PLC在机械手控制系统中的应用(毕设)

1、沈阳理工大学学士学位论文摘要本论文论述了一种应用PLC来实现的机械手控制系统。应用西门子S7-200CPU226 PLC对该控制系统进行设计，应用STEP7-Micro/WIN软件编写控制系统的控制程序。控制程序分为五部分，分别为主程序、公共程序、手动程序、自动程序和回原点程序。主程序主要用来调用后面几个子程序；公共程序主要用于自动程序和手动程序相互切换的处理；手动程序主要用于手动控制机械手的运行；自动程序主要用于切换步进、单周期和连续的运行状态来控制机械手的运行；所编的程序通过仿真软件验证是正确的，实现了机械手控制要求，并且应用MCGS组态软件设计该控制系统的人机界面。人机界面直观的展示了机

2、械手工作的全部过程。关键词：机械手；PLC；MCGSAbstractThe paper discusses an application of PLC to realize robot manipulator control system. Application of the Siemens S7-200CPU226 PLC control system design, application STEP7-Micro / WIN software development control system control program. Control program is divided in

3、to five parts, namely the main program, public program, manual procedures, automated procedures and homing procedures. Main program used to call back several subprograms; public procedure used mainly for automatic program and manual switching between programs; manual procedure used mainly for manual

4、 control robot manipulator operation; automatic procedure used mainly for switching step, single cycle and continuous operating state to control the operation of the robot manipulator; compiled by simulation software verification program is correct, to achieve a robot manipulator control requirement

5、s and application MCGS configuration software design of the control system, man-machine interface. Machine interface shows the whole process intuitive robot manipulator work.Keywords：Manipulator；PLC；MCGS目录1 绪论11.1 机械手的发展11.2 课题的背景和意义11.3 国内外研究现状12 可编程控制器概述32.1 PLC简介32.1.1 PLC的概述与定义32.1.2 PLC的特点32.1.

6、3 PLC的主要功能32.2 PLC的主要性能指标52.3 西门子S7-200系列PLC52.3.1 S7-200 PLC简介52.3.2 S7-200 PLC主要功能模块介绍63 控制系统硬件设计83.1 控制要求及工作过程83.2 控制系统PLC选型93.3 系统I/O地址分配表93.4 系统电气控制接线图104 控制系统软件设计114.1 STEP7 Micro/WIN编程软件简介114.2 程序流程图114.3 编写梯形图134.3.1 主程序梯形图134.3.2 公共程序梯形图134.3.3 手动程序梯形图154.3.4 自动程序梯形图174.3.5 回原点程序梯形图215 程序仿真

7、235.1 仿真软件简介235.2 程序仿真过程235.2.1 手动程序仿真235.2.2 回原点程序仿真275.2.3 自动程序仿真296 MCGS组态软件介绍336.1 MCGS组态软件概述336.1.1 MCGS简介336.1.2 MCGS的通用版的主要特点和基本功能336.1.3 MCGS的编程语言336.1.4 MCGS的数据结构346.1.5 MCGS的作用346.2 工程的建立与变量的定义346.2.1 工程的建立346.2.2 变量的定义356.2.3 变量定义的步骤366.2.4 设备与变量连接386.3 工程画面的建立396.3.1 机械手模拟画面的制作416.3.2 运行

8、策略的建立及脚本程序的编写426.4 动画连接466.4.1 垂直移动动画连接466.4.2 水平移动动画连接476.4.3 工件移动动画的实现476.5 组态运行49结束语50致谢51参考文献52附录A 英文原文53附录B 中文翻译58附录C 程序梯形图62IV1 绪论1.1 机械手的发展机械手控制系统是伴随着机械手（机器人）的发展而进步的。基于早期出现的古代机器人基础，机械手得以发展起来，20世纪中期机械手开始进行研制，随着计算机和自动化技术等先进技术发展，大量生产的急切需要也促进了自动化技术的快速进展，机械手控制系统的开发奠定了基础。【1】1.2 课题的背景和意义机械手控制系统主要采用以

