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关节
旋转
机械手
控制系统
MCGS
仿真
设计
- 资源描述：
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关节旋转式机械手控制系统与MCGS仿真设计,关节,旋转,机械手,控制系统,MCGS,仿真,设计
- 内容简介：
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组态技术和P L C技术在机械手控制系统中的应用摘要:介绍了基于MCGS组态软件与西门子S7200系列可编程序控制器的机械手控制系统设计及控制系统的组态过程;给出了控制系统的硬件组成、软件设计,并制作出控制系统的动态监控画面;在MCGS和PLC串行通讯的基础上,通过计算机控制PLC,实现了对机械手的控制。关键词:MCGS组态软件PLC机械手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 mechanical arm is controlled by PLC controlled with a computer based onMCGS and PLC serial communication.Key words:MCGS configuration software;PLC;mechanical arm目前很多的自动控制系统中,常常选用可编程序控制器(PLC)作为控制设备,用于数据采集、状态判别和输出控制。而在PLC与计算机通讯的基础上,通过组态软件可以对PLC的当前工作状态进行全方位的监控,进一步通过组态软件可以对控制对象的工作过程进行全程模拟,实现远程控制。因其充分利用了计算机和PLC的特点,实现了优势互补而得到广泛应用。设计利用计算机作为上位机,利用MCGS组态软件作为程序开发平台,下位机采用西门子S7200系列可编程序控制器,组成一个简单实用的机械手控制系统,以解决工厂中简单重复、重体力或环境恶劣等工作问题。1 MCGS组态软件组态软件是近几年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具,开发人员通常不需要编制具体的指令和代码只要利用组态软件包中的工具,通过硬件组态(硬件配置)、数据组态、图形图象组态等工作即可完成所需要应用软件的开发工作。它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。MCGS(Monitor and Control GeneratedSystem,通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件,它能够在Windows平台上运行,为用户建立测控系统提供一整套实际工程问题的解决方案,它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性,在多种工程自动化领域有着广泛的应用。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5部分构成,每一部分分别进行组态,完成不同的工作。主控窗口是工程的主窗口或主框架。设备窗口用于连接和驱动外部设备。用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面。实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心,它将MCGS工程的各个部分连接成有机整体。运行策略主要完成工程运行流程的控制。MCGS能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、曲线和报表输出等功能。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。2传送机械手控制系统的控制要求图1为某气动传送机械手的工作示意图,其任务是将工件从A点向B点移送。气动传送机械手的上升/下降和左行/右行动作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动汽缸来完成。其中上升与下降对应的电磁阀的线圈分别为YV1和YV2;左行与右行对应的电磁阀的线圈分别为YV3和YV4。若某个电磁阀线圈通电,就一直保持现有的机械动作,直到相对应的另一线圈通电为止。另外,气动传送机械手的夹紧,松开动作由另一个线圈的两位电磁阀驱动的汽缸完成,线圈YV5通电时夹住工件,线圈YV5断电时松开工件。机械手的工作臂都设有上、下限位和左右限位的位置开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4,夹紧装置不带限位开关,它是通过一定的延时来表示其夹紧动作的完成。从图1机械手工作示意图可知,机械手将工件从A点移到B点再回到原位的过程有8步动作,如图2所示。从原位开始按下启动按钮时,下降电磁阀通电,机械手开始下降。下降到底时,碰到下限位开关,下降电磁阀断电,下降停止;同时接通夹紧电磁阀,机械手夹紧,夹紧后,上升电磁阀开始通电,机械手上升,上升到顶时,碰到上限位开关,上升电磁阀断电,上升停止;同时接通右移电磁阀,机械手右移,右移到位时,碰到右移限位开关,右移电磁阀断电,右移停止。