基于mcgs和plc的機械手控制系統設計例文-預覽頁

　

【正文】 問題的“自然語言”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。隨著微電子技術和計算機技術的發展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術運算、數據傳送和數據處理等功能。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現（如邏輯電路型、1位機型、通用計算機型、單板機型等），但迅速被淘汰。在這一階段，PLC的生產規模日益擴大，價格不斷下降，PLC被迅速普及。1990—2000年，PLC的高性能與小型化階段。2000年至今：PLC的高性能與網絡化階段。三菱公司本階段的主要產品有FX小型PLC系列產品（包括最新的FX3u系列產品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列產品等。無任哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。系統程序由PLC的生廠家設計并固定化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。（2）.只讀存儲器（ROM）ROM的內容只能讀出，不能寫入。輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。它的主要模塊均采用大規模與超大規模集成電路，I/O系統設計有完善的通道保護與信息調理電路；在機構上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數字濾波等干擾和故障診斷措施。在PLC夠成的控制系統中，只需要在PLC的端子上接入相應的輸入/輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在短時間內學會。PLC的輸入/輸出系統能夠直觀地反映現場信號的變化狀態，還能通過各種方式直觀地控制系統的運行狀態，如內部工作狀態、通信狀態、I/O點狀態、異常和電源狀態等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統進行監控。擴展模塊由內部輸入輸出組成，自身不帶電源，由基本單元、擴展單元供電，需要和基本單元一起使用。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關、行程開關、接近開關、熱繼電器接點、壓力繼電器接點、數字開關等。接著，進入程序執行階段，在此階段和輸入刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入端信號如何變化，其內容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。對元件映像寄存器來說，每個元件（軟繼電器）的狀態會隨著程序執行過程而變化。他的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環境中的工作。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。控制系統的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構成，通過對其編程實現所要功能。因而，受到各先進工業國家的重視，并投入了大量的物力和財力加以研究和應用。在現代生產企業中，自動化程度較高，大量應用機械手。人性化讓人嘆為觀止，這些技術依賴于控制理論、新材料科學，它是融合現在尖端技術的現代機器。（一）利用PLC編寫程序控制組態畫面中變量的變化（二）利用PLC的輸入信號控制組態畫面，也可利用組態中各軟按鈕控制PLC程序的運行和組態運行 方案設計利用MCGS組態軟件設計一機械手組態控制系統,利用機械手上下左右移動碰到的限位開關作為系統的輸入信號。同時可以利用PLC程序控制組態畫面的要求。 GX Developer的特點1. 軟件的共通化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運動控制（SCPU））,FX系列的數據,能夠轉換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 用標號編程做成的程序能夠依據匯編從而作為實際的程序來使用。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。在一些典型的控制環節和電路的基礎上,根據被控制對象對控制系統的具體要求,憑經驗進行選擇、組合。經驗設計法對于一些比較簡單的控制系統的設計時比較有效的,可以收到快速、簡單的效果。 2 接觸器繼電器法接觸器繼電器法就是依據所控制電器的接觸器繼電器控制線路原理圖，用PLC對應的符號和功能相當的器件，把原來的接觸器繼電器系統的控制線路直接翻譯成梯形圖程序的設計方法。　　順序功能圖法是首先根據系統的工藝流程設計順序功能圖,然后再依據順序功能圖設計順序控制程序。因而這種編程方法簡單易學,規律性強。當這種方法使用熟練后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接寫出于邏輯函數和表達式對用的指令語句程序。第二步：繪制電氣控制系統的狀態轉移圖。第四步：編寫程序。這是系統中大量復雜的連鎖關系在步的轉換中得以解決。 MCGS 組態軟件結構 功能特點MCGS軟件系統包括組態環境和運行環境兩個部分。如下圖所示MCGS主控窗口設備窗口用戶窗口實時數據庫運行策略MCGS的五大組成部分MCGS組態軟件建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態操作，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。