畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于mcgs和plc的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　?。?011屆）</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　基于MCGS和PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)：

2、 機(jī)電一體化技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　班 級： 學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)老師： 職 稱： 講師 </p>

3、;<p>　　最終評定成績： </p><p><b>　　2011年6月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類活動給世界帶來了巨大的改變。在科技進(jìn)步的同時，以各種控制器控制的

4、不同類型的機(jī)械手以其突出的性能越來越多的被人們所應(yīng)用。機(jī)械手在不同的作業(yè)場合，尤其是在特殊的環(huán)境背景下，為人類活動的順利快速進(jìn)行帶來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，存在著很多不便于人類操縱的環(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?，在自動化、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。<

5、/p><p>　　在本設(shè)計(jì)中介紹了國內(nèi)外機(jī)械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢，描述了機(jī)械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實(shí)現(xiàn)過程。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。</p><p>　

6、　關(guān)鍵詞：機(jī)械手，PLC，MCGS </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In today's society, science and technology rapid development, human activities create world a huge change. In the meanwhile,

7、technological progress in various controllers different types of manipulator with its outstanding performance more and more used by people. The homework in different occasions manipulator, especially in the special envir

8、onment context for the human activity quickly smoothly caused great convenience and benefit, particularly obvious in the industrial and military field. Ind</p><p>　　In this design the present condition of re

9、search about domestic and international manipulator and development trend of research concerning PLC were introduced. The principle of work and the process of action’s realization of manipulator control system were descr

10、ibed. The design of manipulator model control system based on PLC was researched and MCGS’s application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervision for the manipulator model contr

11、ol system was desi</p><p>　　Key words: manipulator，PLC，MCGS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p&

12、gt;　　1.2設(shè)計(jì)目的和意義1</p><p>　　1.3 本文主要工作2</p><p>　　第2章可編程序邏輯控制器（PLC）和機(jī)械手概述3</p><p>　　2.1 可編程序邏輯控制器（PLC）3</p><p>　　2.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.2 PLC的發(fā)展歷程4&

13、lt;/p><p>　　2.1.3 PLC的硬件5</p><p>　　2.1.4 PLC的主要特點(diǎn)6</p><p>　　2.1.5 FX2N系列PLC介紹7</p><p><b>　　2.2 機(jī)械手9</b></p><p>　　2.2.1 機(jī)械手概述9</p><

14、;p>　　2.2.2機(jī)械手的工作原理9</p><p>　　2.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢10</p><p>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1控制要求11</p><p>　　3.1.2 方案設(shè)計(jì)11</p>&l

15、t;p>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1 輸入/輸出端子地址分配13</p><p>　　3.2.2 PLC接線圖13</p><p>　　3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.1 常用編程方法介紹14</p><p>　　3.3.2流程圖16</p>

16、;<p>　　3.3.3梯形圖17</p><p>　　3.3.4 語句表20</p><p>　　3.4 MCGS組態(tài)軟件21</p><p>　　3.4.1 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 功能特點(diǎn)22</p><p>　　3.4.2 工程的建立和變量的定義26</p><p>　　3.4.3 動

17、畫連接29</p><p>　　3.4.5 調(diào)試34</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計(jì)總結(jié)35</p><p>　　4.1 系統(tǒng)調(diào)試35</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p&g

18、t;<p><b>　　致 謝38</b></p><p>　　附 錄1 FX2N基本指令39</p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC（即

19、可編程邏輯編程器的簡稱）已經(jīng)進(jìn)入日常生產(chǎn)、生活的各個方面，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)自動化的三大支柱。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動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

20、化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，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)中的一個重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手

21、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合，應(yīng)用更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快發(fā)展，并取得一定效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路部門的重視。</p><p>　　本次課題主要是應(yīng)用三菱公司FX2N系列PLC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動進(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)械手完成各種動作。

22、</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)目的和意義</p><p>　　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，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)

