用MCGS实现机械手自动分拣系统
基于MCGS的机械手控制系统设计
无锡职业技术学院毕业实践任务书课题名称基于MCGS的机械手控制系统设计指导老师徐颖秦职称高级工程师专业名称电气工程与自动化班级生产自动化20831 学生姓名资亚云学号课题需要完成的任务：机械手臂是目前在机械技术领域中应用最广泛的自动化机械装置，尽管其形态各异，但都有一个共同特点，就是能够接受指令，精确地定位到空间上的某一点进行作业。
本课题的主要研究目标是基于MCGS组态软件的机械手控制系统设计。
主要任务如下：1.机械手MCGS自动控制系统的控制要求。
2.控制方案的确定，PLC型号的选择，输入/输出的定义。
3.绘制原理图，完成软件编程。
课题计划:11年2月27日-----------11年3月5日了解工艺过程和控制要求。
11年3月6 日------------11年3月30日完成计划。
11年4月1日-------------11年4月15日完成毕业论文。
计划答辩时间：2011年4月16日--------20日自动控制技术系（部、分院）2011年01月19日外文翻译Configuration softwareConfiguration software, also called configuration monitoring software system software. Translation from English SCADA, namely Supervisory Control and Data Acquisition (Data Acquisition and monitoring Control). It is to point to some data acquisition and process control of special software. They are at the automatic control system monitoring layer level of software platform and development environment, use flexible configuration mode, to provideusers with rapid build industrial automatic control system monitoring function, general level of software tools. Configuration software application field is very wide, can be applied to power system, water supply system, petroleum, chemical field data acquisition and monitoring control and process controletc. In power System and electrified railway on dynamic System (also called far, Remote Terminal Unit RTU System).Configuration software in China is a conventional concepts, and no clear definition, it can be understood as "configuration type monitoring software". "Configuration (Configure)" is the meaning of "Configure", "set", "Settings" meaning such as, refers to the user through similar "building blocks" simple ways to complete your needs the software function, without the need to write computer program, and also is the so-called "configuration". It is sometimes called "second development", configuration software is referred to as "second development platform". "Monitoring (Supervisory Control)", namely "monitoring and Control", it is to point to through computer signals of automation equipment or process monitoring, Control and management Configuration software is a professional. A configuration software can only suitable for some areas of application. Configuration concept first appeared in industrial computer control. Such as distributed control system (DCS) configuration, PLC (programmable controller) ladder diagram configuration. The man-machine interface generation software called industrial control configuration software. In other industries have configuration concepts such as AutoCAD, PhotoShop, etc. The difference is, industrial control formation in the configuration result is used in real-time monitoring. Outwardly, configuration tool to run the program is to execute their specific tasks. Industrial control configuration software also provides programming method, are generally built-in compilation system that provides such BASIC language, some support VB, now some configuration software even support c # high-level language. Configuration software are mostly support various mainstream g-kong equipment and standard communication protocol, and usually should provide无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）distributed data management and network function. Corresponding to the original HMI (man-machine Interface software, Human Machine with), the concept of configuration software or a user can quickly to establish their own HMI software tools or development environment. The configuration software before the emergence of the field of industrial automation users through manual or entrust a third party to write HMI application, long development time, low efficiency, poor reliability, Or purchase of special industrial control system, usually is a closed system, the choice is small, often cannot meet the demand, it is difficult to with the outside world to upgrade and data interaction by adding features serious limitations. Configuration software user can use the emergence of configuration software functions, to construct a set of the most suitable application system. With its rapid development, the real-time database, real-time control, SCADA, communications and networking, open data interface, for I/O devices widespread support has become its main content control configuration software will continue to be with new contents.Foreign configuration software: 1, Wonderware InTouch: (the world wide company) is Invensys PLC "production management" of a operation units, is a leading global provider of industrial automation software. The Wonderware InTouch software is the earliest entering into China configuration software. In the late 1980s and early 1990s, based on the Windows3.1 InTouch software made us, and refreshing InTouch provided a lot of library. However, the early InTouch software adopts DDE way and the driver communication, performance is poorer, the latest InTouch7.0 edition has completely based on 32-bit Windows platforms, and provides the OPC support. 