9、下三种方式：一为继电器控制系统，二为PLC控制系统；三为微机控制系统。由于容易出现故障、不能灵活的进行操控及耗能大等缺点，继电器控制系统逐渐的被人们所淘汰；微机控制系统有强大的智能控制功能，但极易受干扰，系统的设计非常繁杂，维修人员很难精通它的维修技术。而PLC控制系统由于故障少、便于维修、不易被干扰等优越性，成为目前在机械手控制系统中使用最多的控制方式。 在考虑以上三种控制方式的各种特点后，机械手控制系统应该优先选择PLC控制。1.3 国内外研究现状由于可编程逻辑控制器PLC的不断革新，由于PLC技术的向高性能、高速、大容量发展，大型PLC更是采用多CPU结构使得具有更优秀的性能，使得现在工

10、厂生产效率大大提高。因为将PLC运用到机械手控制系统，可实现机械手的全自动控制，所以现在国内外的机械手控制系统大部分都是可以实现全自动控制，PLC的参与大大降低系统的运行费用。而且PLC机械手自动控制系统更是具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。MCGS组态软件一共分成三款，分别是MCGS通用版，网络版和嵌入版。MCGS是北京昆仑通态公司众多开发人员用了12个月的时间开发出的一款国内先进的组态软件，MCGS无论是在操控界面的简单易懂程度、内部功能的强大性、系统的可扩充性、客户的使用情况以及概念设计上都有极大的提高，使MCGS成为国内组态软件中极其优秀的存在，

11、可以使国产的组态软件走的更快更远。MCGS提供解决实际问题的完整方案和开发平台，能够完成采集数据、数据处理、安全报警、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及监控等功能，并支持国内外众多数据采集与输出设备。2 可编程控制器概述2.1 PLC简介2.1.1 PLC的概述与定义可编程控制器(Programmable Controller，英文缩写为PC、后又称为PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程和用户、在工业环境下可以良好的工作、操作简便、可靠性有保障，成为现代工业控制的三大支柱（P

12、LC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着陷进最先进的程序控制水准，PLC已经是所有自动化的标配装置。2PLC可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。3并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，强大的适应能力，和广阔的应用范围。2.1.2 PLC的特点1.可靠性高、抗干扰能力强2.控制系

13、统机构简单、通用性强3.丰富的I/O接口模块4.编程简单、使用方便5.设计安装简答、维修方便6体积小、重量轻、能耗低2.1.3 PLC的主要功能一、开关逻辑控制这是PLC的最基本功能。PLC也是之所以具有强大的逻辑运算功能的原因，根据它，PLC可以实现各种或简单，或复杂的逻辑控制，所以PLC才能取代传统的继电器控制系统，普及于工业控制领域。二、模拟量控制在工业控制过程中，有多种连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、液位和速度等。由于PLC中的CPU只能对数字量进行处理，所以A/D和D/A转换模块在PLC中被运用，将输入的模拟量通过A/D转换后送达PLC的CPU处理。而CPU处理的数字量结果，

14、经D/A转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。三、闭环控制过程PLC可以进行模拟量的开环控制，也可以进行模拟量的闭环控制。为了对控制过程中的某个变量进行PID控制，就要配置PID的控制单元或模块。四、定时控制由于PLC具备了定时功能，故为那些需要定时功能的用户提供了一些定时器，这些定时器既可以让用户在自己编写程序时设定，又可以通过开关在外部进行设定，用来实现定时、延时的功能。五、计数控制由于PLC具备了计时功能，故为那些需要计时功能的用户提供了一些计时器，这些计时器既可以让用户在自己编写程序时设定，又可以通过开关在外部进行设定，用来实现计数的功能。六、顺序（步进）控制采用P

15、LC进行步进控制在工控中是比较常见的，可以采用语言顺心功能图（Sequential Function Chart， SFC）进行设计。在编写程序的时候，可以适当的使用移位寄存器和顺控指令编写程序。七、数据处理数字运算、数据传送、数据转换、数据显示、打印和数据通信等，都可以被具有了数据处理能力的现代PLC所运行。八、通信和联网具有通讯功能的现代PLC不仅能进行远程的I/O控制，还能使PLC与PLC或与PC之间的通信，从而构成“集中与分散”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC还可以与其他智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统，可提高控制交流电动机的自动化水平

