基于MCGS和PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、（2011屆）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于MCGS和PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名： 劉祖光 班 級(jí)： 機(jī)電0821 學(xué) 號(hào)：08395182115指導(dǎo)老師： 郭艷杰 職 稱(chēng)： 講師 最終評(píng)定成績(jī)： 2011年6月歡迎下載摘 要當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類(lèi)活動(dòng)給世界帶來(lái)了巨大的改變。在科技進(jìn)步的同時(shí)，以各種控制器控制的不同類(lèi)型的機(jī)械手以其突出的性能越來(lái)越多的被人們所應(yīng)用。機(jī)械手在不同的作業(yè)場(chǎng)合，尤其是在特殊的環(huán)境背景下，為人類(lèi)活動(dòng)的順利快速進(jìn)行帶來(lái)了極大的方便和益處，尤為明顯的是在工業(yè)及軍事領(lǐng)域內(nèi)。工業(yè)中大量的生產(chǎn)活動(dòng)，存在著很多不便

2、于人類(lèi)操縱的環(huán)節(jié)，特別是在工作環(huán)境較危險(xiǎn)的情況下，如果使用具有遠(yuǎn)程控制功能的機(jī)械手，則可以增加系統(tǒng)的安全性，大大的節(jié)約損耗，提高效率?？梢?jiàn)，在自動(dòng)化、工業(yè)化進(jìn)程中，在特殊背景環(huán)境中使用機(jī)械手已成為一種必然的趨勢(shì)。在本設(shè)計(jì)中介紹了國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢(shì)，描述了機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理和動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程。研究了基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還研究了MCGS在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)了機(jī)械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。關(guān)鍵詞：機(jī)械手，PLC，MCG

3、S ABSTRACTIn today's society, science and technology rapid development, human activities create world a huge change. In the meanwhile, technological progress in various controllers different types of manipulator with its outstanding performance more and more used by people. The homework in diffe

4、rent occasions manipulator, especially in the special environment context for the human activity quickly smoothly caused great convenience and benefit, particularly obvious in the industrial and military field. Industrial large Numbers of production activity, there are many not it is easy for humans

5、 to manipulate the link, especially in a business environment is dangerous situation, if use has remote control functions may be increased manipulator, the security of the system, big save loss, improve efficiency. Visible, in automation, the process of industrialization, in special background envir

6、onment using manipulator has become an inevitable trend. .In this design the present condition of research about domestic and international manipulator and development trend of research concerning PLC were introduced. The principle of work and the process of actions realization of manipulator contro

7、l system were described. The design of manipulator model control system based on PLC was researched and MCGSs application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervision for the manipulator model control system was designed by MCGS. An intuitive, clear and accura

8、te manipulator operating state was provided. And then various possibilities for maintain and breakdowns diagnosis were provided, the works efficiency of system was fully elevated.Key words: manipulator，PLC，MCGS目 錄第一章 緒 論11.1 課題背景11.2設(shè)計(jì)目的和意義11.3 本文主要工作2第2章可編程序邏輯控制器（PLC）和機(jī)械手概述32.1 可編程序邏輯控制器（PLC）32.1.1

9、 PLC的結(jié)構(gòu)32.1.2 PLC的發(fā)展歷程42.1.3 PLC的硬件52.1.4 PLC的主要特點(diǎn)62.1.5 FX2N系列PLC介紹72.2 機(jī)械手92.2.1 機(jī)械手概述92.2.2機(jī)械手的工作原理92.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)10第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)113.1 系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)113.1.1控制要求113.1.2 方案設(shè)計(jì)113.2 硬件設(shè)計(jì)133.2.1 輸入/輸出端子地址分配133.2.2 PLC接線(xiàn)圖133.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)143.3.1 常用編程方法介紹143.3.2流程圖163.3.3梯形圖173.3.4 語(yǔ)句表203.4 MCGS組態(tài)軟件213.4.1 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 功