2, WinCC: Siemens automation and drives group (A&D) is the largest of Siemens ag, the group is one of Siemens industrial areas of important component. Simens of WinCC and a set of complete configuration development environment, Simens provider class C language script, including a debugging environment. WinCC embedded OPC support, and can be used for distributed system configuration. But WinCC structure is more complex, users had better after Simens training in order to master WinCC applications.Domestic brand configuration software 1. ShiJiXing: by Beijing century long autumn technology Co., LTD. Development. Product sales since 1999. 2. 3d force control: by Beijing 3d force control technology Co., LTD develop core software products, founded in 1992. 3. KingView KingView: by Beijing and control technology development Co., LTD, development, the company was founded in 1997, is currently in the domestic software market plays a certain status. 4. Realinfo: by zijin bridge zijinbridge software technology Co., LTD develop, this company is by petrochina daqing petrochemical factory was invested. 5. The MCGS: by Beijing kunlun tong state automation software technology Co., LTD. Is mainly on the market development, tie-in hardware sales. 6. Still have Controx (open content), easy control, etcConfiguration software features With the industrial automation level rapidly increase, computers in industry wide application of industrial automation, people on the demand is higher and higher, a wide variety of control equipment and process monitoring device in the industrial fields of application, make the traditional industrial control software already cannot satisfy the customers' different requirements. In the development of traditional industrial control software, when industrial controlled object once has changed, he must modify source program of the control system, which causes the development cycle is long, Has developed successfully g-kong software and since each control project of different and make its repeat utilization rate is very low, resulting in its price is very expensive, During the revision control software source code, if the original programming staff for job change and leave, it must be with other personnel or novice on the alteration of the source program, thereby is rather difficult. General industrial automation configuration software appear to solve the practical engineering problems may provide a new method, because it can well solve the traditional industrial control software problems, users can under our own control object and control the purpose of arbitrary configuration, finishes final automatic control engineering. Configuration (Configuration) for modular combinations. General configuration software main features: (1) the continuity and scalability. By general configuration software applications, when the site (including hardware equipment or system structure) or user demand change, need not be many changes and conveniently accomplish software update and upgrade, (2) encapsulation (yi), gm easy-to-use configuration software can complete functionality all in a user-friendly way packaged and for the user, do not need to grasp too much programming language technology (don't even need programming technology), can perform well in a complicated engineering all the required function; (3) generality, each user according to engineering practice, use general configuration software provides the bottom of the equipment (PLC, intelligent instruments, intelligent module, boards, inverter, etc.) I/O is, open database and picture production tools, can finish an animation effects, real-time data processing, the history data and curve coexist, with multimedia capability and network function of engineering, not affected by trade restrictions.Monitor configuration software is increasingly becoming the automation无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）hardware