16、。2.2 PLC的主要性能指标虽然PLC的产品型号众多，各具特色，但主要性能通常是由以下几种指标进行综合描述的：1.输入/输出点数（I/O点数）。 I/O点数是PLC非常重要的一项指标，在选用PLC时，要根据控制对象的I/O点数要求确定机型。PLC的I/O点数主要包括主机的I/O点数和最大扩展点数。当主机的I/O点数不能满足控制要求时，可以外接I/O模块。通过总线电缆将主机与I/O扩展模块相连接，由主机进行寻址，因此I/O模块的最大扩展点数受到CPU的I/O寻址能力的限制。2.存储容量。 内存容量决定所能存放的用户控制程序的最大量。在PLC中程序指令是按 “步”存放的（一条指令往往不止一“步”

17、），一“步”占一个地址单元，一个地址单元一般占2B（16位的CPU）。例如，一个内存容量为1000步的PLC，可推知其内存为2KB. 应注意到“内存容量”实际是指用户程序容量，它不包括系统程序存储器的容量。程序容量与最大I/O点数大体成正比。3.扫描速度。 扫描速度是衡量PLC执行程序快慢的指标。扫描速度常用执行1000步指令所需的时间表示，单位为毫秒千步，有时也以执行一步指令的时间表示，其单位为微秒步。4.指令条数。 PLC具有的指令种类越多，就说明它所具有的软件功能越强，所以指令条数的多少是衡量 PIC软件功能强弱的主要指标之一。5.内部寄存器。 PLC内部有许多寄存器，用以存放变量状态、

18、中间结果和数据等，还有许多辅助寄存器给用户提供特殊功能，以简化整个系统设计。因此，寄存器的配置情况是衡量PLC硬件功能的一个主要指标。6.功能模块。 PLC除了主机和扩展单元外，还可以配接各种功能模块口主控模块可实现基本控制功能，功能模块的配置则可实现一些特殊的专功能。因此，功能模块的配置反映了PLC的功能强弱，是衡量PLC产品档次高低的一个重要标志。2.3 西门子S7-200系列PLC2.3.1 S7-200 PLC简介西门子S7-200是由德国西门子公司研制的小型PLC，可以单机运行，由于可以在多种模块和多种人机界面中选择，因此系统的集成度非常高，也可以方便的将PLC网络组织成功。于此同时

19、，它配备了多功能的编程软件和组态软件，可以更加简单的对控制系统进行设计，完成大多数的问题都不是问题，同时它不易发生故障，而且可以快速的运行，继承和发挥了它在大型PLC领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比高，所以在规模不大的领域是较为理想的控制设备。42.3.2 S7-200 PLC主要功能模块介绍1、CPU模块S7-200的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及数字I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入从现场设备中采集信号，输出部分输出控制信号，驱动外部负载。S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供

20、选择使用，其输入/输出点数的分配如表2.1所示。表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型 号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU226XM24162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点2、I/O扩展模块 当CPU的I/O点数不够或需要进行特殊功能的控制时，就要进行I/O

21、扩展，I/O扩展包括I/O的扩展和功能模块的扩展。S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有中央处理器，只有连接基本单元才能正确使用，用来扩展I/O点数，S7-200系列PLC扩展单元型号及输入/输出点数的分配如表2.2所示。5表2.2 S7-200系列PLC扩展单元型号及输入/输出点数类 型型 号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM235313、编程器正在运行的PLC，是不能使用编程器的。编程器是为了用户程序的编制、存储和管理等功能运行的，在用户进行调试色时候，监控和检测被送入PLC的

22、用户程序。S7-200系列PLC能够使用许多种编程器，最常用的是简单编程器和智能编程器。简易型编程器是微型的，简单实用，价格低廉，可以很好的进行编程和监控，但是不能很好地进行显示，只能运用比较复杂的指令表的输入方式。智能型编程器是运用计算机进行编程的，可以使用专门的编程软件在计算机上进行编程，能应用梯形图编程语言进行程序的编写，而且可以实现在线监控，拥有强大的功能，也很直观，STEP7-Micro/WIN是S7-200系列PLC的专用编程软件。63 控制系统硬件设计3.1 控制要求及工作过程系统设有手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为步进、单周期、和连续操作方式。机械手在最上面和最左

