【正文】 第1章 緒論 機械手的近況與特點機械手是一種模擬人操作的自動機械。應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或者繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害壞境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全。 機械手設(shè)備的現(xiàn)狀機械手設(shè)備和工藝具有方便化、工程化、功能化、專用化的特點。性能各有差異。由于繼電器控控制系統(tǒng)使用了大量的機械觸點，連線多，觸點開閉時存在機械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點壽命短，所以可靠性和可維護性較差。PLC用于機械手生產(chǎn)的特點相對于繼電器控制系統(tǒng)，輸入輸出接入點少，可靠性高，完全可實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的數(shù)學運算，可靠性高于單片機控制系統(tǒng)。它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。綜上所述，機械手采用組態(tài)和PLC兩種控制系統(tǒng)來實現(xiàn)其功能。目前主流的組態(tài)軟件有InTouch HMI、MCGS、GE Fanuc、WinCC、EcHmi、力控和組態(tài)王等。 Wonderware 在研究與開發(fā)中進行了大量投入，保證為用戶提供新型的、強大的、創(chuàng)新的產(chǎn)品?！　nTouch 軟件適合于部署在獨立機械中、在分布式的服務(wù)器/ 客戶機體系結(jié)構(gòu)中、在利用FactorySuite 工業(yè)應(yīng)用服務(wù)器的應(yīng)用中，也可以作為使用終端業(yè)務(wù)的瘦客戶機應(yīng)用。組態(tài)王軟件經(jīng)過七年開發(fā)，五年的各種突發(fā)環(huán)境的真實考驗，九千例工程（鋼鐵，化工，電力，國屬糧庫，郵電通訊，環(huán)保，水處理，冶金等各行業(yè)）的現(xiàn)場運行（包括中華世紀壇國家標志性工程），現(xiàn)已成為國內(nèi)組態(tài)軟件的客戶首選，并且作為首家國內(nèi)組態(tài)軟件應(yīng)用于國防，航空航天等重大領(lǐng)。在包括冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品機械手、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用當中，iFIX 獨樹一幟地集強大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成為任何生產(chǎn)環(huán)境下全面的HMI/SCADA解決方案。FIX和IFIX是GE Fanuc先后推出的兩個組態(tài)軟件，技術(shù)純熟，應(yīng)用廣泛。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。WinCC，這一運行于Microsoft Windows 2000和XP下的Windows控制中心，已發(fā)展成為歐洲市場中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標準。EcHmi(Easy Control HumanMachine Interaction )是一個通用的工控軟件人機介面組態(tài)軟件。EcHmi從HMI入手，歷經(jīng)6年時間，通過不斷的應(yīng)用、改進，逐漸完善為一個全功能的工控組態(tài)軟件，和國內(nèi)外的同類軟件相比有著獨有的特點，比如動態(tài)模板，子圖同步更新。力控監(jiān)控組態(tài)軟件是北京三維力控科技根據(jù)當前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，總結(jié)多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設(shè)計開發(fā)的高端產(chǎn)品，是三維力控全體研發(fā)工程師集體智慧的結(jié)晶，該產(chǎn)品主要定位于國內(nèi)高端自動化市場及應(yīng)用，是企業(yè)信息化的有力數(shù)據(jù)處理平臺 。MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件公司開發(fā)的一套基于Windows平臺，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。 研究方案運用現(xiàn)代數(shù)字電子控制技術(shù)和組態(tài)控制技術(shù)，利用PLC和組態(tài)及其計算機進行輔助設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)計出穩(wěn)定實用、節(jié)能性高、操作簡單方便的機械手生產(chǎn)控制系統(tǒng)，進而滿足機械手工業(yè)化生產(chǎn)的需求。首先按照要求制定設(shè)計規(guī)劃。最后在主機上進行運行驗證，直到控制系統(tǒng)能夠正常運行，完成使用文檔，最終交付客戶使用。適應(yīng)了當前組態(tài)軟件生產(chǎn)過程工業(yè)自動化的需求。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件應(yīng)該更多地總結(jié)這些領(lǐng)域的需求，設(shè)計出符合應(yīng)用要求的開發(fā)工具，更好地滿足這些行業(yè)對軟件的需求，進一步減少這些行業(yè)在自動測試、數(shù)據(jù)分析方面的軟件成本，提高系統(tǒng)的開放程度。第2章 設(shè)計方案與要求PLC的設(shè)計方案本設(shè)計采用全新的邏輯模塊控制法，即使用PLC作為系統(tǒng)的控制器。首先根據(jù)控制對象的實際情況和控制要求選擇適合型號的PLC作為控制器。硬件電路的設(shè)計包括主電路的設(shè)計和控制電路的設(shè)計。完成硬件設(shè)計后，將開始軟件設(shè)計。最后把程序下載到PLC主機上進行驗證。下面列出了典型的組態(tài)步驟：搞清楚所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號、使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議，以便在定義I/O設(shè)備時做出準確選擇。