vendor for the key The whole of automation systems, software proportion gradually enhance, although configuration software just one part, but because of the penetration ability, extensible, in recent years whittled away many special software market. Therefore, monitoring configuration software has high industrial correlativeness degree is the automation systems into high-end application, expand the market share important bridge. In this thought are driven by Siemens WinCC achieve great success in the market. At present, the international famous industrial automation manufacturers such as Rockwell, GE Fanuc, of Honeywell, Siemens, ABB, schneider, the invensys etc are developed their own configuration software. Monitor configuration software in DCS operating station software proportion is increasing day by day After FOXBORO after Euro therm (Europe), etc PCS7 Delta V, DCS system in use generic control configuration software as operation station. At the same time, domestic DCS manufacturer also began to try to use the monitoring configuration software as operation station. In universities and research institutes, more and more people begin to engage in monitoring configuration software related technical research From domestic automation industry academic periodicals run, the configuration software and its is closely related to the new technology as the core research shows ascendant trend, many researchers exist is configuration software technology development and innovation important active factors, also can certain accumulate many technical achievements. Whether technological achievements or researchers will follow the pyramids, the law of from foundation to high-end formed transfer. These researchers and their research for monitoring configuration software vendors to develop new products, and provided the beneficial experience for reference, and develops their ideas. Linux based monitoring configuration software and related technology is rapidly developing, many manufacturers are launched mature commodities, the pattern of configuration software industry will have a far-reaching impact.组态软件组态软件，又称组态监控软件系统软件。
基于USS协议和MCGS的材料分拣自动监控系统设计与实现毕业论文
毕业论文声明本人郑重声明：1．此毕业论文是本人在指导教师指导下独立进行研究取得的成果。
除了特别加以标注地方外，本文不包含他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。
对本文研究做出重要贡献的个人与集体均已在文中作了明确标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
2．本人完全了解学校、学院有关保留、使用学位论文的规定，同意学校与学院保留并向国家有关部门或机构送交此论文的复印件和电子版，允许此文被查阅和借阅。
本人授权大学学院可以将此文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本文。
3．若在大学学院毕业论文审查小组复审中，发现本文有抄袭，一切后果均由本人承担，与毕业论文指导老师无关。
4.本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
论文中凡引用他人已经发布或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
论文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中已明确的方式标明。
学位论文作者（签名）：年月关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师的指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、实验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属华北电力大学。
本人完全了解大学有关保存，使用毕业论文的规定。
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如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为大学。
本人毕业后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为大学。
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基于MCGS的机械手系控制系统设计
毕业设计（论文）材料之二（1）安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）专业：自动化题目：基于MCGS的机械手控制系统设计作者姓名：导师及职称：导师所在单位：电气工程学院年月日安徽工程大学机电学院本科毕业设计（论文）任务书2013届自动化专业学生姓名：Ⅰ毕业设计（论文）题目中文：基于MCGS的机械手控制系统设计英文：Manipulator control system design based on MCGSⅡ原始资料[1]王月芹.基于PLC的气动机械手控制系统设计[J].机电产品开发与创新，2012(05)：133-135[2]郭洪武.浅析机械手的应用与发展趋势[J].中国西部科技，2012(10)[3]徐玲.基于MCGS组态软件气动机械手PLC控制系统设计[J].伺服控制，2012(01)：51-53[4]李景魁.基于PLC的机械手控制系统设计[J].煤矿机械,2012(10):147-148[5]刘小春.基于MCGS的PLC仿真实训系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2012(10)：46-57[6]吴青萍.基于MCGS软件的机械手控制系统研制[J].液压与气动.2010(10)，61-63Ⅲ毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义：机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。
近年来随着工业自动化的发展机械手研究逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。
机械手非常广泛地应用在锻压、热处理、冲压、焊接、装配、锻造、机加、喷漆等不同行业。
特别是在高温、笨重、有毒、危险、多粉尘、放射性等恶劣的复杂劳动环境中，由于机械手具有显著的优点而受到广泛重视。
总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动生活条件，减轻工人劳动强度和实现现代化的工业生产自动化的一个主要手段。
不论国际还是国内的相关企业和机构都非常重视它的研究应用和发展。
2、本课题研究的主要内容：本课题主要研究的是基于MCGS的机械手控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。
毕业设计---机械手自动分拣监控系统仿真
毕业设计说明书题目基于组态软件MCGS的机械手自动分拣监控系统仿真专业机电一体化技术班级姓名学号指导教师二○一○年十二月2011届毕业设计（论文）任务书设计题目: 基于组态软件MCGS的机械手自动分拣监控系统仿真设计条件：要求利用组态软件MCGS仿真满足控制要求的机械手自动分拣监控系统的运行过程。
