機(jī)械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

項(xiàng)目六機(jī)械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)1基于組態(tài)軟件的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、任務(wù)描述運(yùn)用組態(tài)軟件模擬監(jiān)控機(jī)械手動作過程。組態(tài)軟件模擬過程：按下右轉(zhuǎn)按鈕，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到右邊；按下伸出按鈕，機(jī)械手伸出；按下縮回按鈕，機(jī)械手縮回；按下下降按鈕機(jī)械手下降；按下上升按鈕，機(jī)械手上升；按下加緊按鈕，機(jī)械手夾緊；按下松開按鈕，機(jī)械手松開；當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到左側(cè)時(shí)，所實(shí)現(xiàn)的功能與其在右側(cè)功能相同。通過此任務(wù)來學(xué)習(xí)MCGS組態(tài)軟件命令語言編寫腳本程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手畫面動畫效果，培養(yǎng)學(xué)生命令語言語言編程能力。二、任務(wù)資訊

機(jī)械手根據(jù)驅(qū)動動力的不同，可分為氣動機(jī)械手、液壓機(jī)械手和電動機(jī)械手；按照機(jī)械手工作性質(zhì)的不同，可分為搬運(yùn)機(jī)械手、焊接機(jī)械手和注塑機(jī)械手等。用氣動元件組成的機(jī)械手稱為氣動機(jī)械手。氣動是指“氣壓傳動與控制”或“氣動技術(shù)”的簡稱。氣動技術(shù)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞或信號傳遞的工程技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)控制、自動控制的手段之一。一個(gè)完整的氣動系統(tǒng)包括能源部件、控制元件、執(zhí)行元件和輔助裝置等四部分。用規(guī)定的圖形符號來表征系統(tǒng)中的元件、元件之間的連接、壓縮氣體的流動方向和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，這樣的圖形叫氣動系統(tǒng)圖或氣動回路圖。1．單作用氣缸

單作用氣缸在活塞一側(cè)進(jìn)入壓縮空氣推動活塞運(yùn)動，使活塞桿伸出或縮回，另一側(cè)是通過呼吸口開放在大氣中。這種氣缸只能在一個(gè)方向上做功，活塞的反向運(yùn)動則靠一個(gè)復(fù)位彈簧或施加壓力實(shí)現(xiàn)。由于壓縮空氣只能在一個(gè)方向上控制氣缸活塞的運(yùn)動，因此稱為單作用氣缸。如圖6-1-1所示。2.雙作用氣缸

雙作用氣缸如圖6-1-2所示，活塞的往返運(yùn)動是依靠壓縮空氣從缸內(nèi)被活塞分割開的兩個(gè)腔室（有桿腔、無桿腔）交替進(jìn)入和排除來實(shí)現(xiàn)的，壓縮空氣可以在兩個(gè)方向做功。由于氣缸活塞的往返運(yùn)動全部靠壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)，因此稱為雙作用氣缸。3.旋轉(zhuǎn)氣缸

旋轉(zhuǎn)氣缸是利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸小于360°的角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動的氣動執(zhí)行元件，多用于物體的轉(zhuǎn)位、工件的翻轉(zhuǎn)、閥門的開閉等場合。旋轉(zhuǎn)氣缸按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為葉片式和齒輪齒條式兩大類。三、任務(wù)分析

要求，機(jī)械手動作準(zhǔn)確，顯示機(jī)械手動作過程。如圖6-1-8所示。機(jī)械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)變量定義如圖6-1-9所示。任務(wù)2基于PLC和組態(tài)軟件的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、任務(wù)描述使用三菱FX2N-48MRPLC控制機(jī)械手動作，同時(shí)用MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控機(jī)械手動作過程。組態(tài)軟件顯示機(jī)械手動作過程：按下啟動按鈕后，旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位后，手臂氣缸伸出；手臂氣缸伸出到位，手爪抓緊；抓緊到位，手臂縮回；縮回到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，旋轉(zhuǎn)氣缸手左轉(zhuǎn)；左轉(zhuǎn)到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位，手臂氣缸下降；下降到位，手爪松開；松開到位，手臂氣缸上升；上升到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，機(jī)械手右轉(zhuǎn)，不斷進(jìn)行循環(huán)，直到按下停止按鈕。通過此任務(wù)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)機(jī)械手PLC編程調(diào)試，掌握組態(tài)工程與三菱PLC聯(lián)機(jī)通訊。二、任務(wù)資訊