23、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)了國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時采用的方法，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。</p><p>　　自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強(qiáng)國家創(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、關(guān)系國際民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重

24、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)社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。這一方針是我國半個世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面想未來，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。</p><p>　　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)和凝聚各類科

25、技人才特別是優(yōu)秀拔尖人才，充分調(diào)動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)社會發(fā)展和國防建設(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，為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供充分的人才支撐和智力保證。 </p><p>　　1.3 本文主要工作</p><p>　　第一章：緒論 介紹該課題背景，對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的和意義做簡

26、單介紹</p><p>　　第二章：系統(tǒng)介紹可編程邏輯控制器 MCGS組態(tài)軟件 和機(jī)械手</p><p>　　第三章：系統(tǒng)方案的分析 設(shè)計(jì) 及程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　第四章：系統(tǒng)的調(diào)試 及設(shè)計(jì)總結(jié)</p><p>　　第2章可編程序邏輯控制器（PLC）和機(jī)械手概述</p><p>　　2.1 可編程序邏輯控制器

27、（PLC）</p><p>　　2.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成[9]。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：<

28、/p><p>　　圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個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。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的</p&

29、gt;<p>　　可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱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)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。（本次課題主要應(yīng)用三菱FX2N系列PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)）</p><p>　　2.1.2 PLC的發(fā)展歷程</p><p>　　在可編程控制器出現(xiàn)前，在

30、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)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。</p><p>　　1968年美國通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新，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，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想

31、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)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。</p><p>　　1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。<

32、;/p><p>　　早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱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，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。</p><p>　　20世紀(jì)80年代以后

33、，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)，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，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、過程控制、運(yùn)動控制、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。</p><p>　　PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段

34、：</p><p>　　1970—1980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、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)線擴(kuò)展。</p>&l

35、t;p>　　1980—1990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，價格不斷下降，PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化，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)品等。</p><p&g

36、t;　　1990—2000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發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化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。</p>&l

37、t;p>　　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，開發(fā)了適用于過程控制，運(yùn)動控制的特殊功能與模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時，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，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司

38、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。</p><p>　　2.1.3 PLC的硬件</p><p>　　一、PLC的物理結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p><b>　　1.整體式PLC&

39、lt;/b></p><p>　　整體式又叫做單元式或機(jī)箱式，它的體積小、價格低，對箱體式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性能分成若干型號，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。</p><p>

40、<b>　　2.模塊式PLC</b></p><p>　　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)架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，如果一個機(jī)架容納不下選用的模塊，可以增設(shè)一個或數(shù)個擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間用接口模塊和電纜相連。</p><p>　　用戶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

41、塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。</p><p>　　3.CPU模塊中的存儲器</p><p>　　存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個人計(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（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶要球的特定功

42、能，用戶程序存儲器的容量以字節(jié)（B）為單位。</p><p>　　（1）.隨機(jī)存取存儲器（RAM）</p><p>　　用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。</p><p>　?。?）.只讀存儲器（ROM）</p><p>　　ROM的內(nèi)容只能讀

43、出，不能寫入。</p><p>　?。?）.可以電檫出可編程的只讀存儲器（EEPROM）</p><p>　　S7-200用EEPROM來存儲用戶程序和長期保存的重要數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　4.I/O模塊</b></p><p>　　各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，PLC與外部接線的連接一般

44、用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。</p><p>　　輸入模塊：PLC通過輸入模塊來接收和采集輸入信號，通過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)抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。</p><p>　

45、　輸出模塊：輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應(yīng)管（驅(qū)動直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動交流負(fù)載）和小型繼電器，繼電器可以驅(qū)動交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為0.5—2A,負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。</p><p>　　2.1.4 PLC的主要特點(diǎn)</p><p>　　一、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高</p><p>　　PLC專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，具有很高的可靠

46、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)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。</p><p>　　二、控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡單

47、，通用性強(qiáng)</p><p>　　PLC及外圍模塊品種多，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。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個PLC裝置用于不同的控制對象，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