23、边且松开时，称为系统处于原点状态。进入单周期、步进和连续工作方式之前，系统应处于原点状态，如果不满足这一条件，可以手动工作方式，进行手动操作控制，使系统返回原点状态。手动操作：就是用按钮操作对机械手的每步运动单独进行控制。单周期工作方式：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。连续工作方式：机械手从初始步开始一个周期接一个周期地连续工作。按下停止按钮，并不马上停止工作，完成最后一个周期的工作后，系统才会返回并停留在初始步。步进工作方式：没按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。步进工作方式常用于系统的调试。如图3.1所示，机械手用来将工件从A点搬运到B点，一

24、共6个动作，分3组，即上升/下降、左移/右移和放松/夹紧。即：原位下降夹紧上升右移 左移 上升 放松 下降图3.1 机械手3.2 控制系统PLC选型本次毕业设计采用S7-200系列PLC完成设计，在一开始的系统设计要求可知，整个机械手控制系统共有17个开关量输入点，5个开关量输出点。根据PLC的选型规则，对输入/输出点数量的选择；对在线和离线编程的选择；根据是否联网通信选型，综合这些对PLC性能指标要求，选用了S7-200 CPU226，S7-200 CPU226以它的性能可基本满足设计要求。3.3 系统I/O地址分配表根据控制要求，系统的输入/输出地址分配情况如表3.1所示。表3.1 系统输

25、入/输出地址分配表输入名称输入点编号输出名称输出点编号下限位 I0.0下降 Q0.0上限位 I0.1上升Q0.1左限位I0.2右行Q0.2右限位I0.3左行Q0.3手动I0.4夹紧Q0.4回原点I0.5 单步I0.6 单周期I0.7 连续I1.0 起动停止下降上升右行左行夹紧放松I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0 3.4 系统电气控制接线图系统的电气控制接线图如图3.1所示。图3.1 系统电气控制接线图4 控制系统软件设计4.1 STEP7 Micro/WIN编程软件简介STEP7 Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境

26、，它简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。7适用于所有西门子S7-200 PLC的软件编程；同时支持STL、LAD、FBD三种编程语言，用户能够根据需要来自由的选择这三种编程语言；软件包有详尽的说明，能够简明有效的教会初学者相关的知识，使其尽快入门；具有多个语言的版本，可以方便各国的用户使用该软件；同时能够保护程序代码的安全，使密码功能运用到了实处。8PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。9编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。PLC内部这些存储器的作用和继

27、电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。10当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。114.2 程序流程图程序流程图如图4.1所示。 M0.5(I1.1+I1.2)初始位置M0.0 I1.6M0.5 Q0.0M2.0 I0.0T37Q0.4M2.1 T37Q0.1M2.2 I0.1Q0.2M2.3I0.2Q0.0M2.4T38 I0.0RQ0.411M2.5 T38Q0.1M2.6 I0.1QO.3M2.7MO.6I0.2M0.6

28、I0.2图4.1 程序流程图4.3 编写梯形图4.3.1 主程序梯形图主程序梯形图如图4.2所示。图4.2 主程序梯形图主程序主要完成对各个子程序的调用。按下手动开关I0.4，调用手动程序；按下步进开关I0.6、单周期开关I0.7或连续开关I0.8，调用自动程序；按下回原点开关I0.5，调用回原点程序。4.3.2 公共程序梯形图 公共程序梯形图如图4.3所示。图4.3 公共程序梯形图 由于单周期、步进和连续运行都必须是机械手要停留在初始位置且Q0.4为0，因此设置一个原点标志位M0.5，当左限位开关I0.2以及上限位开关I0.1的常开触点和表示机械手放松的Q0.4的常闭触点成串联电路接通时，“