(一)定時(shí)器三菱FX2N系列PLC的定時(shí)器（Ｔ）與我們繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器作用是相似的。它有一個(gè)設(shè)定值寄存器字，一個(gè)當(dāng)前值寄存器字，和一個(gè)用來儲存其輸出觸點(diǎn)狀態(tài)的映像寄存器位，這三個(gè)儲存單元使用同一個(gè)元件號。FX系列PLC的定時(shí)器分為通用定時(shí)器和累計(jì)型計(jì)時(shí)器。在三菱PLC中，用K表示常數(shù)，H表示十六進(jìn)制數(shù)，我們一般用常數(shù)K作為定時(shí)器的設(shè)定值，也可以通過將數(shù)據(jù)寄存器（D）的值賦給定時(shí)器來對其進(jìn)行設(shè)置。(二)內(nèi)部計(jì)數(shù)器PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)器（C）是用來對內(nèi)部映像寄存器（X、Y、M和S）提供的信號計(jì)數(shù)，為了計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，計(jì)數(shù)脈沖為ON或OFF的持續(xù)時(shí)間，應(yīng)大于PLC的掃描周期，其響應(yīng)速度通常小于數(shù)十赫茲。計(jì)數(shù)器的類型與元件號的關(guān)系見表6-2-2。16位加計(jì)數(shù)器，可設(shè)為電池保持C0～C99,100點(diǎn)16位加計(jì)數(shù)器，電池保持C100～C199,100點(diǎn)32位加計(jì)數(shù)器，可設(shè)為電池保持C200～C219,20點(diǎn)32位加計(jì)數(shù)器，電池保持C220～C234,15點(diǎn)1.16位加計(jì)數(shù)器

16位加計(jì)數(shù)器的設(shè)定值為1-32767。加計(jì)數(shù)器的工作過程如圖6-2-4所示，X0常開觸點(diǎn)接通后，C1被復(fù)位，它對應(yīng)的位存儲單元被置0，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通，同時(shí)其計(jì)數(shù)當(dāng)前值被置為0。X1常開觸點(diǎn)提供計(jì)數(shù)輸入信號，當(dāng)計(jì)數(shù)器的復(fù)位輸入電路斷開，X1常開觸點(diǎn)閉合（即計(jì)數(shù)脈沖的上升沿）時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值加1。在4個(gè)計(jì)數(shù)脈沖之后，C1的當(dāng)前值與設(shè)定值4相等，它對應(yīng)的位存儲單元被置1，C1的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，當(dāng)再來計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，C1當(dāng)前值不再發(fā)生改變，直到復(fù)位電路導(dǎo)通，C1的當(dāng)前值被置為0。2.32位加/減計(jì)數(shù)器

32位加/減計(jì)數(shù)器C200-C234的設(shè)定值為-2147483648～+2147483647，特殊輔助繼電器M8200-M8234決定這其加/減計(jì)數(shù)方式，對應(yīng)特殊輔助繼電器為ON時(shí)，為減計(jì)數(shù)，反之，為加計(jì)數(shù)。(三)傳感器

傳感器是指能感受規(guī)定被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用電信號的器件或裝置。在PLC控制中，將傳感器的輸出信號接到PLC輸入端X上，用來檢測機(jī)械手動作是否到位。傳感器的種類繁多，功能各異。由于同一被測量物體可用不同轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)探測，利用同一種物理法則、化學(xué)反應(yīng)或生物效應(yīng)可設(shè)計(jì)制作出檢測不同被測量物體的傳感器，而功能大同小異的同一類傳感器可用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，因此傳感器有不同的分類法。具體分類見表6-2-3。分類方法傳感器的種類說明依據(jù)效應(yīng)分類物理傳感器基于物理效應(yīng)（光、電、聲、磁、熱）化學(xué)傳感器基于化學(xué)效應(yīng)（吸附、選擇性化學(xué)分析）生物傳感器基于生物效應(yīng)（酶、抗體、激素等分子識別和選擇功能）按輸入量分類位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、氣體成分傳感器、濃度傳感器等傳感器以被測量的物理量名稱命名按工作原理分類應(yīng)變傳感器、電容傳感器、電感傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器、熱電傳感器等傳感器以工作原理命名按輸出信號分類模擬式傳感器輸出為模擬量數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換性傳感器直接將被測量的能量轉(zhuǎn)換為輸出量的能力能量控制型傳感器由外部供給傳感器能量，而由被測量的能量控制輸出量的能量按是利用場的定律還是利用物質(zhì)的定律分類結(jié)構(gòu)型傳感器通過敏感元件幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換物性型傳感器通過敏感元件材料物理性質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換按是否依靠外加能源分類有源傳感器傳感器工作時(shí)需外加電源無源傳感器傳感器工作時(shí)無需外加電源按使用的敏感材料分類半導(dǎo)體傳感器、光纖傳感器、陶瓷傳感器、金屬傳感器、高分子材料傳感器、復(fù)合材料傳感器等傳感器以使用的敏感材料命名1.傳感器的結(jié)構(gòu)。傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應(yīng)）被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件是能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電信號的器件或元件；轉(zhuǎn)換電路是對電信號進(jìn)行選擇、分析放大，并轉(zhuǎn)換為需要的輸出信號等的信號處理電路。三、任務(wù)分析