设计任务：机械手分拣系统主要由三个机械手和一条传送带组成，三个机械手的功能分别是上料，正品捡拾和次品捡拾，在每个机械手旁边都有料盒，上料机械手按照一定要求将待分拣产品放在传送带上，分拣机械手是按照检测结果将产品分类，分别放入各自身旁的料盒中，传送带按一定速度运转，其上安装三个间隔相同的位置传感器，第一个位置传感器旁装有产品质量传感器，用来判断到来的产品是否合格，第二个和第三个位置传感器分别放置在两个分拣机械手附近，当传感器感应到产品到时可发出信号驱动相应的机械手动作。
控制要求如下：1．传送带按间歇方式工作，除在上料和产品捡拾时处于停滞状态，其他时间连续运转。
2.初始时，传送带停止，上料机械手实现上料操作，完成后启动传送带；当产品运行到位置传感器1时，传送带停止，进行产品质量检测，判断是否合格，同时上料机械手再上料，完成后启动传送带。
3.两个产品同时分别到达位置传感器1和位置传感器2，传送带停止，系统判断位置传感器2处的产品是否合格，如合格驱动正品机械手动作，如不合格，正品机械手不动作，等该产品到达位置传感器3时次品机械手动作，位置传感器1处的产品接受质量检测，记录该产品的质量信息，同时上料机械手再进行上料，完成后启动传送带。
毕业设计（论文）内容包括：1）组态监控画面的设计及实时数据库的构建。
2）脚本程序的设计思路及流程图。
3）脚本软件的编程及设计要求的实现。
起止日期：2010年月日－ 2010年月日（共周）指导教师：赵建伟审核（教研室主任）：批准（系主任）：设计评语：指导教师签字：年月日答辩：考核组长：总成绩：摘要MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于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。
基于MCGS组态软件的机械手控制系统
机械手的工作由气缸驱动，气缸由对应电磁阀 控制。上升/下降和左移/右移分别由双线圈两位置 电磁阀控制。机械手的放松/夹紧由单线圈两位置 电磁阀（称夹紧电磁阀）控制。当机械手右移到位 并 准 备 下 降 时 ，为 确 保 安 全 ，须 在 右 工 作 台 无 工 件 时才允许下降，并用光电开关进行有无工件检测。
时器启动1endif定时器启动0endifendif设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境mcgs组态软件采用在串口通讯父设备下挂接通讯子设备的处理机制组态工程所用通讯子设备构件为三菱fx485该设备用于mcgs读写三菱fx系列中支持rs485通信协议的plc设备
兵工自动化 2007 年第 26 卷第 8 期
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兵工自动化 2007 年第 26 卷第 8 期
自动测量与控制 Automatic Measurement and Control
O. I. Automation 2007, Vol. 26, No. 8
机械手的控制由开关控制，且所需 I/O 点数不 多，计 14 个输入量，6 个输出量，因此系统选用性 价比较高的三菱 FX2N-32MR 小型 PLC，图 1 为 FX2N-32MR 输入/输出端子地址分配定义。
Keywords: Manipulator; FX2N-32MR PLC; MCGS configuration software
0 引言
高危工业生产中，经常应用机械手系统。采用 PLC 控制的机械手系统由机械手、支撑架、执行器、 位置传感器、气缸等组成；上位机监控采用全中文 工控组态软件 MCGS 设计，具有动画显示、流程控 制、数据输入/输出、参数在线设置等功能。
参考文献：
[1] 袁 秀 英 . 组 态 控 制 技 术 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 ,
MCGS在机械手控制中的应用
MCGS在机械手控制中的应用1 MCGS的概述1) MCGS的简介MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)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。
它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。
2) MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。
组态环境是工具软件，帮助用户设计和构造应用系统；运行环境则按组态环境中构造的组态工程，以用户指定方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
由MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分组成。
3) MCGS主要特性和功能(1)简单灵活的可视化操作界面；(2)实时性强、良好的并行处理性能；(3)丰富、生动的多媒体画面；(4)开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
除此以外，MCGS还提供了一套开放的可扩充接口，用户可根据自己的需要用VB、VC等高级开发语言，编制特定的构件来扩充系统的功能。
MCGS用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。
MCGS设立对象元件库，组态工作简单方便，易于实现对工控系统的分布式控制和管理。
4）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。
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。
MCGS全中文组态软件可完整实现ODBC接口，可与SQLServer、Oraver、Oracle、Access等主要数据库相连，可实现各种复杂的报表，并以不同方式增加、删除数据库中的记录，支持CAN、PROFIBUS、HART、LONWORKS等多种现场总线。
基于MCGS的机械手系统控制毕业设计
目录摘要 (3)1 前言 (3)2 MCGS组态软件概述 (4)2.1 MCGS组态软件的基本特点和功能 (4)2.2 MCGS的分类和发展 (5)2.3 MCGS的编程语言 (6)2.4 MCGS的数据结构 (7)2.5 MCGS的作用 (7)3MCGS组态设计 (8)3.1 建立画面 (8)3.1.1 建立画面的方法 (8)3.1.2 定义组态变量 (9)3.1.3 变量类型 (9)3.1.4 开关型变量的建立 (10)3.1.5 数值型变量的建立 (10)3.1.6 动画设计 (11)3.2 脚本程序设计与调试 (12)3.2.1 脚本程序设计 (12)3.2.2 调试 (16)3.3 MCGS手动控制设计 (16)3.3.1 MCGS工程的建立和变量的定义 (16)3.3.2 变量定义的步骤 (18)3.3.3 动画的制作及链接 (19)3.3.4 调试 (22)4 机械手的验证 (23)4.1机械手手动画面的验证 (23)4.1.1手动画面的进入 (23)4.1.2 夹紧效果 (24)4.1.3 上移效果 (24)4.1.4 右移效果 (25)4.1.5 下移效果 (25)4.1.6 放松效果 (26)4.2机械手自动画面的验证 (26)4.2.1机械手自动监控画面 (26)4.2.2机械手自动控制移动画面 (27)4.3 PLC的验证 (27)4.3.1定时器 (27)4.3.2指示灯显示 (27)4.4验证结果 (28)5 结论 (29)6 参考文献 (30)7 致谢 (31)基于MCGS的机械手系统控制摘要：MCGS是一种用于快速构造和生成嵌入式计算机监控系统的组态软件，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。
通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用，机械手控制系统具体的实现是利用PLC控制，通过PLC控制，使得机械手能够按照一定的模式动作，经过调试，最终可以可靠运行。
基于PLC和MCGS的机械手控制系统的设计
摘要在工业生产和其他领域内,由于工作的需要,人们经常受到高温,腐蚀及有毒气体等因素的危害, 增加了工人的劳动强度,甚至于危及生命.自从机械手问世以来,相应的各种难题迎刃而解. 在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及 PLC 的研究发展趋势,描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程.研究了基于 PLC 的机械手模型控制系统的设计,还研究了 MCGS 在机械手控制系统中的应用.利用组态软件 MCGS 设计了机械手模型控制系统监控界面,提供了较为直观,清晰, 准确的机械手运行状态,进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性,充分提高了系统的工作效率。