29、原点条件”存储器位M0.5变为1。设置M0.0为自动运行的初始步标志位，在系统处于手动或回原点状态时，且当机械手处于原点位置时，初始步对应的M0.0被置位，为进入单周期、步进和连续工作方式做好准备。 当系统运行手动和回原点工作方式时，必须将初始步之外的各步对应的存储器位（M2.0-M2.7）复位，否则，当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又切换到自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的情况，导致系统出错。4.3.3 手动程序梯形图手动程序梯形图如图4.4所示。图4.4 手动程序梯形图 按下下降按钮I1.3后，机械手下行到触发下限位开关I0.0时停止下降；按下夹紧按钮I1.7后，机械

30、手夹紧；按下上升按钮I1.4后，机械手夹紧上升，直到触发上限位开关I0.1时停止上升；按下右行按钮I1.5后，机械手夹紧右行，直到触发右限位开关I0.3后停止右行；按下下降按钮I1.3后，机械手夹紧下降，直到触发下限位开关I0.0后停止下降；按下放松按钮I2.0，机械手放松；按下上升按钮I1.4，机械手上升，直到触发上限位开关I0.1后停止上升；按下左行按钮I1.6，机械手左行，直到触发左限位开关I0.3后停止左行；此时机械手回到初始位置。手动操作时用I1.3-I1.7对应的5个按钮控制机械手的上升、下降、左行、右行和夹紧。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，如限位开关对

31、运动的极限位置的限制，上升与下降之间、左行与右行之间的互锁用来防止功能相反的两个输出同时为ON。为了使机械手上升到最高位置时才能左右移动，应将上限位开关I0.1的常开触点与控制左、右行的Q0.2和Q0.3的线圈串联，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。4.3.4 自动程序梯形图自动程序梯形图如图4.5所示。图4.5自动程序梯形图 打开连续开关I1.0并按下起动按钮I1.1，且机械手在初始位置时，机械手以连续方式运行。机械手下移，触发下限位开关I0.0后停止下移，机械手开始夹紧，机械手夹紧后开始上移，触发上限位开关I0.1后停止上移，机械水开始右移，触发右限位开关I0.3后停止右移，机械

32、手开始下移，触发下限位开关I0.0后机械手停止下移，机械手放松，放松后机械手上移，触发上限位开关I0.1后停止上移，机械手左移，触发左限位开关I0.2后停止左移，完成一个周期，并且开始下一个周期。 若进行单周期，则完成一个周期，机械手就会停下，不会进行下一个周期的循环，若进行单步，则按一下起动按钮I1.1，机械手才会进行一个动作。单周期、步进和连续这三种工作方式主要是通过“连续”标志位M0.6和“转换允许”标志位M0.7来区别的。 1）步进与非步进的区别。通过设置一个存储位M0.7来区别步进与非步进，并把M0.7的常开触点接在每个控制代表步的存储器位的程序中，它们断开时禁止步的活动状态的转换。

33、 如果系统处于步进工作方式，I0.6为ON状态，则常闭触点断开，“转换允许”存储器位M0.7在一般情况下为0状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按起动按钮I1.1，M0.7处于0状态，不会转换到下一步。一直要等到M0.7的常开触点接通，系统才会转换到下一步。 如果系统工作在连续、单周期工作方式时，I0.6的常闭出点接通，使M0.7为1状态，串联在各电路中的M0.7的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。 2）单周期与连续的区别。在连续工作方式时，I1.0为1状态。在初始状态按下起动按钮I1.1，M2.0变为1状态，机械手下降。与此同时，控制连续工作的M0

34、.6的线圈“通电”并自锁。 当机械手在步M2.7返回最左边时，I0.2为1状态，因为“连续”标志位M0.6为1状态，转换条件M0.6I0.2满足，系统将返回步M2.0，反复连续的工作下去。 按下停止按钮I1.2后，M0.6变为0状态，但是系统不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，在步M2.7返回最左边，左限位开关I0.2为1状态，转换条件M0.6I0.2满足，系统才会返回并停留在初始步。 在单周期工作方式时，M0.6一直处于0状态。当机械手在最后一步M2.7返回最左边时，左限位开关I0.2为1状态，转换条件M0.6I0.2满足，系统返回并停留在初始步。按一次起动按钮，系统只工作一个