10、能特點(diǎn)223.4.2 工程的建立和變量的定義263.4.3 動(dòng)畫(huà)連接293.4.5 調(diào)試34第四章 系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)354.1 系統(tǒng)調(diào)試35結(jié) 論36參考文獻(xiàn)37致 謝38附 錄1 FX2N基本指令39第一章 緒 論1.1 課題背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC（即可編程邏輯編程器的簡(jiǎn)稱(chēng)）已經(jīng)進(jìn)入日常生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，PLC的應(yīng)用在各行各業(yè)已成為必不可少的內(nèi)容。PLC作為通用的工業(yè)計(jì)算機(jī)，其功能日益強(qiáng)大，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備。PLC 從誕生至今，僅有30年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與CAD/CAM、機(jī)器人技術(shù)一起被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)

11、過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無(wú)人車(chē)間、無(wú)人生產(chǎn)流水線(xiàn)等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。同時(shí)，現(xiàn)在生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也

12、有較快發(fā)展，并取得一定效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路部門(mén)的重視。本次課題主要是應(yīng)用三菱公司FX2N系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。1.2設(shè)計(jì)目的和意義科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期的縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段，則顯得力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見(jiàn)成效，而產(chǎn)

13、品開(kāi)發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法，并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的的發(fā)展趨勢(shì)。 自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)。自主創(chuàng)新，就是從增強(qiáng)國(guó)家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)、關(guān)系國(guó)際民生和國(guó)家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來(lái)，就是著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和

14、基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場(chǎng)需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國(guó)半個(gè)世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面想未來(lái)，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。 科技人才是提高自主創(chuàng)新能力的關(guān)鍵所在。要把創(chuàng)造良好環(huán)境和條件，培養(yǎng)和凝聚各類(lèi)科技人才特別是優(yōu)秀拔尖人才，充分調(diào)動(dòng)廣大科技人員的積極性和創(chuàng)造性，作為科技工作的首要任務(wù)，努力開(kāi)創(chuàng)人才輩出、人盡其才、才盡其用的良好局面，努力建設(shè)一支與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)相適用的規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)科技人才隊(duì)伍，為我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供充分的人才支撐和智力保證。 1.3 本文主要工作第一章：緒論 介紹該課題背景，對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的和意義做簡(jiǎn)單介紹第二章

15、：系統(tǒng)介紹可編程邏輯控制器 MCGS組態(tài)軟件 和機(jī)械手第三章：系統(tǒng)方案的分析 設(shè)計(jì) 及程序的設(shè)計(jì)第四章：系統(tǒng)的調(diào)試 及設(shè)計(jì)總結(jié)第2章可編程序邏輯控制器（PLC）和機(jī)械手概述2.1 可編程序邏輯控制器（PLC）2.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)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。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過(guò)總線(xiàn)(電源總線(xiàn)、控制總線(xiàn)、地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn))連接而成9。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：外設(shè)I/O接口 輸出部件存儲(chǔ)器 EPROM 微處理器 運(yùn)算器 控制

16、器電源 輸入部件I/O擴(kuò)展接口 I/O擴(kuò)展單元 受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖2-1 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(hù)程序兩大部分。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。用戶(hù)程序是由用戶(hù)根據(jù)控制需要而編寫(xiě)的程序。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，缺一不可的可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。它是一種以微機(jī)處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信控制技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)

17、的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。（本次課題主要應(yīng)用三菱FX2N系列PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)）2.1.2 PLC的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線(xiàn)復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（G.M）為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線(xiàn)，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)

18、結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱(chēng)為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller ）。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能

19、，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。PLC的發(fā)展過(guò)程大致可以分為如下幾個(gè)階段：19701980年：PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類(lèi)型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型

20、、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成，取得了市場(chǎng)的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展.推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線(xiàn)擴(kuò)展。19801990年：PLC的普及階段。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格.品種開(kāi)始系列化，并且形成了固定I/O點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開(kāi)始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F.F1.F2小型PLC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)

21、品等。19902000年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC的功能日益增強(qiáng)，PLC的CPU運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開(kāi)發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場(chǎng)控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類(lèi)微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。2000年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動(dòng)化的需要，PLC的各種功能不斷進(jìn)步。一方面，PLC在繼續(xù)提高CPU運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了適用于過(guò)程控

22、制，運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開(kāi)始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。與此同時(shí)，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過(guò)各種總線(xiàn)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品（包括最新的FX3u系列產(chǎn)品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。2.1.3 PLC的硬件一、PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。1.整體式PLC整體式又叫做單元式或機(jī)箱式，它的體積小、價(jià)格低，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分

