179 關節(jié)旋轉式機械手控制系統(tǒng)與MCGS仿真

179 關節(jié)旋轉式機械手控制系統(tǒng)與MCGS仿真,關節(jié),旋轉,機械手,控制系統(tǒng),mcgs,仿真 1組態(tài)技術和 P L C技術在機械手控制系統(tǒng)中的應用摘要:介紹了基于 MCGS組態(tài)軟件與西門子 S7——200系列可編程序控制器的機械手控制系統(tǒng)設計及控制系統(tǒng)的組態(tài)過程;給出了控制系統(tǒng)的硬件組成、軟件設計,并制作出控制系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)控畫面;在MCGS和 PLC串行通訊的基礎上,通過計算機控制 PLC,實現了對機械手的控制。關鍵詞:MCGS 組態(tài)軟件 PLC機械手The Application about Configuration Technology and PLC Technology in the ControlAbstract:Design and configuration process about the control system of a mechanical arm are introduced based on MCGS configurationsoftware and Siemens S7-200 Series Programmable Logic Controller;There are hardware components and software design and dynamicmonitoring screen about control system in the paper;The 2mechanical arm is controlled by PLC controlled with a computer based onMCGS and PLC serial communication.Key words:MCGS configuration software;PLC;mechanical arm目前很多的自動控制系統(tǒng)中,常常選用可編程序控制器(PLC)作為控制設備,用于數據采集、狀態(tài)判別和輸出控制。而在 PLC與計算機通訊的基礎上,通過組態(tài)軟件可以對 PLC的當前工作狀態(tài)進行全方位的監(jiān)控,進一步通過組態(tài)軟件可以對控制對象的工作過程進行全程模擬,實現遠程控制。因其充分利用了計算機和 PLC的特點,實現了優(yōu)勢互補而得到廣泛應用。設計利用計算機作為上位機,利用 MCGS組態(tài)軟件作為程序開發(fā)平臺,下位機采用西門子 S7——200系列可編程序控制器,組成一個簡單實用的機械手控制系統(tǒng),以解決工廠中簡單重復、重體力或環(huán)境惡劣等工作問題。1 MCGS組態(tài)軟件組態(tài)軟件是近幾年來在工業(yè)自動化領域興起的一種新型的軟件開發(fā)工具,開發(fā)人員通常不需要編制具體的指令和代碼只要利用組態(tài)軟件3包中的工具,通過硬件組態(tài)(硬件配置)、數據組態(tài)、圖形圖象組態(tài)等工作即可完成所需要應用軟件的開發(fā)工作。它具有二次開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等優(yōu)點。MCGS(Monitor and Control GeneratedSystem,通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件,它能夠在Windows平臺上運行,為用戶建立測控系統(tǒng)提供一整套實際工程問題的解決方案,它充分利用了 Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點,比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性,在多種工程自動化領域有著廣泛的應用。MCGS組態(tài)軟件所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 5部分構成,每一部分分別進行組態(tài),完成不同的工作。主控窗口是工程的主窗口或主框架。設備窗口用于連接和驅動外部設備。用戶窗口主要用于設置工程中人機交互的界面。實時數據庫是工程各個部分的數據交換與處理中心,它將 MCGS工程的各個部分連接成有機整體。運行策略主要完成工程運行流程的控制。MCGS 能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、曲線和報表輸出等功能。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。452傳送機械手控制系統(tǒng)的控制要求圖 1為某氣動傳送機械手的工作示意圖,其任務是將工件從 A點向 B點移送。氣動傳送機械手的上升/下降和左行/右行動作分別由兩個具有雙線圈的兩位電磁閥驅動汽缸來完成。其中上升與下降對應的電磁閥的線圈分別為 YV1和 YV2;左行與右行對應的電磁閥的線圈分別為 YV3和 YV4。若某個電磁閥線圈通電,就一直保持現有的機械動作,直到相對應的另一線圈通電為止。另外,氣動傳送機械手的夾緊,松開動作由另一個線圈的兩位電磁閥驅動的汽缸完成,線圈YV5通電時夾住工件,線圈 YV5斷電時松開工件。機械手的工作臂都6設有上、下限位和左右限位的位置開關 SQ1、SQ2、SQ3、SQ4,夾緊裝置不帶限位開關,它是通過一定的延時來表示其夾緊動作的完成。從圖 1機械手工作示意圖可知,機械手將工件從 A點移到 B點再回到原位的過程有 8步動作,如圖 2所示。從原位開始按下啟動按鈕時,下降電磁閥通電,機械手開始下降。下降到底時,碰到下限位開關,下降電磁閥斷電,下降停止;同時接通夾緊電磁閥,機械手夾緊,夾緊后,上升電磁閥開始通電,機械手上升,上升到頂時,碰到上限位開關,上升電磁閥斷電,上升停止;同時接通右移電磁閥,機械手右移,右移到位時,碰到右移限位開關,右移電磁閥斷電,右移停止。此時,右工作臺無工作,下降電磁閥接通,機械手下降。