48、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。</p><p>　　三、編程簡單，易于使用</p><p>　　PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(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)控制的簡單指令形式。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(jì)算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在

49、短時間內(nèi)學(xué)會。</p><p><b>　　四、功能完善</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、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，可以通過上位計(jì)算進(jìn)行顯示、報(bào)警、記錄，進(jìn)行人機(jī)對話，使控制水平大為提高。因此，PLC具有極強(qiáng)的適用性，能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動化

50、設(shè)備。</p><p>　　五、體積小、維護(hù)操作方便</p><p>　　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)場信號的變化狀態(tài)，還能通過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)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。</p><p>　　2.1.5 FX2N系列

51、PLC介紹</p><p>　　FX2N 型PLC的主要種類</p><p>　　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。</p><p>　　基本單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPU和內(nèi)部存儲器組成，只有基本單元可以單獨(dú)使用，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不足時可以進(jìn)行擴(kuò)展。</p><p>　　擴(kuò)展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)

52、部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用。</p><p>　　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：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。</p><p>　　FX2

53、N 型PLC的初步認(rèn)識</p><p>　　如圖所示為FX2N型PLC基本單元外形，其主要是通過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、控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、熱繼電器接點(diǎn)、壓力繼電器接點(diǎn)、數(shù)字開關(guān)等。輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號燈、報(bào)警器、電磁鐵、電磁閥、電動機(jī)等。</p><p>　　圖2-2（三菱FX2N系列PLC實(shí)

54、物圖）</p><p><b>　　工作過程</b></p><p><b>　?。?）輸入采樣階段</b></p><p>　　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)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，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，無論

55、輸入端信號如何變化，其內(nèi)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(nèi)容。</p><p><b>　　（2）程序處理階段</b></p><p>　　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，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（軟繼

56、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。對元件映像寄存器來說，每個元件（軟繼電器）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。</p><p>　?。?）輸出刷新結(jié)果階段</p><p>　　在所有指令執(zhí)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）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。</p>&l

57、t;p><b>　　2.2 機(jī)械手</b></p><p>　　2.2.1 機(jī)械手概述</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支。他的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(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

58、國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　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，是一門跨學(xué)科綜合性技術(shù)。</p><p>　　2.2.2機(jī)械手的工作原理</p><p>　　機(jī)械手是一種能自動化定位控制并可重新匯編程序以變動的多功能機(jī)器。它有多個自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個不同環(huán)境中的工作。工業(yè)

59、機(jī)械手是近似自動控制領(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)中的一個重要組成部分?！?lt;/p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋

60、轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。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。一般專用機(jī)械手有2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動作。同時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，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><

61、p>　　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。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、時間和位置來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條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，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合，應(yīng)

62、用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。</p><p>　　本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可以歸為一類，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識，同時并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù)</p><p>　　2.2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢 </p>

63、<p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，人工工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對于一些往返的工作有機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動完成顯得非常重要。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，他的自動化。人性化讓人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、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。我國也在陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對于自動控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為

64、廣泛，但我國的自動化技術(shù)有待提高發(fā)展趨勢是工作強(qiáng)多高靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，可以自動檢測并下達(dá)動作命令，融入先進(jìn)的人工智能使人只做平時的簡單維護(hù)，這也是現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢。</p><p>　　此外，還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(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)中的一個基本單</p><p><b>　　第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b>

65、;</p><p>　　3.1 系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1.1控制要求</b></p><p>　　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；利用上下、左右限位開關(guān)控制機(jī)械手啟停；機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按以下動作進(jìn)行：原點(diǎn)—啟動—下行（到下限位停）—抓工件—上行（到上限位停）—右行（到右限位停

66、）—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)行過程中，任何時候都可以利用急停按鈕，停止機(jī)械手動作。</p><p>　?。ㄒ唬├肞LC編寫程序控制組態(tài)畫面中變量的變化</p><p>　?。ǘ├肞LC的輸入信號控制組態(tài)畫面，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</p><p>　　3.1.2 方案設(shè)計(jì)<