关键词:机械手;PLC;MCGS目录摘要 (1)目录 0引言 (1)第一章绪论 (1)1.1 课题研究目的及意义 (1)1.2 国内外机械手研究概况 (2)1.3 课题研究的内容 (3)第二章机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介 (3)2.1 机械手控制方式的选择 (3)2.2 可编程序控制器简介 (5)第三章机械手模型控制系统的设计 (8)3.1 机械手控制系统构件概述 (8)3.2 机械手的动作实现过程 (10)3.3 PLC 程序设计 (11)3.4 PLC 程序的调试 (12)第四章 MCGS 在机械手控制系统中的应用 (13)4.1 MCGS 的概述 (13)4.2 工程的建立与变量的定义 (16)4.3 工程画面的创建 (19)4.4 动画的连接 (23)4.5 组态运行 (28)第五章结论 (28)参考文献 (29)附录 1 梯形图 (31)附录 2 PLC外部电气接线图 (31)引言机械手自二十世纪六十年代初问世以来,经过 40 多年的发展,现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备. 目前机械手技术有了新的发展:出现了仿人型机械手,微型机械手和微操作系统(如细小工业管道机械手移动探测系统,微型飞行器等) ,机械手化机器,智能机械手(不仅可以进行事先设定的动作,还可按照工作状况相应地进行动作,如回避障碍物的移动,作业顺序的规划,有效的动态学习等) . 本课题主要研究的是基于 PLC 的机械手模型控制系统的设计, 通过MCGS 将机械手的动作过程进行动画演示,使机械手的动作形象化.提供较为直观, 清晰,准确的机械手运行状态,为维修和故障诊断提供多方面的可能性,充分提高系统的工作效率.第一章绪论1.1 课题研究目的及意义机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象.近年来随着工业自动化的发展,机械手逐渐成为一门新兴学科,并得到了较快的发展.机械手广泛地应用与锻压,冲压, 锻造,焊接,装配,机加,喷漆,热处理等各个行业.特别是在笨重,高温,有毒,危险, 放射性,多粉尘等恶劣的劳动环境中,机械手由于其显著的优点而受到特别重视.总之, 机械手是提高劳动生产率,改善劳动条件,减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段.国内外都十分重视它的应用和发展. 可编程序控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置.随着微电子技术,自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展,PLC 在硬件配置,软件编程,通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步,已经成为工厂自动化的标准配置之一[1]. 由于自动化可以节省大量的人力,物力等,而 PLC 也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性,如通用性好,实用性强,硬件配套齐全,编程方法简单易学,因此工业领域中广泛应用 PLC.机械手在美国,加拿大等国家应用较多,如用果实采摘机械手来摘果实, 装配生产线上应用智能机器人等.我国自动化水平本身比较低,因此用 PLC 来控制的机械手还比较少.本次课题设计的机械手就是通过 PLC来实现自动化控制的.通过此次设计可以更进一步学习 PLC的相关知识,了解世界先进水平,尽可能多的应用于实践.MCGS 是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件,它能够在基于Microsoft 的各种 32 位 Windows 平台上运行,通过对现场数据的采集处理,以动画显示, 报警处理,流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在自动化领域中有着广泛的应用[2].本设计通过 MCGS 组态软件对机械手进行监控,将机械手的动作过程进行了动画显示,使机械手的动作过程更加形象化.1.2 国内外机械手研究概况机械手自二十世纪六十年代初问世以来,经过 40 多年的发展,现在已经成为制造业生产自动化中重要的机电设备. 目前, 正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手, 即程序控制机械手.这代机械手基本上采用点位控制系统,没有感觉外界环境信息的感觉器官,主要用于焊接,喷漆和上下料.第二代机械手具有感觉器官,仍然以程序控制为基础,但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正.这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法.现在,第三代机械手正在第一,第二代机械手的基础上蓬勃发展起来,它是能感知外界环境与对象物,并具有对复杂信息进行准确处理,对自己行为做出自主决策能力的智能化机械手.它能识别景物,具有触觉,视觉,力觉,听觉,味觉等多种感觉,能实现搜索,追踪,辨色识图等多种仿生动作,具有专家知识,语音功能和自学能力等人工智能[3]. 目前机械手技术有了新的发展:出现了仿人型机械手,微型机械手和微操作系统(如细小工业管道机械手移动探测系统,微型飞行器等) ,机械手化机器,智能机械手(不仅可以进行事先设定的动作,还可按照工作状况相应地进行动作,如回避障碍物的移动,作业顺序的规划,有效的动态学习等) .机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展,并且蓬勃发展的军用机械手也将越来越多地装备部队[4][5].国外方面:近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势.机械手性能不断提高, 而单机价格不断下降;机械结构向模块化,可重构化发展;控制系统向基于PC 机的开放型控制器方向发展;传感器作用日益重要;虚拟现实技术在机械手中的作用已从仿真,预演发展到用于过程控制. 国内方面:目前在一些机种方面,如喷涂机械手,弧焊机械手,点焊机械手,搬运机械手,装配机械手,特种机械手(水下,爬壁,管道,遥控等机械手)基本掌握了机械手操作机的设计制造技术,解决了控制驱动系统的设计和配置,软件的设计和编制等关键技术,还掌握了自动化喷漆线,弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信,协调控制技术;在基础元件方面,谐波减速器,机械手焊接电源,焊缝自动跟踪装置也有了突破.从技术方面来说,我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础[6].1.3 课题研究的内容本课题主要研究的是基于 PLC 的机械手模型控制系统的设计, 包括硬件的设计和软件的设计.通过设计编制 PLC 程序实现机械手模型控制系统的自动控制.利用组态软件 MCGS 设计出人机界面,进行设备和数据对象的连接,实现动画连接,实现机械手的监控. 通过 MCGS 将机械手的动作过程进行动画演示,使机械手的动作形象化.提供较为直观, 清晰,准确的机械手运行状态,为维修和故障诊断提供多方面的可能性,充分提高系统的工作效率.第二章机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介2.1 机械手控制方式的选择传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现,这种控制方式投资相对少一些,目前仅在一些旧式的,简单的工业设备中还有一定市场,但该控制方式却有以下致命缺陷: (1)仅适合于简单的逻辑控制; (2)仅适合特殊的工程项目,而没有通用性; (3)没有改动和优化的可能性.伴随着工业自动化技术的迅速发展,我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变,计算机控制方式具有以下两个特点: (1)硬件上至少有一个微处理器; (2)通过软件实现控制思想. 目前,工业自动化领域比较典型的控制方式有: (1)可编程序逻辑控制器(PLC) (2)工业控制计算机(IPC)(3)集散控制系统(DCS)PLC 与工业控制计算机(IPC)和集散控制系统(DCS)的比较1,各自技术发展的起源.计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备. 硬件结构方面, 总线标准化程度高, 兼容性强,软件资源丰富,特别是有实时操作系统的支持,故对要求快速,实时性强,模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势. 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统,所以其在模拟量处理,回路调节方面具有一定优势,初期主要用在连续过程控制,侧重回路调节功能.PLC 是由继电器逻辑系统发展而来,主要应用在工序控制上,初期主要是代替继电器控制系统,侧重于开关量顺序控制方面. 近年来随着微电子技术, 大规模集成电路技术, 计算机技术和通信技术等的发展, PLC 在技术和功能上发生了飞跃.在初期逻辑运算的基础上,增加了数值运算,闭环调节等功能,增加了模拟量和 PID 调节等功能模块;运算速度提高,CPU 的能力赶上了工业控制计算机;通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN),因而也可构成为一个集散系统. 特别是个人计算机也被吸收到 PLC 系统中. PLC 在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线,暨向下拓展功能,开放总线.2,相同点 3 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计在微电子技术发展的背景下,从硬件的角度来看,PLC,工业计算机,集散系统(DCS) 之间的差别正在缩小,都将由类似的一些微电子元件,微处理器,大容量半导体存储器和 I/O 模件组成.编程方面也有很多相同点.3,不同点由于 PLC 和计算机属于两类产品, 经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具,实际上它们的区别仍然存在. PLC 用编程器或计算机编程,编程语言是梯形图,功能块图,顺序功能表图和指令表等.集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境. 特别需要提出的是,PLC 与 STD 总线工控机的区别,无论从维修,安装和模件功能都很相似.PLC 更适用于黑模式下运行,但在线运行时若要进行较大的程序修改,其能力略逊于 STD 工控机,但是从开关量控制而言,PLC 的性能优于 STD 工控机. 总的来说,在选择控制器时,首先要从工程要求,现场环境和经济性等方面考虑.没有哪种控制器是绝对完善的,也没有哪种产品绝对差,只能说根据不同的环境选择更适用的产品[7].