下降到底時碰到下限位開關,下降電磁閥斷電,下降停止;同時夾緊電磁閥斷電,機械手放松,放松后,上升電磁閥通電,機械手上升,上升碰到限位開關,上升電磁閥斷電,上升停止;同時接通左移電磁閥,機械手左移;左移到原位時,碰到左限位開關,左移電磁閥斷電,左移停止。至此,機械手經過 8步動作完成一個循環(huán)。3系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)的硬件圖主要由西門子 PLC、計算機、上升與下降、左行與右行對應的電磁閥,上、下限位和左右限位的位置開關SQ1、SQ2、SQ3、SQ4 和機械手等構成。其中 PLC選用西門子 S7——200系列可編程序控制器,其輸出端可以直接驅動上升與下降對應的電磁閥的線圈分別為 Y V 1和 YV2;左行與右行對應的電磁閥的線圈7分別為 YV3和 YV4等負載。而其他硬件則在計算機上進行模擬控制運行,既在 MCG組態(tài)軟件下,由 PLC控制與機械手,構成一個自動化的機械手控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)成功完成后,只需要安裝相應的限位開關就可以投入運行,其中用 MCGS組態(tài)軟件設計的人機界面則成為系統(tǒng)的監(jiān)控部分,具有較大的使用價值。4系統(tǒng)軟件設計4.1 PLC控制程序設計PLC程序設計語言有很多種,它們是梯形圖語言 LAD(ladderDiagram)、語句表 STL(Statement L ist)、功能塊圖(FBD)、邏輯方程式等。其中,梯形圖語言是形象直觀、容易掌握,是 PLC中用得比較多的一種編程語言。按照系統(tǒng)的控制要求,該系統(tǒng)需要 6個輸入點和 6個輸出點,輸入和輸出分配表如表 1所示。8該控制系統(tǒng)采用西門子公司的梯形圖編程軟件 S7——200系列編寫了系統(tǒng)的控制程序,給出機械手控制系統(tǒng)部分梯形圖控制程序,如圖 3所示。4.2 MCGS軟件設計(1)監(jiān)控界面。上位機監(jiān)控界面是給用戶最直觀的顯示,在本機械手控制系統(tǒng)的設計中要直觀地看到機械手的上升、下降左移和右移動作。界面有手動和自動轉換開關。當該按鈕打在自動開關時,按下移動按鈕,機械手就自動地按照圖 2的工作流程進行動作;當該按鈕打在自動開關時,機械手就只能進行手動,上移、下移、左移和右移開關進行控制。按鈕下面分別是與其相對應的按鈕指燈,各按鈕動作時相應的指9示燈變綠燈。(2)系統(tǒng)數據對象。將實時數據庫中定義的各種開關型或數值型變量和監(jiān)控畫面中相對應的按鈕、指示燈等相連接,以便能使動畫按照要求動起來。在本控制系統(tǒng)中需要用到以下數據對象(圖 4)。5 PLC與上位計算機間的通訊MCGS組態(tài)軟件中提供了相關設備的通訊驅動程序。在使用西門子 S7——200系列 PLC時,因 PLC帶有 RS232接口,可直接用電纜與計算機建立連接,通過串口(HostL ink協(xié)議 )和計算機進行通訊。MCGS組態(tài)軟件通過串行口訪問 PLC相關的寄存器地址,以獲得 PLC所控制設備的狀態(tài)或修改相關寄存器的值。在實際編程過程不需要編寫讀寫 PLC寄存器的程序,組態(tài)軟件提供了一種數據定義方法,在定義了 I/O變量后即可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、數據記錄和報警顯示等。在 MCGS組態(tài)時,為實現實時監(jiān)控需要在 MCGS中進行設備連接,使 PLC和上位計算機建立起正確的連接通道。在MCGS設備窗口中首先添加一個通用串口父設備,用來設置通信參數和通信端口等設備屬性?？刹捎梦鏖T子 PLC常用通信參數設置:串口端口號為COM1,波特率 9600,2位停止位,偶校驗,7 位數據位,數據采集方式為同步采集。在父設備下面創(chuàng)建一個與所用 PLC機型相符的西門子10PLC子窗口,設置子設備 PLC的屬性,主要進行通道連接操作,將相應通道與 MCGS實時數據庫中的變量相連,對 PLC的內部繼電器進行讀、寫、控制 PLC的輸出和外部信號的輸入。使得 MCGS能從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態(tài),實現對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。實現設備驅動的具體方法是在設備窗口內配置不同類型的設備構件,并根據外部設備的類型和特征,設置相關的屬性。在 MCGS設備中一般都包含有一個或多個用來讀取或者輸出數據的物理通道,MCGS 把這樣的物理通道稱為設備通道。設備通道只是數據交換用的通路,而進行數據交換的對象,則必須由用戶指定和配置。所有的設備通道都必須與實時數據庫相連接。所謂通道連接,即是由用戶指定設備通道與數據對象之間的對應關系,這是設備組態(tài)的一項重要工作。6結語根據機械手控制系統(tǒng)的要求,利用組態(tài)技術及 PLC構成了簡單可靠的機械手控制系統(tǒng)。設計的軟件實現了下述功能:可在計算機上對系統(tǒng)進行自動或手動控制;系統(tǒng)控制過程進行動畫顯示,在計算機屏幕上可直觀地觀察到機械手工作情況;系統(tǒng)可按設定的控制規(guī)律自動運行,也可手動控制機械手控制。系統(tǒng)正常工作可靠,系統(tǒng)控制方案還具有較強的通用性,可在 PLC教學中推廣?；?PLC的控制系統(tǒng)在MCGS中得到實現,能以仿真動畫的形式直觀地看到被控對象的運行情況及程序的執(zhí)行結果,其模擬效果逼真,人機界面生動友好,可極大地增加11學生的學習興趣,提高編程技巧和動手能力。參考文獻[1]孫海維.可編程控制器應用[M].北京:中央廣播電視大學出版社,2006.[2]黃凈.電器及 PLC控制技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.[3]呂景泉,孫海維.可編程控制器及其應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.[4]陳志文.組態(tài)控制實用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.[5]陳忠平,周少華,侯玉寶,等.PLC 自學手冊[M].北京:人民郵電出版社,2008,8.