67、;/p><p>　　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),利用機(jī)械手上下左右移動碰到的限位開關(guān)作為系統(tǒng)的輸入信號。系統(tǒng)設(shè)置一個啟動按鈕和一個急停按鈕來控制系統(tǒng)的啟動和停止。系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)成一個機(jī)械手畫面，通過動畫連接和腳本程序。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。同時可以利用PLC程序控制組態(tài)畫面的要求。</p><p><b>　　圖3-1

68、</b></p><p><b>　　圖3-2 </b></p><p><b>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 輸入/輸出端子地址分配</p><p>　　3.2.2 PLC接線圖</p><p>　　3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</

69、p><p>　　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)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。 </p><p>　　GX Developer的特點(diǎn)</p><p>　　1. 軟件的共通

70、化 GX Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列（包括運(yùn)動控制（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)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)號編程 用標(biāo)號編程制作可編程控制器程序的話，就不

71、需要認(rèn)識軟元件的號碼而能夠根據(jù)標(biāo)示制作成標(biāo)準(zhǔn)程序。 用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來使用。 (2) 功能塊（以下，略稱作FB） FB是以提高順序程序的開發(fā)效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(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的順序輸入錯誤。 (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

72、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。 4. 能夠簡單設(shè)定和其他站點(diǎn)的鏈接 由于連接對象</p><p>　　3.3.1 常用編程方法介紹</p><p><b>　　1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 </b></p><p>　　在一些典型的控制環(huán)節(jié)和電路的基礎(chǔ)上,根據(jù)被控制對象對控制系統(tǒng)的具體要求,憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。有時為了得到

73、一個滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果,需要進(jìn)行多次反復(fù)地調(diào)試和修改,增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程元件。這種設(shè)計(jì)方法沒有一個普遍的規(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)。 </p><p>　　經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時比較有效的,可以收到快速、簡單的效果。但是,由于這種方法主要時依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),所以對設(shè)計(jì)人員的要求也

74、比較高,特別時要求設(shè)計(jì)者有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對工業(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。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng),經(jīng)驗(yàn)法一般設(shè)計(jì)周期長,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單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2 接觸器-繼電器法</p><p>　　接觸器-繼電器法就是依據(jù)所控制電器的接觸器-繼電器控制線路原理圖，用PLC對應(yīng)的符號

75、和功能相當(dāng)?shù)钠骷?，把原來的接觸器-繼電器系統(tǒng)的控制線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，也特別適合對原有舊設(shè)備的技術(shù)革新和技術(shù)改造。</p><p><b>　　3 順序控制法</b></p><p>　　順序控制法就是在生產(chǎn)控制過程中，按照生產(chǎn)工藝所要求的動作規(guī)律，在各個輸入控制信號的作用下，根據(jù)所需要的狀態(tài)和時間順序，在

76、生產(chǎn)過程中的各個輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按照預(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。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。而對于每一步的程序段,只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系。因而這種編程方法簡單易學(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

77、序的調(diào)試和運(yùn)行也很方便,可以極大地提高工作效率。</p><p><b>　　4 邏輯設(shè)計(jì)法</b></p><p>　　工業(yè)電氣控制線路中,有不少都是通過繼電器等電氣元件來實(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,因此,用“0”和“1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)電氣控制線路時完全可以的,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

78、用于PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。當(dāng)一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運(yùn)算式表達(dá)出來后,實(shí)現(xiàn)這個邏輯函數(shù)的線路就確定了。當(dāng)這種方法使用熟練后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接寫出于邏輯函數(shù)和表達(dá)式對用的指令語句程序。 </p><p>　　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: </p><p>　　第一步：列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表 </p><p

79、>　　第二步：繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖; </p><p>　　第三步：進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì); </p><p>　　第四步：編寫程序; </p><p>　　第五步：對程序檢測、修改和完善。</p><p><b>　　3.3.2流程圖</b></p><p&g