（2）設備窗口 設備窗口是連接和驅動外部設備的工作環境。（3）用戶窗口 用戶窗口主要用于設置工程中人機交互的界面。 組態工程中的用戶窗口，最多可以定義512個。它將MCGS工程各個部分連接成有機的整體。因此，實時數據庫所存儲的單元，不單單是變量的數值，還包括變量的特征參數（屬性）以及對該變量的操作方法（設置報警性、報警處理、存盤處理等）。本窗口主要完成對工程運行流程的控制。啟動策略在應用系統開始運行時調用，退出策略在應用系統退出運行時調用，循環策略由系統在運行過程中定時循環調用，用戶策略供系統中的其他部件調用。（3）豐富、生動的多媒體畫面 MCGS以圖像、圖符報表和曲線等多種形式，為操作員及時提供系統運行中的狀態、品質及異常報警等有關信息；通過對圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動反轉等多種手段，增強畫面的動態顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相應的狀態屬性，實現動畫效果。（5）完善的安全機制 MCGS提供了良好的安全機制，為多個不同級別的用戶設定了不同的權限。不僅方便用戶進行警報設置，并且實現了系統實時顯示、打印警報信息的功能。在生成用戶應用系統時，每個部分均可分別進行組態配置，獨立創建，互不干擾；而在系統運行過程中，各個部分都通過實時數據庫交換，形成互相關連的整體。（10）控制方便復雜的運行流程 MCGS開辟了“運行策略窗”口，用戶可以選用系統提供的各種條件和功能的策略構件，用圖形化的方法和簡單的類Basic語言構造多分支的應用程序，按照設定的條件和順序，操作外部設備，控制窗口的打開或關閉，與實時數據交換，實現自由，準確地控制運行流程，同時也可以由用戶創建新的策略構件，擴展系統的功能。（12）用數據庫來管理數據存儲，系統可靠性高 MCGS中數據的存儲不再使用普通的文件，而是用數據庫來管理。組態時，可把制作好的數據對象（包括圖形對像、窗口對象、策略對象以至位圖文件等）以元件的形式存入圖庫中，同樣也可把元件庫的各種對象取出，直接為當前的工程所用。 工程的建立和變量的定義1) 首先雙擊桌面MCGS組態環境圖標，進入組態環境，屏幕中間窗口為工作臺。如圖所33示。定義數據對象的內容主要包括：指定數據變量的名稱、類型、初始值和數值范圍確定與數據變量存盤相關的參數，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。窗口中列出了系統已有變量“數據對象”的名稱。3) 選中該數據對象，按“對象屬性”按鈕，或雙擊選中對象，則打開“數據對象屬性設置” 窗口。6) 按照步驟2~5，根據上面列表，設置其他數據對象。圖37 動畫組態屬性設置3) 單擊“組合圖符”，出現“？”、“”按鈕。6) 單擊“可見度”選項卡進入該頁，如圖48所示。10) 單擊“確認”按鈕，退出“單元屬性設置”窗口，結束啟動指示燈的動畫連接。 機械手的動畫連接垂直移動動畫連接：1) 在“實時數據庫”中增加一個新變量“垂直移動量”，初值：0，類型：數值型。4) 在腳本程序的開始處增加“動畫控制”語句：IF 下移=0 THEN 垂直移動量=垂直移動量+1ENDIFIF 上升=0 THEN 垂直移動量=垂直移動量1ENDIF變化率=1個相素/每次，即每執行一次腳本程序，垂直移動量加1或減1，當然變化率也可以選大些或小些。7) 在機械手監控畫面中選中并雙擊上工件，彈出“屬性設置”窗口。單擊“確認”按鈕，存盤。圖310 動畫組態屬性設置3) 腳本程序中增加以下代碼：IF 前伸＝0 THEN水平移動量=水平移動量+1ENDIFIF 后縮＝0 THEN 水平移動量=水平移動量1ENDIF4) 腳本程序執行次數＝后縮時間（前伸時間）／循環策略執行時間=10s/200s=50次。7) 進入運行環境調試。意思是：當工件夾緊標志＝1時，下工件不可見；當工件夾緊標志＝0時，下工件可見。圖312 動畫組態屬性設置5）依照步驟3)~5)對氣夾進行設置。將PLC程序下傳到PLC裝置中并讓其運行，切換到離線狀態，然后啟動MCGS，進入組態工程運行界面。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態用PLC上有關的法官二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載。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，所以在調試程序時，機械手動作不符合控制要求。同時，使用PLC進行控制可方便更改生產流程，增強控制功能。本文中介紹的機械手模型控制系統對于教學有很好的輔助作用。參考文獻[1] 趙金榮,上海應用技術學院,2003[2] 董儒胥主編. 電工電子選訓教程，上海交通大學出版社，2006[3] 王兆義主編. 可編程序控制器教程 ，機械工業出版社，2003[4] 鐘肇新， 彭侃編 . 華南理工大學出版社，2001 [5] 王永華主編. 現代電氣及可編程技術，北京航空航天大學出版社[6] 湯以范主編. 電氣與可編程序控制器技術，機械工業出版社，2004[7] 苗常初編. PLC編程及應用，機械工業出版社，2003[8] 廖常初. PLC編程及應用機械工業出版社 ，1999[9] 賀哲榮 （三菱FX2系列）,西安科技大學出版社，2006[10] 袁秀英 —組態控制技術（第二版）,電子工業出版社，2010[11] 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司．MCGS用戶指[12] ，人民郵電出版社，2007[13] 朱紹祥. 可編程序控制器(PC)原理與應用， 上海交大出版社,2004 致 謝 光陰似箭，日月如梭，時間過得很快，大學時光即將結束，轉眼間就要