將所有I/O點的I/O標識收集齊全，并填寫表格，I/O標識是唯一地確定一個I/O點的關(guān)鍵字，組態(tài)軟件通過向I/O設(shè)備發(fā)出I/O標識來請求其對應(yīng)的數(shù)據(jù)。之后，還需加上安全權(quán)限設(shè)置。對組態(tài)內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試，視調(diào)試情況對軟件進行相應(yīng)修改。1將全部內(nèi)容調(diào)試完成以后，對上位軟件進行最后完善（如：加上開機自動打開監(jiān)控畫面，禁止從監(jiān)控畫面推出等），讓系統(tǒng)投入正式（或試）運行?；赑LC的設(shè)計正是為了滿足這一需求。松下開啟/停止按鈕SB1,機械手停在當前位置。松開復(fù)位停止按鈕SB2，退出復(fù)位狀態(tài)。手動功能手動的優(yōu)先級高于自動的，這也就是說當你使用手動時，自動功能就不能實現(xiàn)；當停止使用手動功能時，自動功能又能自動恢復(fù)。第3章 PLC設(shè)計本設(shè)計用到熔斷器FU，接觸器KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，熱繼電器FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，以及電機M1，M2，其中熔斷器主要用于短路保護，熱繼電器主要用于斷路保護接觸器控制電路啟動,。西門子S7200PLC系列中，CPU224XP是唯一帶模擬量輸入輸出端子的CPU，該PLC具有14個DI、10個DO、2個AI、1個AO。3個DO，該CPU完全滿足需求。 PLC的軟件設(shè)計 軟件設(shè)計特點(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；(2)各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms；(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；(5)對采用的器件進行嚴格的篩選；(6)良好的自診斷功能； (7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，絕大多數(shù)PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，很容易被理解和掌握。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。 該系統(tǒng)采用順序控制法，在順序功能圖中,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始,步之間沒有重疊。 （見附錄4）第4章 MCGS組態(tài)設(shè)計建立機械手控制系統(tǒng)的組態(tài)過程，應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件完成一個工程。本樣例工程中涉及到動畫制作、控制流程的編寫、模擬設(shè)備的連接、報警輸出、報表曲線顯示與打印等多項組態(tài)操作。 圖 2 、單擊“文件”菜單，選中“新建工程”。 圖 選擇路徑，保存工程，工程建立完畢。您可以在菜單“文件”中選擇“工程另存為”選項，把新建工程存為：D：\MCGS\WORK\水位控制系統(tǒng)。選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”，將“窗口名稱”改為：機械手控制；將“窗口標題”改為：機械手控制；在“窗口位置”中選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認”。 動畫制作出口單擊工具條中的“工具箱”按鈕，則打開動畫工具箱， 圖標對應(yīng)于選擇器，用于在編輯圖形時選取用戶窗口中指定的圖形對象；圖標用于打開和關(guān)閉常用圖符工具箱，常用圖符工具箱包括27種常用的圖符對象。為了快速構(gòu)圖和組態(tài)，MCGS系統(tǒng)內(nèi)部提供了常用的圖元、圖符、動畫構(gòu)件對象，稱為系統(tǒng)圖形對象。（1）裝載位圖 單擊鼠標右鍵，在右鍵菜單選擇“裝載位圖”菜單項。本工程保留系統(tǒng)默認設(shè)置，將圖像保存到工程內(nèi)，不使用JPEG壓縮。輸入文字：建立矩形框后，光標在其內(nèi)閃爍，可直接輸入“機械手控制系統(tǒng)演示工程”文字，按回車鍵或在窗口任意位置用鼠標點擊一下，文字輸入過程結(jié)束。（3）設(shè)置框圖顏色 設(shè)定文字框顏色：選中文字框，按工具條上的（填充色）按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色（設(shè)為無填充色）；按（線色）按鈕改變文字框的邊線顏色（設(shè)為沒有邊線）。設(shè)定文字的顏色：按（字符字體）按鈕改變文字字體和大小。 對象元件庫管理單擊“工具”菜單，選中“對象元件庫管理”或單擊工具條中的“工具箱”按鈕，則打開動畫工具箱,工具箱中的圖標用于從對象元件庫中讀取存盤的圖形對象；圖標用于把當前用戶窗口中選中的圖形對象存入對象元件庫中。從“對象元件庫管理”中的“管道”選取2個管道。 整體畫面。用MCGS組態(tài)軟件制作工程畫面完成。1. 圖庫法利用“插入元件”工具選擇“其他”元件庫中的“管道95”和“管道96”。 定義組態(tài)變量機械手設(shè)計系統(tǒng)變量的類型主要分為兩種變量：開關(guān)型、數(shù)值型。表2數(shù)據(jù)庫變量變量名稱變量類型初始值注釋啟動停止按鈕開關(guān)型0機械手啟?？刂菩盘枺斎?1啟動；輸入=0停止復(fù)位停止按鈕開關(guān)型0機械手復(fù)位停止控制信號，輸入=1，復(fù)位后停止；輸入=0無效放松信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效夾緊信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效上移信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效下移信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效左移信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效右移信號開關(guān)型0機械手動作控制，輸出1有效定時器啟動數(shù)值型0控制定時器啟動，1