23、成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無(wú)任哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的PLC，都屬于總線(xiàn)式開(kāi)放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶(hù)需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。2.模塊式PLC大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機(jī)架和模塊組成，模塊插在模塊插座上，后者焊接在機(jī)架中的總線(xiàn)連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶(hù)選用，如果一個(gè)機(jī)架容納不下選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間用接口模塊和電纜相連。用戶(hù)可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能塊，對(duì)硬件配置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。3.CPU模塊中的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程

24、序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設(shè)計(jì)者的規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設(shè)計(jì)并固定化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶(hù)不能讀取。用戶(hù)程序由用戶(hù)設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶(hù)要球的特定功能，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量以字節(jié)（B）為單位。（1）.隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）用戶(hù)可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶(hù)程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器。RAM的工作速度高、價(jià)格便宜、改寫(xiě)方便。（2）.只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫(xiě)入。（3）.可以電檫出可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）S7-200用EEPRO

25、M來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)程序和長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)。4.I/O模塊各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，PLC與外部接線(xiàn)的連接一般用接線(xiàn)端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開(kāi)端子板上的連接線(xiàn)，就可以迅速的更換模塊。輸入模塊：PLC通過(guò)輸入模塊來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PLC控制的另一類(lèi)外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào)。輸出模塊：輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管（驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載）和小型繼電器，繼電器可以

26、驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為0.52A,負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)提供。2.1.4 PLC的主要特點(diǎn)一、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高PLC專(zhuān)門(mén)為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有很高的可靠性。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信息調(diào)理電路；在機(jī)構(gòu)上對(duì)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(shù)字濾波等干擾和故障診斷措施。所有這些使PLC具有較高的抗干擾能力，因此穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力強(qiáng)。與繼電器接觸裝置和通用計(jì)算機(jī)相比，PLC更能試用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。二、控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種多

27、，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC夠成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)線(xiàn)即可，不需要諸如繼電器之類(lèi)的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線(xiàn)線(xiàn)路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以用編程器在線(xiàn)或離線(xiàn)修改程序，同一個(gè)PLC裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用軟件的不同。PLC的輸入/輸出可以直接與交流220V、直流24V等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。三、編程簡(jiǎn)單，易于使用PLC是面向用戶(hù)的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器

28、原理圖相類(lèi)似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。四、功能完善現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)控制功能，還能完成A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，可以通過(guò)上位計(jì)算進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄，進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，使控制水平大為提高。因此，PLC具有極強(qiáng)的適用性，能夠很好地滿(mǎn)足各類(lèi)型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動(dòng)化設(shè)備。五、體積小、維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信

29、狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。2.1.5 FX2N系列PLC介紹FX2N 型PLC的主要種類(lèi) FX2N型PLC按品種可以分為基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊和特殊擴(kuò)展設(shè)備?；締卧蓛?nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPU和內(nèi)部存儲(chǔ)器組成，只有基本單元可以單獨(dú)使用，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不足時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用。擴(kuò)展模塊由內(nèi)部輸入輸出組成，自身不帶電源，由基本單元、擴(kuò)展單元供電，需要和基本單元一起使用。特殊擴(kuò)展設(shè)備可以分為3類(lèi)：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元，是一些特殊用途的裝置。特殊功能

30、板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入輸出、高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。FX2N 型PLC的初步認(rèn)識(shí)如圖所示為FX2N型PLC基本單元外形，其主要是通過(guò)輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、熱繼電器接點(diǎn)、壓力繼電器接點(diǎn)、數(shù)字開(kāi)關(guān)等。輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線(xiàn)圈、信號(hào)燈、報(bào)警器、電磁鐵、電磁閥、電動(dòng)機(jī)等。圖2-2（三菱FX2N系列PLC實(shí)物圖）工作過(guò)程 （1）輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此

31、時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)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(wú)論輸入端信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫(xiě)入輸入端的新內(nèi)容。 （2）程序處理階段 根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，PLC按從左至右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件（軟繼電器）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對(duì)元件映像寄存器來(lái)說(shuō)，每個(gè)元件（軟繼電器）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 （3）輸出刷新結(jié)果階段 在所有指令執(zhí)