机械手控制方式的选定 PLC 实现的自动控制系统,其控制功能基本都是通过设计软件来实现的,这种软件是利用 PLC 厂商提供的指令系统,根据机械设备的工艺流程来设计. PLC 自问世以来,经过 20 多年的发展,在美国,欧洲,日本等工业发达国家已成为重要产业,当前,PLC 在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品,用 PLC 设计自动控制系统已成为世界潮流. PLC 之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:高可靠性,强抗各种干扰的能力.编程安装使用简便,低价格长寿命.比之单片机,它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本.PLC 的下端(输入端)为继电器,晶体管和晶闸管等控制部件,而上端一般是面向用户的微型计算机.人们在应用它时,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程,用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务. PLC 具有很多的优点.机械手控制系统若采用 PLC 控制,体积小,重量轻,控制方式灵活,可靠性高,操作简单,维修容易.由于 PLC 所具有的灵活性,模块化,易于扩展等特点,可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求.机械手采用 PLC 控制技术,可以大大提高该系统的自动化程度,减少了大量的中间继电器,时间继电器和硬件接线,提高了控制系统的可靠性.同时,用 PLC 控制系统可方便地更改生产流程,增强控制功能[8].综上所述,机械手的控制方式选择 PLC 控制.2.2 可编程序控制器简介可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称 PLC 或 PC,是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适应复杂的控制任务 .PLC 和一般的微型计算机基本相同, 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的. PLC 的硬件系统由微处理器(CPU),存储器(EPROM,ROM),输入输出(I/O)部件,电源部件, 编程器,I/O 扩展单元和其他外围设备组成.各部分通过总线(电源总线,控制总线,地址总线,数据总线)连接而成[9].其结构简图如下:图 2-1 PLC 硬件结构图PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合, 通常可分为系统程序和用户程序两大部分. 系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分, PLC 厂家提供, 由用于控制 PLC 本身的运行, 系统程序固化在 EPROM 中. 用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序. 硬件系统和软件系统组成了一个完整的 PLC 系统,他们是相辅相成,缺一不可的.PLC 的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置,其实质是一种工业控制用的专用计算机.国内外现有的机械手系统,它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制,特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍.其主要原因是因为 PLC 具有以下优点: 1,灵活,通用在继电器控制系统中,使用的控制器件是大量的继电器,整个系统是根据设计好的电器控制图,由人工布线,焊接,固定等手段组装完成的,其过程费时费力.如果因为工艺上的稍许变化, 需要改变电器控制系统的话, 那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除, 而重新进行布线,焊接,固定等工作,浪费了大量的人力,物力和时间.而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的,如果控制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动极少量的接线即可. 而且, 同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象, 只要改变软件就可以实现不同的控制要求,因此具有很大的灵活性,通用性. 2,可靠性高,抗干扰能力强对于机械手系统来说,可靠性,抗干扰能力是非常重要的指标,如何能在各种工作环境和条件(如电磁干扰,低温潮湿,灰尘超高温等)下,平稳可靠的工作,将故障率降至最低,是研制每一种控制系统必须考虑的问题.现代 PLC 采用了集成度很高的微电子器件, 大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成,其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的.为了保证 PLC 能在恶劣的工业环境可靠的工作,在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施,使其可以适应恶劣的工业应用环境. 3,操作方便,维修容易 PLC 采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程,使用户十分方便的读懂程序和编写,修改程序.对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识.工程师编好的程序十分清晰直观,只要写好操作说明书,操作人员经短期的学习就可以使用. 4,功能强现代 PLC 不仅具有条件控制,计时,计数和步进等控制功能,而且还能完成 A/D, D/A 转换,数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等.因此,它既可控制开关量,又可控制模拟量;既可控制一个机械手,又可控制一个机械手群;既可控制简单系统, 又可控制复杂系统;既可现场控制,又可远程控制. 5,体积小,重量轻和易于实现机电一体化由于 PLC 采用了半导体集成电路.因此具有体积小,重量轻,功耗低的特点.且 PLC是为工业控制设计的专用计算机,其结构紧凑,坚固耐用,体积小巧,并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力,使之易于装入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备[10]. 同样,可编程序控制器控制也有其不足的地方,在性价比上要高于继电器控制和单片机控制,其开发潜力要差于单片机,并且通用性不好,不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等.PLC 的主要功能 PLC 是一种应用面很广,发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位. PLC 系统主要有以下功能: 1) 多种控制功能; 2) 数据采集,存储与处理功能; 3) 通信联网功能; 4) 输入,输出接口调理功能; 5) 人机界面功能; 6) 编程,调试功能. PLC 的重量,体积,功耗和硬件价格一直在降低,虽然软件价格占的比重有所增加, 但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格.另外,采用 PLC 还可以大大缩短设计,编程和投产周期,使总价格进一步降低.PLC 产品面临现场总线的发展,将再次革新,满足工业与民用控制的更高需求[11].PLC 的经济分析综上所述,在各种环境中,使用 PLC 控制机构设备,生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛. 对 PLC 的经济分析,应从以下几方面考虑: 1,从影响成本的各个因素综合考虑对目前生产设备控制装置来说,有三种类型:①继电器控制;②半导体器件控制; ③ PLC 控制.价格仅是选择 PLC 品牌的一个因素,而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素. 2,从设计,生产周期长短考虑 7 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计不论是对旧设备进行改造,还是设计新的生产机械设备.毫无疑问,生产,设计周期越短越好,甚至希望边设计,边安装,边调试和边生产,特别是产品更新换代,生产工艺改造,不需改动现有生产设备及其外部接线,就能马上组织生产,这不仅节约了劳动力, 而且新产品能尽快投入市场.这无疑给企业增加了活力,提高了经济效益.如果把这些要求得以实现,继电器或半导体都不能满足,而 PLC 则完全可以实现.这是因为使用PLC 不必改动外部设备接线,只要对软件进行一些改变就可以了.也就是说只要改变梯形图, 按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可.这既经济又简捷,可以达到事半功倍的效果. 据调查,目前我国 70%的机械生产设备,都是采用继电器进行控制的,除了可靠性差外,程序设计也很繁杂.从方案的确立到技术条件的设计以及施工的设计,图面的工作量很大,这势必造成设计周期长.而采用 PLC 控制可以大大缩短设计周期,甚至有些文件资料也不必绘制成图.设计人员完全可以利用编程器上屏幕显示来输入,或修改程序使得梯形图能准确无误地反映生产要求.编程人员也可根据新产品对生产提出的新工艺要求,重新编写程序并把它存储在 EEPROM 模块中去,需要加工哪种产品的程序,操作人员可以随时调用,这既简单,方便又保密.PLC 发展状况及趋势现代 PLC 的发展主要有两个趋势:一是向体积更小,速度更快,功能更强和价格更低的微小型方面发展;二是向大型网络化,高可靠性,好的兼容性和多功能方面发展[12]. 1,大型网络化主要是朝 DCS 方向发展, 使其具有 DCS 系统的一些功能. 网络化和通信能力强是 PLC 发展的一个重要方面,向下可将多个 PLC,I/O 框架相连,向上与工业计算机,以太网, MAP 网等相连构成整个工厂的自动化控制系统. 