35、周期。4.3.5 回原点程序梯形图回原点程序梯形图如图4.6所示。图4.6 回原点程序梯形图 在回原点工作方式时打开回原点开关I0.5，按下起动按钮I1.1，机械手上行，升到上限位开关I0.1时，机械手左行，到左限位开关时I0.2，将Q0.4复位，机械手松开。这是原点条件满足，M0.5为ON，在主程序中，自动运行的初始步M0.0被置位，为进入单周期、步进和连续工作方式做好了准备。5 程序仿真5.1 仿真软件简介 西门子S7200的仿真软件Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来的，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令。5.2 程序仿真过程5.2.1 手动程序仿真 如

36、图5.1，机械手在原点位置，上限位开关I0.1和左限位开关I0.2接通，打开手动开关I0.4。图5.1 手动-原点 如图5.2所示，按下起动按钮I1.1，线圈Q0.0得电，下降电磁阀通电，机械手下降。图5.2 手动-下降如图5.3所示，机械手下降至下限位开关I0.0，停止下行，按下夹紧按钮I1.7，夹紧线圈Q0.4通电，夹紧电磁阀通电，机械手开始夹紧。图5.3 手动-夹紧如图5.4所示，按下上行按钮I1.4，上升线圈Q0.1通电，上升电磁阀通电，机械手开始夹紧上升。图5.4 手动-夹紧上升 如图5.5机械手上升至上限位开关I0.1停止上行，按下右移按钮I1.5，右移线圈Q0.2通电，右移电磁阀

37、通电，机械手夹紧右行。图5.5 手动-夹紧右行 如图5.6机械手右行至右限位开关I0.3，停止右行，按下下降按钮I1.3，下降线圈Q0.0通电，下降电磁阀通电机械手夹紧下行。图5.6 手动-夹紧下降如图5.7机械手下行至下限位开关I0.0，停止下行，按下放松按钮I2.0，夹紧线圈Q0.4失电，夹紧电磁阀失电电，机械手开始放松。图5.7 手动-放松 如图5.8按下上升按钮I1.4，上升线圈Q0.1通电，上升电磁阀通电，机械手开始上行。图5.8 手动-上升如图5.8所示，机械手上行至上限位开关I0.1，停止上行，按下左移按钮I1.6，左移线圈Q0.3通电，左移电磁阀通电，机械手开始左行。图5.8

38、手动-左行如图5.9所示，机械手左行至左限位开关I0.2，机械手停止左行，回到原点位。图5.9 手动-回到原点5.2.2 回原点程序仿真如图5.10所示，下限位开关I0.0与右限位开关I0.3接通，机械手在右下方，打开回原点按钮I0.5。图5.10 回原点-右下位如图5.11所示，按下起动按钮I1.1，上升线圈Q0.1通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图5.11 回原点-上升如图5.12所示，机械手上升至上限位开关I0.1，停止上升，左移线圈Q0.3通电，左移电磁阀通电，机械手开始左行。图5.12 回原点-左行如图5.13所示，机械手左行至左限位开关I0.2后，停止左行，回到原点位置。图5.1

39、3 回原点-到原点5.2.3 自动程序仿真如图5.14所示，上限位开关I0.1与左限位开关I0.2接通，机械手处于原点位置，打开单周期开关I0.7。图5.14 自动-原点位如图5.15所示，按下起动按钮I1.1，下降线圈Q0.0通电，下降电磁阀通电机械手下行。图5.15 自动-下行如图5.16所示，机械手下行至下限位开关I0.0后，停止下行，夹紧线圈Q0.4通电，夹紧电磁阀通电，机械手开始夹紧，上升线圈Q0.1通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图5.16 自动-夹紧上行如图5.17所示，机械手上行至上限位开关I0.1后，机械手停止上行，右移线圈Q0.2通电，右移电磁阀通电，机械手开始右行。图5

40、.17 自动-夹紧右行如图5.18所示，机械手右行至有限位开关I0.3后，机械手停止右行，下降线圈Q0.0通电，下降电磁阀通电，机械手开始下降。图5.18 自动-夹紧下行如图5.19所示，机械手下行至下限位开关I0.0后，停止下行，夹紧线圈Q0.4失电，夹紧电磁阀失电，机械手开始放松，上升线圈Q0.1通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图5.19 自动-放松上行如图5.20所示，机械手上行至上限位开关I0.1后，停止上行，左移线圈Q0.3通电，左移电磁阀通电，机械手左行。图5.20 自动-左行如图5.21所示，机械手左行至左限位开关I0.2后，停止左行，机械手回到原点位停止。图5.21 自动-回

