCG接口的適配性，選擇RS232/RS485作為串行口的通信。通信過程中，上位機的MCGS監(jiān)控軟件調(diào)用PLC驅(qū)動。通信協(xié)議分為ASCII通信和16進制通信兩類 ( P LC 的大多采用16 進制通信 )。MCGS中, PLC已經(jīng)將串口通信的波特率設(shè)置等功能成至串口父設(shè)備中，因此PLC設(shè)備驅(qū)動是作為MCGS監(jiān)控軟件設(shè)備管理窗口中的子設(shè)備提供的。MCGS可以方便地實現(xiàn)讀PLC各類寄存器或繼電器操作的功能。圖23 組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境關(guān)系圖由MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分組成，如圖23所示。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。根據(jù)對機械手控制系統(tǒng)的人機界面的設(shè)計和考慮到自身熟悉軟件的程度，最終選擇MCGS作為上位機的組態(tài)軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。在PLC作為控制器的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖豢貙ο笠约霸诒豢貙ο蟮姆从?，在上位機中都有所體現(xiàn)?，F(xiàn)代PLC的發(fā)展主要有兩個趨勢：一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展[4]。也就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。如果把這些要求得以實現(xiàn)，繼電器或半導(dǎo)體都不能滿足，而PLC則完全可以實現(xiàn)。毫無疑問，生產(chǎn)、設(shè)計周期越短越好，甚至希望是邊設(shè)計、邊安裝、邊調(diào)試以及邊生產(chǎn)的模式，特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及其外部接線，就能馬上組織生產(chǎn)，這不僅節(jié)約了勞動力，而且新產(chǎn)品能盡快投入市場。價格是選擇PLC品牌的因素之一，而可靠性是選擇控制裝置時需要考慮的又一個重要因素。 PLC的經(jīng)濟分析和發(fā)展在各種環(huán)境中，使用PLC作為主要的控制機構(gòu)設(shè)備，生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動化控制的應(yīng)用將越來越廣泛。PLC是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖22 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外圍設(shè)備組成。 可編程序控制器（PLC）可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC或PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計算機技術(shù)使之功能不斷增強，逐漸適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù)[4]。同時，用PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控制功能[4]。機械手控制系統(tǒng)若采用PLC控制，體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡單、維修容易。由于PLC實現(xiàn)的是自動控制系統(tǒng)中控制方面的內(nèi)容，其控制功能基本都是通過設(shè)計軟件編程來實現(xiàn)的，這種軟件由PLC廠商提供的基本指令系統(tǒng)，再根據(jù)機械設(shè)備所需的工藝流程來設(shè)計。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實現(xiàn)了從繼電器控制到計算機控制的轉(zhuǎn)變，計算機控制方式具有以下兩個特點：硬件上至少有一個微處理器；通過軟件實現(xiàn)控制思想。既簡單方面又有利于整個控制對象的順利完成。由通信方式和通信協(xié)議來使整個信號輸入/輸出的連接起來，因此總體設(shè)計方案如圖21所示。通過PLC和MCGS就能實現(xiàn)機械手控制系統(tǒng)的動作過程，使機械手的動作更加形象化。通過設(shè)計和編寫PLC程序?qū)崿F(xiàn)機械手模型控制系統(tǒng)的自動運行。對于機械手控制所面臨問題的主要包括：針對機械手不同的運轉(zhuǎn)方式的實現(xiàn)、機械手在面對不同問題時能通過實時控制功能進行改進和根據(jù)軟件做出合理的操作和調(diào)試來實現(xiàn)機械手的面向?qū)ο?