2,多功能随着自调整,步进电机控制,位置控制,伺服控制等模块的出现,使 PLC 控制领域更加宽广.第三章机械手模型控制系统的设计3.1 机械手控制系统构件概述本课题设计使用的是 THWJX-1 型机械手实物教学实验装置.机械手实物教学模型的机械结构采用滚珠丝杆,滑杆,气缸,气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机,直流电机,步进电机驱动器,传感器,开关电源,电磁阀等电子器件组成.该模型是 PLC 技术, 位置控制技术,气动技术有机结合成一体的教学仪器.步进电机采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手的动作,相比直流电机有更好的制动效果,又加上滚珠丝杆和滑杆配合,使机械手的运动更加稳定.主要特点:体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点.本模型中采用串联型接法,其电气接线图如图 3-1 所示:图 3-1 步进电机电气接线图步进电机驱动器有电源输入部分,信号输入部分,信号输出部分等,利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速, 方向进行控制. 驱动器电源由面板上电源模块提供, 驱动器信号端采用+24V 供电,需加 1.5K 限流电阻. 驱动器输入 PLC 通过控制其输出点来控制驱动器光耦的开合, PLC 输出线圈得电当端为低电平有效.传感器本装置中使用的传感器有接近开关和行程开关.基座和气夹的正反转限位采用接近开关(金属传感器) ,通过调整基座和气夹上的金属块的位置,可以在一定范围内改变基座和气夹的旋转角度.机械手的伸缩,升降均采用行程开关来限位,并通过改变行程开关的位置来调节横轴和竖轴的运动范围. 1,接近开关:接近开关有三根连接线(棕,兰,黑)棕色接电源的正极,蓝色接电源的负极,黑色为输出信号,当与档块接近时输出电平为低电平,否则为高电平.与 PLC 之间的接线图如下,当传感器动作时,输出端对地接通.PLC 内部光耦与传感器电源构成回路,PLC 信号输入有效.。
基于MCGS组态软件的机械手模拟控制系统
关 键 词 ：机 械 手 ；Ｐ Ｃ； 组 态软 件 Ｌ 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｐ９． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｉ Ｏ３ ６ ／．ｓ ． ０ — ６ ３２ １ ．２０ ２ ｏ： ． ９ ｊ ｓｎ１ ２ ６ ７ ．０ ００ ．６ ｌ ９ ｉ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｉ ｕ ａ ｏ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｌ ｇ Ｓ ｓ ｅ ｓ ｄ ｏ ＣＧ Ｓ Ｃｏ ｆ ｕ ａ ｉ ｎ Ｓ ｆｗａ ｅ 。 ｓ ａ ｃ ｎ Ｍ ｎ ｐ ｌ ｔ ｒ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｎ ｒ ｌ ｎ ｙ ｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｍ ｉ ｎ ｇ ｒ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｉ
ｎｐｕａｏ ．Ｐｒｃｉｅｓ ｏｗｓｔａ ｅ ｃ ｍｂｉａｉｎ ｆｔ ｅＰＬＣ ｎｄ Ｍ ＣＧＳ ｃ ｎ ｇ ｒｔｏ ｏ ｔ ｒ ｓｖ ｌ ｂｅ ｆ ｅｉｎ，ａ ｅｔ ，ｎ ｐ ｌ ａ ｉ ｌｔ ｒ ａ ｔ ｈ ｃ ｈ ｔｔ ｏ ｈ ｎｔ ｏ ｏ ｈ ａ ｏ ｆｕ ａｉｎ ｓｆｗａ ｅｉ ａｕａ ｌ ｏｒｄ ｓ ｉ ｇ ｎｄ ｔｓｉ ａ ｄ ａ ｐｉ — ｎｇ ｃ
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MCGS 项目7：组态应用实例
注释
上料机械手6个位置 的限位开关，
0：未到达该位置 1：处于该位置
正品捡拾机械手6个位置的限位 开关，
0：未到达该位置 1：处于该位置
次品捡拾机械手6个位置的限位 开关，
0：未到达该位置 1：处于该位置
NO.15
传感器
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名
类型 初 值
位置传感器1 开关
NO.1
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
系统的工作流程
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
上料机械手 限位开关
正品分拣机械手
质检传感器
料盒
4自由度气 动机械手
次品分拣机械手
升降、伸缩、 旋转和气爪
的抓放
传送带系统
NO.2
位置传感器
系统功能
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
秒后，若位置传感器1、2或3都感应到产品，
0
则为正常，否则报警。
0
数值
0
NO.20
产量信息
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名 总产量 正品产量 次品产量 合格率
类型 初值
注释
数值
0
各类产品的产量，其存盘方式为变化量为1
数值
0
是自动存盘，为保存该信息，应设置为“系
统退出时，保存当前值为初始值”。
1：正品分拣结束
1：次品分拣结束
1：进行位置检测和质量检测
NO.18
产品信息
第一章 组态软件概述MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名 检测工件 正品工件 次品工件
基于MCGS的机械手自动分拣系统设计研究-开题报告
[6]陆祥生，杨秀莲.机械手理论及应用[M].北京：中国铁道
[7]张学军 基于组态技术的机械手控制系统的开发 实验室科学 2010/05
[8]张玲莉.基于PLC控制的自动识别、分拣系统设计.自动化技术与应用 2010/05
[9]李红英.高速自动化生产线上机械手次瓶自动分拣系统研究.中国仪器仪表2008/12
教学院长签名：年月日
机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一[5]。新世纪，生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故[6]。
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基于MCGS的机械手控制系统设计
基于MCGS的机械手控制系统设计作者：赵运婷,贾文民来源：《电脑知识与技术》2011年第14期摘要：介绍了西门子S7-200可编程控制器在机械手控制系统中的应用，并用MCGS组态软件开发了上位机监控系统。
在MCGS和PLC通信的基础上，通过计算机控制PLC，实现了对机械手的控制，实践证明，系统具有界面友好，易于操作，运行可靠，能直观的检验机械手控制系统的运行情况等优点。
关键词：组态软件；机械手； PLC； MCGS中图分类号：TP241文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)14-3473-03The Design of Manipulator Controlling System Based on MCGSZHAO Yun-ting1, JIA Wen-min2(1.Department of Energy Electrical, Tianjin Urban Construction Management Vocation Technology College, Tianjin 300134, China; 2.School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin Polytechnic University ，Tianjin300160，China)Abstract: The application of the SIEMENS S7-200 PLC in manipulator controlling system is introduced，and the monitoring interface of computer is developed with configurationsoftware.Through the computer control PLC, realized the control of the manipulator which based on MCGS and PLC communication.Practice proved that system has a friendly interface, easy operation,reliable running, and can obviously monitor the operation status of manipulator controllingsystem and so on.Key words: configuration software; manipulator; PLC; MCGSMCGS即“监视与控制通用系统”，是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出等功能为一体，具有操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。
基于PLC的机械手自动分拣装置系统的设计与实现