32、行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開(kāi)）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。2.2 機(jī)械手2.2.1 機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合性技術(shù)。2.2.2機(jī)械手的

33、工作原理機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新匯編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器。它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中的工作。工業(yè)機(jī)械手是近似自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物

34、體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)

35、工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門(mén)的重視。本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可以歸為一類(lèi)，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識(shí)，同時(shí)并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù)2.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來(lái)越高，人工工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡(jiǎn)單化，對(duì)于一些往返的工作有機(jī)械手遠(yuǎn)

36、程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的東西對(duì)人體的傷害，如：冶金，化工，醫(yī)藥，航天等。代表當(dāng)代最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化。人性化讓人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴(lài)于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合現(xiàn)在尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國(guó)也在陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng)控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)有待提高發(fā)展趨勢(shì)是工作強(qiáng)多高靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，可以自動(dòng)檢測(cè)并下達(dá)動(dòng)作命令，融入先進(jìn)的人工智能使人只做平時(shí)的簡(jiǎn)單維護(hù)，這也是現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢(shì)。此外，還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單第三章

37、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)3.1.1控制要求利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一機(jī)械手組態(tài)控制系統(tǒng)，機(jī)械手可以上下、左右移動(dòng)；利用上下、左右限位開(kāi)關(guān)控制機(jī)械手啟停；機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始，按以下動(dòng)作進(jìn)行：原點(diǎn)啟動(dòng)下行（到下限位停）抓工件上行（到上限位停）右行（到右限位停）下行（到下限位停）放工具上行（到上限位停）左行（到左限位停）。在機(jī)械手運(yùn)行過(guò)程中，任何時(shí)候都可以利用急停按鈕，停止機(jī)械手動(dòng)作。（一）利用PLC編寫(xiě)程序控制組態(tài)畫(huà)面中變量的變化（二）利用PLC的輸入信號(hào)控制組態(tài)畫(huà)面，也可利用組態(tài)中各軟按鈕控制PLC程序的運(yùn)行和組態(tài)運(yùn)行3.1.2 方案設(shè)計(jì)利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一機(jī)械手組態(tài)控制系統(tǒng),利用

38、機(jī)械手上下左右移動(dòng)碰到的限位開(kāi)關(guān)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按鈕和一個(gè)急停按鈕來(lái)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)成一個(gè)機(jī)械手畫(huà)面，通過(guò)動(dòng)畫(huà)連接和腳本程序。與PLC的聯(lián)合調(diào)試 使系統(tǒng)達(dá)到可以在MCGS系統(tǒng)中監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)可以利用PLC程序控制組態(tài)畫(huà)面的要求。圖3-1 圖3-2 3.2 硬件設(shè)計(jì)3.2.1 輸入/輸出端子地址分配代號(hào)名稱(chēng)輸入編號(hào)代號(hào)名稱(chēng)輸出SB1啟動(dòng)按鈕X0KM1機(jī)械手上行Y002SB2停止按鈕X1KM2機(jī)械手下行Y003SQ1下限行程X2KM3機(jī)械手左行Y004SQ2上限行程X3KM4機(jī)械手右行Y005SQ3左限行程X4KM5抓工件Y006SQ4右限行程X5

39、KM6放工件Y0073.2.2 PLC接線(xiàn)圖3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線(xiàn)上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě)PLC程序功能。 GX Developer的特點(diǎn)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(yùn)動(dòng)控制（SCPU）,FX系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ,GPPA格式的文檔。 此外，選擇FX系列的情況下，還能變換成FXGP(DOS),FXGP(WIN

40、)格式的文檔。 2. 利用Windows的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)xcel,Word等作成的說(shuō)明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化 (1) 標(biāo)號(hào)編程 用標(biāo)號(hào)編程制作可編程控制器程序的話(huà)，就不需要認(rèn)識(shí)軟元件的號(hào)碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來(lái)使用。 (2) 功能塊（以下，略稱(chēng)作FB） FB是以提高順序程序的開(kāi)發(fā)效率為目的而開(kāi)發(fā)的一種功能。把開(kāi)發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開(kāi)發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運(yùn)用到別的順序程序時(shí)的順序輸入錯(cuò)誤。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名