80、t;　　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。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。</p><p><b>　　3.3.3梯形圖</b></p><p>　　用三菱PLC的編程軟件GX Developer編的梯形圖</p><p><b>　　3.3.4

81、 語句表</b></p><p>　　3.4 MCGS組態(tài)軟件</p><p>　　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平臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向

82、用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其主要特征和功能大體為：具有簡單靈活的可視化操作界面、實(shí)時性強(qiáng)、有良好的并行處理性能、有豐富生動的多媒體畫面、開放式結(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)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。</p><

83、p>　　3.4.1 MCGS 組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 功能特點(diǎn)</p><p>　　MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用來幫助用戶設(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，以用戶的制定方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)用戶設(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：</p><p>　　由MCGS生成的用戶應(yīng)

84、用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分組成。如下圖所示</p><p>　　MCGS的五大組成部分</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(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。</p><p><b>　?。?）主控窗口<

85、;/b></p><p>　　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設(shè)備窗口和多個用戶窗口，主控窗口負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。</p><p><

86、;b>　　（2）設(shè)備窗口</b></p><p>　　設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。設(shè)備窗口專門用來放置不同類型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件吧外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來，送人實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。一個應(yīng)用系統(tǒng)只有一個設(shè)備窗口，運(yùn)行時，系統(tǒng)自動打開設(shè)備窗口來管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺獨(dú)立運(yùn)行。</p><p&

87、gt;<b>　?。?）用戶窗口</b></p><p>　　用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面。其中可以放置三種不同類型的圖形對象：圖元、圖符和動畫構(gòu)件。圖元和圖符對象為用戶提供了一套完善的設(shè)計(jì)制作圖形畫面和定義動畫顯示與操作模塊，用戶可以直接使用。通過在用戶窗口內(nèi)放置不同的圖形對象來搭建多個窗口，用戶可以構(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。</p&

88、gt;<p>　　組態(tài)工程中的用戶窗口，最多可以定義512個。所以的用戶窗口均位于窗口內(nèi)，其打開時窗口可見，關(guān)閉時窗口不可見。允許多個用戶窗口同時處于打開狀態(tài)，其位置、大小和邊界等屬性可以隨意改變或設(shè)置。</p><p><b>　　（4）實(shí)時數(shù)據(jù)庫</b></p><p>　　實(shí)時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，是MCGS系統(tǒng)的核心。它將MC

89、GS工程各個部分連接成有機(jī)的整體。本窗口內(nèi)定義的不同類型和名稱的變量，將作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。</p><p>　　MCGS用實(shí)時數(shù)據(jù)來管理所有的實(shí)時數(shù)據(jù)。從外部設(shè)備采集來的實(shí)時數(shù)據(jù)送入實(shí)時數(shù)據(jù)的報(bào)警處理和存盤處理。因此，實(shí)時數(shù)據(jù)庫所存儲的單元，不單單是變量的數(shù)值，還包括變量的特征參數(shù)（屬性）以及對該變量的操作方法（設(shè)置報(bào)警性、報(bào)警處理、存盤處理等）。這種將數(shù)值、屬性和方法封裝在

90、一起的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)對象。實(shí)時數(shù)據(jù)庫采用面向?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)各個功能部件提供數(shù)據(jù)共享。</p><p><b>　?。?）運(yùn)行策略</b></p><p>　　運(yùn)行策略是對系統(tǒng)運(yùn)行的流程實(shí)現(xiàn)有效控制的手段。本窗口主要完成對工程運(yùn)行流程的控制。包括編程控制程序（if……then腳本程序）和選用各種功能構(gòu)件，例如數(shù)據(jù)提取、定時器、配方操作和多媒