41、到原点位 若开始选择的是单步开关I0.6,则机械手每次动作前都要按下起动按钮I1.1才可以，若开始选择的是连续开关I1.0，则机械手运行一个周期回到原点后会继续进行下一个周期。6 MCGS组态软件介绍6.1 MCGS组态软件概述6.1.1 MCGS简介MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/20

42、00/xp等操作系统。MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。6.1.2 MCGS的通用版的主要特点和基本功能MCGS6.2通用版拥有简单灵活的可视化操作界面；实时性强、良好的并行处理性能；丰富、生动的多媒体画面；开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能；完善的安全机制；强大的

43、网络功能；多样化的报警功能；实时数据库为用户分部组态提供极大方便；支持多种硬件设备，实现“设备无关”；方便控制复杂的运行流程；良好的可维护性和可扩充性；用数据库来管理数据存储，系统可靠性高；设立对象元件库，组态工作简单方便；实现对工控系统的分布式控制和管理。【13】6.1.3 MCGS的编程语言MCGS全中文组态软件，采用C+语言编制，核心为组态结构。构架合理、连接灵活，结构层次清晰，方便用户的定制开发。它是基于WIN95/98/NT视窗结构，能够快速构造和生成数据管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等界面，轻松实现各种工程曲线、报表、数据浏览、远程通讯、远程采集、远程诊断等功能的先进

44、软件。6.1.4 MCGS的数据结构MCGS数据库管理功能强大，分为数据前处理（可以对设备采集进来的数据进行多种数值处理）、数据后处理（可通过各种内部函数、运算符、脚本程序对实时采集的数据进行处理）、实时数据处理（提供数据浏览，各种曲线、报表等功能构件，对存盘数据库的数据进行查询、排序、运算等操作），同时可以挂接外部数据库，实现ODBC接口和OLE实时调用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等数据库相连，提供多种数据转换方式，每种方法都可以独立使用或组合使用。6.1.5 MCGS的作用MCGS全中文组态软件是真正的32位程序，支持多任务、多线程，提供近百种绘图工具和基本图符

45、。使用ActiveDLL把设备驱动挂接在系统之中，支持数据采集板、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备，它支持ActiveX控件，包括温控曲线、实时曲线、计划曲线、历史曲线、XY曲线、实时报表、历史报表、单行报表、配方管理、数据库管理、数据库浏览统计、多媒体输出等众多构件。工程组态软件MCGS的最大优点是组态方便，它融会了中外工控组态软件的众多长处，只要是稍具外语常识，即可以方便组态。6.2 工程的建立与变量的定义6.2.1 工程的建立(1)在文件菜单中寻找并点击“新建工程”选项，系统将自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程0.MCG”。 (2)打开文件菜单，选中“工程另存为”，

46、就可弹出文件保存窗口进行保存。 (3)在文件名一栏内输入“机械手操作模拟”，点击“保存”按钮，工程被保存，工程建立结束。如图6.1所示。图6.1 MCGS工作台窗口6.2.2 变量的定义 在进行变量的定义之前，先要分析系统，确定变量。本系统最少需要15个变量，如表6.1。表6.1 系统变量分配表变量名类型初值 注释起动 开关型0启动，SB1输入，1有效停止 开关型0复位，SB2输入，1有效夹紧开关型1夹紧，输出，0有效放松开关型1放松，输出，0有效上移开关型1上升，输出，0有效下移开关型1下降，输出，0有效左移开关型1左移，输出，0有效右移开关型1右移，输出，0有效定时器起动开关型0定时器启动