41、字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡(jiǎn)單的命令就能夠讀出登錄過(guò)的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 4. 能夠簡(jiǎn)單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 由于連接對(duì)象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復(fù)雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡(jiǎn)單的設(shè)定。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接 (1) 經(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由USB (3) 經(jīng)由MELSECNET/10(H)計(jì)算機(jī)插板 (4) 經(jīng)由MELSECNET()計(jì)算機(jī)插板 (5) 經(jīng)由CC-Link計(jì)算機(jī)插板 (6) 經(jīng)由Ethernet計(jì)算機(jī)插板 (7) 經(jīng)由CPU計(jì)算機(jī)插板 (8) 經(jīng)由AF計(jì)算機(jī)插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試

42、功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)行調(diào)試作業(yè)。 (a) 沒(méi)有必要再和可編程控制器連接。 (b) 沒(méi)有必要制作條使用的順序程序。 (2) 在幫助中有CPU錯(cuò)誤，特殊繼電器/特殊寄存器的說(shuō)明，所以對(duì)于在線(xiàn)中發(fā)生錯(cuò)誤，或者是程序制作中想知道特殊繼電器/特殊寄存器的內(nèi)容的情況下提供非常大的便利。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤況時(shí)，會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。 3.3.1 常用編程方法介紹1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 在一些典型的控制環(huán)節(jié)和電路的基礎(chǔ)上,根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求,憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。有時(shí)為了得到一個(gè)滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)結(jié)果,需要進(jìn)行多次反復(fù)地調(diào)試和修改,增加一些輔助觸

43、點(diǎn)和中間編程元件。這種設(shè)計(jì)方法沒(méi)有一個(gè)普遍的規(guī)律可遵循,即具有一定的試探性和隨意性,最后得到的結(jié)果也不是唯一的,設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)多少有關(guān)。 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)比較有效的,可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。但是,由于這種方法主要時(shí)依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),所以對(duì)設(shè)計(jì)人員的要求也比較高,特別時(shí)要求設(shè)計(jì)者有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng),經(jīng)驗(yàn)法一般設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),不易掌握,系統(tǒng)交付使用后,維護(hù)困難。所以,經(jīng)驗(yàn)法一般只適合于比較簡(jiǎn)單的或與某些典型系統(tǒng)相類(lèi)似的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2 接觸器-繼電器法接觸

44、器-繼電器法就是依據(jù)所控制電器的接觸器-繼電器控制線(xiàn)路原理圖，用PLC對(duì)應(yīng)的符號(hào)和功能相當(dāng)?shù)钠骷言瓉?lái)的接觸器-繼電器系統(tǒng)的控制線(xiàn)路直接翻譯成梯形圖程序的設(shè)計(jì)方法。接觸器-繼電器法特別適合于初學(xué)者編程設(shè)計(jì)使用，也特別適合對(duì)原有舊設(shè)備的技術(shù)革新和技術(shù)改造。3 順序控制法順序控制法就是在生產(chǎn)控制過(guò)程中，按照生產(chǎn)工藝所要求的動(dòng)作規(guī)律，在各個(gè)輸入控制信號(hào)的作用下，根據(jù)所需要的狀態(tài)和時(shí)間順序，在生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按照預(yù)先規(guī)定的順序有步驟地進(jìn)行操作。 順序功能圖法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)順序功能圖,然后再依據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)順序控制程序。在順序功能圖中,在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)使前級(jí)步的

45、活動(dòng)結(jié)束而使后續(xù)步的活動(dòng)開(kāi)始,步之間沒(méi)有重疊。這是系統(tǒng)中大量復(fù)雜的連鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。而對(duì)于每一步的程序段,只需處理極其簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系。因而這種編程方法簡(jiǎn)單易學(xué),規(guī)律性強(qiáng)。設(shè)計(jì)出的控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好,程序的調(diào)試和運(yùn)行也很方便,可以極大地提高工作效率。4 邏輯設(shè)計(jì)法工業(yè)電氣控制線(xiàn)路中,有不少都是通過(guò)繼電器等電氣元件來(lái)實(shí)現(xiàn),而繼電器,交流接觸器的觸點(diǎn)都只有兩種狀態(tài)即吸合和斷開(kāi),因此,用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線(xiàn)路時(shí)完全可以的,PLC的早期應(yīng)用就是替代繼電器控制系統(tǒng),因此用邏輯設(shè)計(jì)方法同樣也適用于PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。當(dāng)一個(gè)邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運(yùn)算式表達(dá)出來(lái)