91、體輸出等。</p><p>　　運(yùn)行策略本身是系統(tǒng)提供的一個框架，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)定的順序和條件操作實(shí)時數(shù)據(jù)庫，控制用戶窗口的打開、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)對外部設(shè)備工作過程的精確控制。</p><p>　　一個應(yīng)用系統(tǒng)有三個固定的運(yùn)行策略：啟動、循環(huán)策略、和退出策略，用戶也可以根據(jù)具體需要創(chuàng)建新的用戶策略、循環(huán)策略、報(bào)警

92、策略、事件策略、熱鍵策略，并且用戶最多可創(chuàng)建521個用戶策略。啟動策略在應(yīng)用系統(tǒng)開始運(yùn)行時調(diào)用，退出策略在應(yīng)用系統(tǒng)退出運(yùn)行時調(diào)用，循環(huán)策略由系統(tǒng)在運(yùn)行過程中定時循環(huán)調(diào)用，用戶策略供系統(tǒng)中的其他部件調(diào)用。</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件功能及其特點(diǎn)</p><p>　　MCGS的主要和基本功能如下：</p><p>　　（1）簡單的可視化操作界面</p&g

93、t;<p>　　MCGS采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變符合中國人的使用習(xí)慣和要求。用戶可以使用系統(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袆赢嬓Ч墓ぞ邨l和狀態(tài)條等。</p><p>　?。?）實(shí)時性強(qiáng)、良

94、好的并行處理性能</p><p>　　MCGS是真正的32位系統(tǒng)充分利用了32位Windows操作品臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實(shí)時性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。</p><p>　?。?）豐富、生動的多媒體畫面</p><p>　　MCGS以圖像、圖符報(bào)表和曲線等多

95、種形式，為操作員及時提供系統(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(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對象上定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動畫效果。MCGS還為客戶提供了豐富的動畫構(gòu)件，每個動畫構(gòu)件都應(yīng)一個特定的動畫功能。MCGS還支持多媒體功能，使能夠開發(fā)出集圖像、聲音、動畫為一體的漂亮、生動的工程畫面。</p><p>　?。?）開放式結(jié)構(gòu)，

96、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能</p><p>　　MCGS采用開放式結(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；支持Microsoft開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）接，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫連接能力；全面支持OPC(OLE for Process Control)標(biāo)準(zhǔn)，即可作為OPL客戶端，也可以作為OPC服務(wù)器，可以與更多的自動化設(shè)備相連接；MCGS通過DDE(Dynamic Data

97、Exchange,動態(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蟮膭討B(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫。</p><p>　?。?）完善的安全機(jī)制</p><p>　　MCGS提供了良好的安全機(jī)制，為多個不同級別的用戶設(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

98、態(tài)開發(fā)者勞動成果的力度。</p><p>　?。?）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能</p><p>　　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，可以在整個企業(yè)范圍內(nèi)，用IE瀏覽器方便的瀏覽到實(shí)時和歷史的監(jiān)控信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。</p><p>　?。?）多樣化的報(bào)警功能</p

99、><p>　　MCGS提供多種不同的警報(bào)方式，具有豐富的警報(bào)類型和靈活多樣的警報(bào)處理函數(shù)。不僅方便用戶進(jìn)行警報(bào)設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時顯示、打印警報(bào)信息的功能。警報(bào)信息的存儲與應(yīng)答功能，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產(chǎn)運(yùn)行提供了有力的保障。</p><p>　?。?）實(shí)時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便</p><p>　　MCGS由主窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行

100、策略五個部分構(gòu)成，其中實(shí)時數(shù)據(jù)庫是一個數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性構(gòu)件的功用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。各個部件獨(dú)立地向?qū)崟r數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯控制。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時，每個部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立創(chuàng)建，互不干擾；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個部分都通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫交換，形成互相關(guān)連的整體。</p><p>　?。?）支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”</p><