47、，1启动，0停止定时器复位计时时间时间到工件夹紧标志垂直移动量水平移动量开关型数值型开关型开关型数值型数值型000000控制定时器复位，1复位代表定时器计时时间定时器定时到为1，否则为0夹紧为1动画参数动画参数6.2.3 变量定义的步骤(1)单击的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口，如图6.2所示。窗口中列出了一些系统已有变量的名称，将上表5.1中数据变量添加到列表中。(2)单击工作台右侧第一个“新增对象” 按钮，即可在数据对象列表中增加了新的数据对象，如图6.3所示。(3)双击选中的数据对象，打开“数据对象属性设置” 窗口。(4)将“对象名称”改为：应该输入的对象名；“对象初值”改

48、为表6.1中的对应初值；“对象类型”选择表6.1中对应的对象类型；在“对象内容注释输入框”内输入表6.1内对应的注释；输入所有的数据对象。(5)单击“确定”并按下“保存”按钮。如图6.4所示。图6.2 MCGS实时数据库窗口1图6.3 MCGS实时数据库窗口2图6.4 MCGS实时数据库窗口36.2.4 设备与变量连接(1)在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入设备窗口。(2)点击工具条中的“工具箱” 图标，打开“设备工具箱”。(3)单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出如图6.5所示窗口。(4)在可选设备列表中，双击“通用设备”。(5)双击“模拟数据设备”，在下方出现模拟设备图

49、标。双击模拟设备图标，将“模拟设备”添加到右侧选定设备列表中，单击确认并保存。 (6)在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。设备被添加到设备组态窗口中，如图6.6所示。(7)双击“设备0-模拟设备”，进入模拟设备属性设置窗口，如图6.7。(8)设置内部属性完成之后单击确认，完成内部属性设置。单击保存，完成设备与变量连接。图6.5 MCGS设备管理窗口图6.6 MCGS设备组态窗口图6.7 MCGS设备属性设置窗口6.3 工程画面的建立(1)在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。如图6.8所示。(2)选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。(3)将窗

50、口名称改为：机械手动作模拟；窗口标题改为：机械手动作模拟，其它不变，单击“确认”。图6.8 MCGS工作台窗口图6.9 MCGS用户窗口属性设置窗口6.3.1 机械手模拟画面的制作 在用户窗口中，双击机械手动作模拟窗口，进入动画组态如图6.10；在工具栏中单击工具箱，调出工具箱如图6.11，在工具箱中选中常用符号，调出常用图符；利用常用图符中的各种图形，在动画组态窗口中画出简易机械手；在工具箱中选中标准按钮画出控制按钮，完成整个画面的设计如图6.12。图6.10 动画组态图6.11 工具箱图6.12 机械手模拟画面6.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写1、运行策略的建立进入“运行策略”窗口

51、，点击进入“循环策略”窗口，如图6.13所示。图6.13 组态策略循环策略1右键单击工具条，点击 “新增策略行”，增加一策略行。点击“策略工具箱”中的“脚本程序”将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件。如图6.14所示。图6.14 组态策略循环策略22、机械手自动控制脚本程序的编写双击“脚本程序”工具条进入脚本程序编辑环境，编辑脚本程序脚本程序如下：IF 启动=1 AND 停止=0 THEN 定时器启动=1 定时器复位=0ENDIFIF 启动=0 THEN 定时器启动=0ENDIFIF 停止=1 AND 计时时间>=44 THEN 定时器启动=0ENDIFIF 定时器

52、启动=1 THENIF 下移=1 THEN 垂直移动量=垂直移动量+20ENDIFIF 上移=1 THEN 垂直移动量=垂直移动量-20ENDIFIF 左移=1 THEN 水平移动量=水平移动量-20ENDIFIF 右移=1 THEN 水平移动量=水平移动量+20ENDIFIF 0<计时时间<5 THEN 下移=1EXITENDIFIF 5<计时时间<7 THEN 夹紧=1 下移=0EXITENDIFIF 7<计时时间<12 THEN 夹紧=1 上移=1 工件夹紧标志=1EXITENDIFIF 12<计时时间<22 THEN 右移=1 上移=0EXITENDIFIF 22<计时时间<27 THEN 右移=0 下移=1EXITENDIFIF 27<计时时间<29 THEN 放松=1 下移=0 夹紧=0EXITENDIFIF 29<计时时间<34 THEN 放松=1 上移=1 工件夹紧标志=0EXITENDIFIF 34<计时时间<44 THEN