46、后,實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯函數(shù)的線(xiàn)路就確定了。當(dāng)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(xiě)出于邏輯函數(shù)和表達(dá)式對(duì)用的指令語(yǔ)句程序。 用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下: 第一步：列出執(zhí)行元件動(dòng)作節(jié)拍表 第二步：繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖; 第三步：進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì); 第四步：編寫(xiě)程序; 第五步：對(duì)程序檢測(cè)、修改和完善。 3.3.2流程圖該系統(tǒng)采用順序控制法，在順序功能圖中,在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)使前級(jí)步的活動(dòng)結(jié)束而使后續(xù)步的活動(dòng)開(kāi)始,步之間沒(méi)有重疊。這是系統(tǒng)中大量復(fù)雜的連鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。3.3.3梯形圖用三菱PLC的

47、編程軟件GX Developer編的梯形圖 3.3.4 語(yǔ)句表3.4 MCGS組態(tài)軟件MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其主要特征和功能大體為：具有簡(jiǎn)單靈活的可視化操作界面、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能、有豐富生動(dòng)的多媒體畫(huà)面、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能、完

48、善的安全機(jī)制、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣化的報(bào)警功能、支持多種硬件設(shè)備、方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程、良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性、設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便、能實(shí)現(xiàn)對(duì)工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。3.4.1 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 功能特點(diǎn)MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用來(lái)幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶(hù)的制定方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)用戶(hù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境的關(guān)系如下圖所示：運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行狀態(tài)結(jié)果組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)由MCGS生成的用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)

49、構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分組成。如下圖所示MCGS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MCGS的五大組成部分MCGS組態(tài)軟件建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，可以完成不同的工作，且具有不同的特性。（1）主控窗口主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓、運(yùn)行流程、菜單命令、特性參數(shù)和啟動(dòng)特性等內(nèi)容，是應(yīng)用系統(tǒng)的主框架。在主窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶(hù)窗口，主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱(chēng)，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)

50、畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱(chēng)及存盤(pán)時(shí)間等。（2）設(shè)備窗口 設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。設(shè)備窗口專(zhuān)門(mén)用來(lái)放置不同類(lèi)型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件吧外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，送人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)設(shè)備窗口，運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)設(shè)備窗口來(lái)管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行。（3）用戶(hù)窗口 用戶(hù)窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面。其中可以放置三種不同類(lèi)型的圖形對(duì)象：圖元、圖符和動(dòng)畫(huà)構(gòu)件。圖元和圖符對(duì)象為用戶(hù)提供了一套完善的設(shè)計(jì)制作圖形畫(huà)面和定義動(dòng)畫(huà)顯示與操作模塊，用戶(hù)可以直接使用。通過(guò)在用戶(hù)窗口內(nèi)

51、放置不同的圖形對(duì)象來(lái)搭建多個(gè)窗口，用戶(hù)可以構(gòu)件各種復(fù)雜的圖形界面，以便用不同的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的可視化。 組態(tài)工程中的用戶(hù)窗口，最多可以定義512個(gè)。所以的用戶(hù)窗口均位于窗口內(nèi)，其打開(kāi)時(shí)窗口可見(jiàn)，關(guān)閉時(shí)窗口不可見(jiàn)。允許多個(gè)用戶(hù)窗口同時(shí)處于打開(kāi)狀態(tài)，其位置、大小和邊界等屬性可以隨意改變或設(shè)置。（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，是MCGS系統(tǒng)的核心。它將MCGS工程各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。本窗口內(nèi)定義的不同類(lèi)型和名稱(chēng)的變量，將作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。MCGS用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)管理所有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。從外部設(shè)備采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警