此时,右工作台无工作,下降电磁阀接通,机械手下降。下降到底时碰到下限位开关,下降电磁阀断电,下降停止;同时夹紧电磁阀断电,机械手放松,放松后,上升电磁阀通电,机械手上升,上升碰到限位开关,上升电磁阀断电,上升停止;同时接通左移电磁阀,机械手左移;左移到原位时,碰到左限位开关,左移电磁阀断电,左移停止。至此,机械手经过8步动作完成一个循环。3系统硬件设计系统的硬件图主要由西门子PLC、计算机、上升与下降、左行与右行对应的电磁阀,上、下限位和左右限位的位置开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和机械手等构成。其中PLC选用西门子S7200系列可编程序控制器,其输出端可以直接驱动上升与下降对应的电磁阀的线圈分别为Y V 1和YV2;左行与右行对应的电磁阀的线圈分别为YV3和YV4等负载。而其他硬件则在计算机上进行模拟控制运行,既在MCG组态软件下,由PLC控制与机械手,构成一个自动化的机械手控制系统。在系统成功完成后,只需要安装相应的限位开关就可以投入运行,其中用MCGS组态软件设计的人机界面则成为系统的监控部分,具有较大的使用价值。4系统软件设计4.1 PLC控制程序设计PLC程序设计语言有很多种,它们是梯形图语言LAD(ladderDiagram)、语句表STL(Statement L ist)、功能块图(FBD)、逻辑方程式等。其中,梯形图语言是形象直观、容易掌握,是PLC中用得比较多的一种编程语言。按照系统的控制要求,该系统需要6个输入点和6个输出点,输入和输出分配表如表1所示。该控制系统采用西门子公司的梯形图编程软件S7200系列编写了系统的控制程序,给出机械手控制系统部分梯形图控制程序,如图3所示。4.2 MCGS软件设计(1)监控界面。上位机监控界面是给用户最直观的显示,在本机械手控制系统的设计中要直观地看到机械手的上升、下降左移和右移动作。界面有手动和自动转换开关。当该按钮打在自动开关时,按下移动按钮,机械手就自动地按照图2的工作流程进行动作;当该按钮打在自动开关时,机械手就只能进行手动,上移、下移、左移和右移开关进行控制。按钮下面分别是与其相对应的按钮指灯,各按钮动作时相应的指示灯变绿灯。(2)系统数据对象。将实时数据库中定义的各种开关型或数值型变量和监控画面中相对应的按钮、指示灯等相连接,以便能使动画按照要求动起来。在本控制系统中需要用到以下数据对象(图4)。5 PLC与上位计算机间的通讯MCGS组态软件中提供了相关设备的通讯驱动程序。在使用西门子S7200系列PLC时,因PLC带有RS232接口,可直接用电缆与计算机建立连接,通过串口(HostL ink协议)和计算机进行通讯。MCGS组态软件通过串行口访问PLC相关的寄存器地址,以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。在实际编程过程不需要编写读写PLC寄存器的程序,组态软件提供了一种数据定义方法,在定义了I/O变量后即可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、数据记录和报警显示等。在MCGS组态时,为实现实时监控需要在MCGS中进行设备连接,使PLC和上位计算机建立起正确的连接通道。在MCGS设备窗口中首先添加一个通用串口父设备,用来设置通信参数和通信端口等设备属性。可采用西门子PLC常用通信参数设置:串口端口号为COM1,波特率9600,2位停止位,偶校验,7位数据位,数据采集方式为同步采集。在父设备下面创建一个与所用PLC机型相符的西门子PLC子窗口,设置子设备PLC的属性,主要进行通道连接操作,将相应通道与MCGS实时数据库中的变量相连,对PLC的内部继电器进行读、写、控制PLC的输出和外部信号的输入。使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态,实现对工业过程的实时监控。实现设备驱动的具体方法是在设备窗口内配置不同类型的设备构件,并根据外部设备的类型和特征,设置相关的属性。在MCGS设备中一般都包含有一个或多个用来读取或者输出数据的物理通道,MCGS把这样的物理通道称为设备通道。设备通道只是数据交换用的通路,而进行数据交换的对象,则必须由用户指定和配置。所有的设备通道都必须与实时数据库相连接。所谓通道连接,即是由用户指定设备通道与数据对象之间的对应关系,这是设备组态的一项重要工作。6结语根据机械手控制系统的要求,利用组态技术及PLC构成了简单可靠的机械手控制系统。设计的软件实现了下述功能:可在计算机上对系统进行自动或手动控制;系统控制过程进行动画显示,在计算机屏幕上可直观地观察到机械手工作情况;系统可按设定的控制规律自动运行,也可手动控制机械手控制。系统正常工作可靠,系统控制方案还具有较强的通用性,可在PLC教学中推广。基于PLC的控制系统在MCGS中得到实现,能以仿真动画的形式直观地看到被控对象的运行情况及程序的执行结果,其模拟效果逼真,人
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