機(jī)械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)變量定義與任務(wù)1相同。如圖6-2-7所示。五、知識拓展

1.機(jī)械手初始位置任何有程序控制的機(jī)械設(shè)備或裝置都有初始位置，它是設(shè)備或裝置運(yùn)行的起點(diǎn)。初始位置的設(shè)定應(yīng)結(jié)合設(shè)備或裝置的特點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行，不能隨意設(shè)置。機(jī)械手的初始位置所有氣缸活塞桿應(yīng)處于縮回狀態(tài)。由于機(jī)械手的所有動作都是通過氣缸來完成的，因此初始位置也就是機(jī)械手正常停止的位置。若停止時(shí)氣缸的活塞桿處于伸出狀態(tài)，活塞桿表面長時(shí)間暴露在空氣中，容易受到腐蝕和氧化，導(dǎo)致活塞桿表面光潔度降低，引起氣缸的氣密性變差。當(dāng)氣缸動作時(shí)活塞縮回、伸出，由于表面光潔度降低，摩擦缸內(nèi)的密封圈，時(shí)間長了就會引起氣缸漏氣。一旦漏氣，氣缸就不能穩(wěn)定地工作，嚴(yán)重時(shí)還會造成氣缸損壞。因此初始位置要求所有氣缸活塞桿均縮回。從安全的角度出發(fā)，氣缸的穩(wěn)定工作也保證了機(jī)械手的安全運(yùn)行。由于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)氣缸沒有活塞桿，初始位置機(jī)械手的懸臂氣缸如果停留在右限位，也是可以的。2.旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動時(shí)，懸臂氣缸活塞桿處于縮回狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)氣缸動作時(shí)，機(jī)械手懸臂伸出越長，懸臂氣缸活塞桿受到的作用力就越大，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)要做的功也越大。如果機(jī)械手懸臂伸長較長，旋轉(zhuǎn)時(shí)會增加啟動負(fù)荷，停止時(shí)會增加對設(shè)備的沖擊，容易造成旋轉(zhuǎn)氣缸活塞桿扭曲變形和設(shè)備的損壞。因此，從設(shè)備安全運(yùn)行的角度出發(fā)，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動時(shí)懸臂氣缸活塞桿必須處于縮回狀態(tài)。3.氣爪在抓取工件前后和放置工件前有延時(shí)

氣爪能穩(wěn)定可靠地抓取和放置工件，一般會有一段時(shí)間的延時(shí)。因?yàn)闅庾^小，當(dāng)手臂氣缸活塞桿下降到下限位傳感器接到信號時(shí)，直接驅(qū)動氣爪夾緊，一方面顯得很倉促，另一方面要夾準(zhǔn)工件，對設(shè)備的調(diào)試精度要求很高：首先要將手爪的中心與工件停留位置的中心對準(zhǔn)，然后又要確保每次送過來的工件停留位置一致，另外手臂氣缸下限位傳感器安裝的位置要合適，偏高會造成手臂氣缸活塞桿的行程沒到底就驅(qū)動手爪夾緊，工件會被氣爪撞擊。4.機(jī)械手每個(gè)動作之間的轉(zhuǎn)換都通過傳感器的位置信號控制通過傳感器來檢測機(jī)械手的每一個(gè)動作執(zhí)行情況以及是否到位，能確保機(jī)械手完整地執(zhí)行每個(gè)搬運(yùn)環(huán)節(jié)，可靠地完成整個(gè)工作過程。這種控制方式屬于狀態(tài)控制，是目前機(jī)械設(shè)備操控設(shè)計(jì)普遍采用的控制方法。它能使機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)確無誤地完成工作任務(wù)，一旦出現(xiàn)故障，設(shè)備維修人員能快速準(zhǔn)確地判斷故障出現(xiàn)的位置，及時(shí)修復(fù)。5.停止信號的處理

在機(jī)械手運(yùn)行過程中，按下停止按鈕，機(jī)械手完成當(dāng)前工件的搬運(yùn)后，回到原位停止。也就是當(dāng)停止信