52、處理和存盤(pán)處理。因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的單元，不單單是變量的數(shù)值，還包括變量的特征參數(shù)（屬性）以及對(duì)該變量的操作方法（設(shè)置報(bào)警性、報(bào)警處理、存盤(pán)處理等）。這種將數(shù)值、屬性和方法封裝在一起的數(shù)據(jù)稱(chēng)為數(shù)據(jù)對(duì)象。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，不僅僅為其他部分提供服務(wù)，還為系統(tǒng)各個(gè)功能部件提供數(shù)據(jù)共享。（5）運(yùn)行策略運(yùn)行策略是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。本窗口主要完成對(duì)工程運(yùn)行流程的控制。包括編程控制程序（ifthen腳本程序）和選用各種功能構(gòu)件，例如數(shù)據(jù)提取、定時(shí)器、配方操作和多媒體輸出等。運(yùn)行策略本身是系統(tǒng)提供的一個(gè)框架，里面放置有策略條件構(gòu)件和由策略構(gòu)件組成的策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)

53、定的順序和條件操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制用戶(hù)窗口的打開(kāi)、關(guān)閉并確定設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備工作過(guò)程的精確控制。一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)有三個(gè)固定的運(yùn)行策略：?jiǎn)?dòng)、循環(huán)策略、和退出策略，用戶(hù)也可以根據(jù)具體需要?jiǎng)?chuàng)建新的用戶(hù)策略、循環(huán)策略、報(bào)警策略、事件策略、熱鍵策略，并且用戶(hù)最多可創(chuàng)建521個(gè)用戶(hù)策略。啟動(dòng)策略在應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)調(diào)用，退出策略在應(yīng)用系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)調(diào)用，循環(huán)策略由系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中定時(shí)循環(huán)調(diào)用，用戶(hù)策略供系統(tǒng)中的其他部件調(diào)用。MCGS組態(tài)軟件功能及其特點(diǎn)MCGS的主要和基本功能如下：（1）簡(jiǎn)單的可視化操作界面 MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開(kāi)發(fā)界面，以窗口為單位，構(gòu)造用戶(hù)運(yùn)行系

54、統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡(jiǎn)單直觀，又靈活多變符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求。用戶(hù)可以使用系統(tǒng)的默認(rèn)構(gòu)架，也可以根據(jù)自己的需要自己組態(tài)配置圖形界面，生成各種類(lèi)型和風(fēng)格的圖形界面，包括DOS風(fēng)格和標(biāo)準(zhǔn)Windows風(fēng)格的圖形界面并且?guī)в袆?dòng)畫(huà)效果的工具條和狀態(tài)條等。（2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能 MCGS是真正的32位系統(tǒng)充分利用了32位Windows操作品臺(tái)的多任務(wù)、按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線(xiàn)程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。（3）豐富、生動(dòng)的多媒體畫(huà)面 MCGS以圖像、圖符報(bào)表和曲線(xiàn)等多種形式

55、，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息；通過(guò)對(duì)圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動(dòng)反轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對(duì)象上定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果。MCGS還為客戶(hù)提供了豐富的動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，每個(gè)動(dòng)畫(huà)構(gòu)件都應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫(huà)功能。MCGS還支持多媒體功能，使能夠開(kāi)發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)為一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫(huà)面。（4）開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能 MCGS采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，MCGS提供多種高性能的I/O驅(qū)動(dòng)；支持Microsoft開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（ODBC）接，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)連接能力；全面支持

56、OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，即可作為OPL客戶(hù)端，也可以作為OPC服務(wù)器，可以與更多的自動(dòng)化設(shè)備相連接；MCGS通過(guò)DDE(Dynamic Data Exchange,動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源；MCGS全面支持ActiveX控制，提供極其靈活的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫(kù)。（5）完善的安全機(jī)制 MCGS提供了良好的安全機(jī)制，為多個(gè)不同級(jí)別的用戶(hù)設(shè)定了不同的權(quán)限。此外MCGS還提供了工程密碼，鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，大大加強(qiáng)了保護(hù)組態(tài)開(kāi)發(fā)者勞動(dòng)成果的力度。（6）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 MCGS支持TCP/IP、MODEN、RS-458/RS-422/RS-232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)；使用MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件，可以在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，用IE瀏覽器方便的瀏覽到實(shí)時(shí)和歷史的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。（7）多樣化的報(bào)警功能 MCGS提供多種不同的警報(bào)方式，具有豐富的警報(bào)類(lèi)型和靈活多樣的警報(bào)處理函數(shù)。不僅方便用戶(hù)進(jìn)行警報(bào)設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示、打印警報(bào)信息的功能