101、p>　　MCGS針對外部設(shè)備的特征，設(shè)備工具箱，定義多種設(shè)備構(gòu)件，建立系統(tǒng)與外部設(shè)備的連接關(guān)系，賦予相關(guān)的屬性，實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的驅(qū)動和控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便選擇各種設(shè)備。不同的設(shè)備構(gòu)件，所有的設(shè)備構(gòu)件均通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系；而建立時又是相互獨(dú)立的，即對某一構(gòu)件的操作或改動，不影響其他構(gòu)件和整個系統(tǒng)。</p><p>　?。?0）控制方便復(fù)雜的運(yùn)行流程</p><p>　　M

102、CGS開辟了“運(yùn)行策略窗”口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構(gòu)件，用圖形化的方法和簡單的類Basic語言構(gòu)造多分支的應(yīng)用程序，按照設(shè)定的條件和順序，操作外部設(shè)備，控制窗口的打開或關(guān)閉，與實(shí)時數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)自由，準(zhǔn)確地控制運(yùn)行流程，同時也可以由用戶創(chuàng)建新的策略構(gòu)件，擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。</p><p>　　（11）良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性</p><p>　　MCGS系統(tǒng)由五大功能模

103、塊組成，主要的模塊以及構(gòu)件的形式來構(gòu)造，不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自的獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫構(gòu)件和流程控制）的所有工作。除此之外，MCGS還提供了一套開放的可擴(kuò)充接口，用戶可根據(jù)自己的用VB、VC等高等高級開發(fā)語言，編制特定的構(gòu)件來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。</p><p>　　（12）用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性高</p>

104、<p>　　MCGS中數(shù)據(jù)的存儲不再使用普通的文件，而是用數(shù)據(jù)庫來管理。組態(tài)時，系統(tǒng)生成的組態(tài)結(jié)構(gòu)是一個數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行時，系統(tǒng)自動生成一個數(shù)據(jù)庫，保存和處理數(shù)據(jù)對象和報(bào)警信息的數(shù)據(jù)。利用數(shù)據(jù)庫來保存數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率；同時，也使其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接數(shù)據(jù)庫中存盤數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?3）設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便</p><p>　　對象

105、元件庫，實(shí)際上是分類儲存的各種組態(tài)對象的圖庫。組態(tài)時，可把制作好的數(shù)據(jù)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(dāng)前的工程所用。隨著工作的積累，對象元件庫將日益擴(kuò)大和豐富，這樣解決了對象元件庫的元件積累和元件重復(fù)利用問題。組態(tài)工作將會變得更加簡單、方便。</p><p>　　（14）實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理</p>&

106、lt;p>　　考慮到工控系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢，MCGS充分運(yùn)用現(xiàn)今發(fā)展的DCCW(Distributed Computer Cooperator Work，分布式計(jì)算機(jī)協(xié)通工作方式)技術(shù)，使分布在不同現(xiàn)場的采集設(shè)備和工作站之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，不同的工作站之間則通過MCGS實(shí)時交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制管理。</p><p>　　3.4.2 工程的建立和變量的定義</p><p>

107、;　　首先雙擊桌面MCGS組態(tài)環(huán)境圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)環(huán)境，屏幕中間窗口為工作臺。</p><p>　　單擊文件菜單中“新建工程”選項(xiàng)，自動生成新建工程，默認(rèn)的工程名為：“新建工程0.MCG”。</p><p>　　選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項(xiàng)，彈出文件保存窗口。</p><p>　　在文件名一欄內(nèi)輸入“機(jī)械手控制系統(tǒng)”，點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。如圖所3-

108、3示。</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　在MCGS中，變量也叫數(shù)據(jù)對象。實(shí)時數(shù)據(jù)庫是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實(shí)時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實(shí)時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保

109、存期限等。</p><p><b>　　變量的分配</b></p><p>　　在開始定義之前，我們先對系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定需要的變量。本系統(tǒng)至少需要16個變量，見下表。</p><p><b>　　變量定義的步驟</b></p><p>　　單擊工作臺中的“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”選項(xiàng)卡，進(jìn)入“實(shí)時數(shù)據(jù)庫”窗口