目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 设计目的和意义 (1)1.3 研究的现状及发展趋势 (1)1.4 研究的主要内容 (2)第二章可编程控制器 (3)2.1 PLC的简介 (3)2.2 PLC的基本结构 (3)2.3 PLC 的工作原理 (5)2.4 PLC的选择方法 (6)第三章系统的PLC设计 (9)3.1系统的控制要求 (9)3.2 系统的总体方案 (10)3.3 PLC选型及I/O地址分配 (11)3.4 PLC控制系统的设计 (12)第四章系统的MCGS组态设计 (19)4.1 MCGS组态的概述 (19)4.2 系统的MCGS组态设计 (22)第五章 MCGS与模拟设备的连接 (27)结论 (29)致谢 (31)参考文献 (33)附录 (35)摘要机械手自动分拣装置是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置。
该装置主要由物料的送料过程、机械手的自动控制过程和物料的传送和分拣过程组成。
送料过程是将物料送到指定位置；机械手的自动控制过程是将物料从指定位置搬运到相应的位置；传送和分拣过程是根据物料性质的不同，通过电容传感器和电感传感器的检测分拣金属和非金属，并通过了推杆推到相应的地方。
这三个过程均采用的是PLC控制，主要内容是完成对机械手控制过程的设计，能完成手动、单周期、单步和连续工作四种工作方式。
同时，通过MCGS组态软件对机械手自动分拣系统完成人际界面的设计，能够在与模拟设备连接下运行，方便用户对系统进行监视和控制。
此次设计主要实现了对机械手自动控制系统的组态设计。
关键词：机械手；PLC；MCGSAbstractManipulator automatic sorting device a kind of automatic device, which is used in the automatic production process with grabbing and moving the workpiece . The device is mainly composed of material feeding process, automatic control of the manipulator and the material delivery and sorting process. Feeding process will sent material to the specified location; Manipulator of the automatic control process is to move the materials from the specified location to the corresponding position; According to the properties of materials, delivery and sorting process will sort metallic and non-metallic by capacitance sensor and inductive sensor detection, and through the push rod to the appropriate place. These three process are all under PLC control. And the main content is to complete the design of manipulator control process, which can be done in four ways of working, namely manual operation, single cycle, single step and continuous work. At the same time, the MCGS configuration software can complete the human interface design for the manipulator automatic sorting system. And it can be connected to the analog devices, to monitor and control system by users. This design mainly realized the configuration design of the manipulator automatic control system.Keywords: manipulator；PLC；MCGS第一章绪论1.1 课题背景在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
基于MCGS和PLC的机械手控制系统设计届
基于MCGS和PLC地机械手控制系统设计摘要当今社会,科学技术飞速发展,人类活动给世界带来了巨大地改变.在科技进步地同时,以各种控制器控制地不同类型地机械手以其突出地性能越来越多地被人们所应用.机械手在不同地作业场合,尤其是在特殊地环境背景下,为人类活动地顺利快速进行带来了极大地方便和益处,尤为明显地是在工业及军事领域内.工业中大量地生产活动,存在着很多不便于人类操纵地环节,特别是在工作环境较危险地情况下,如果使用具有远程控制功能地机械手,则可以增加系统地安全性,大大地节约损耗,提高效率.可见,在自动化、工业化进程中,在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然地趋势.在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC地研究发展趋势,描述了机械手控制系统地工作原理和动作实现过程.研究了基于PLC地机械手模型控制系统地设计,还研究了MCGS在机械手控制系统中地应用.利用组态软件MCGS设计了机械手模型控制系统监控界面,提供了较为直观、清晰、准确地机械手运行状态,进而为维修和故障诊断提供了多方面地可能性,充分提高了系统地工作效率.关键词：机械手,PLC,MCGSABSTRACTIn today's society, science and technology rapid development, human activities create world a huge change. In the meanwhile, 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 environment context for the human activity quickly smoothly caused great convenience and benefit, particularly obvious in the industrial and military field. Industrial large Numbers of production activity, there are many not it is easy for humans to manipulate the link, especially in a business environment is dangerous situation, if use has remote control functions may be increased manipulator, the security of the system, big save loss, improve efficiency. Visible, in automation, the process of industrialization, in special background environment using manipulator has become an inevitable trend. .In this design the present condition of research 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 described. The design of manipulator model control system based on PLC was researched a nd MCGS’s application in the manipulator model control system was researched. The interface of supervision for the manipulator model control system was designed by MCGS. An intuitive, clear and accurate manipulator operating state was provided. And then va rious possibilities for maintain and breakdown’s diagnosis were provided, the work’s efficiency of system was fully elevated.Key words: manipulator,PLC,MCGS目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2设计目地和意义 (1)1.3 本文主要工作 (2)第2章可编程序逻辑控制器（PLC）和机械手概述 (3)2.1 可编程序逻辑控制器（PLC） (3)2.1.1 PLC地结构 (3)2.1.2 PLC地发展历程 (3)2.1.3 PLC地硬件 (5)2.1.4 PLC地主要特点 (6)2.1.5 FX2N系列PLC介绍 (7)2.2 机械手 (8)2.2.1 机械手概述 (8)2.2.2机械手地工作原理 (8)2.2.3机械手地发展趋势 (9)第三章系统设计 (10)3.1 系统方案分析设计 (10)3.1.1控制要求 (10)3.1.2 方案设计 (10)3.2 硬件设计 (11)3.2.1 输入/输出端子地址分配 (11)3.2.2 PLC接线图 (11)3.3 系统程序设计 (12)3.3.1 常用编程方法介绍 (13)3.3.2流程图 (14)3.3.3梯形图 (15)3.3.4 语句表 (19)3.4 MCGS组态软件 (19)3.4.1 MCGS 组态软件结构功能特点 (20)3.4.2 工程地建立和变量地定义 (24)3.4.3 动画连接 (26)3.4.5 调试 (31)第四章系统地调试及设计总结 (32)4.1 系统调试 (32)结论 (33)参考文献 (33)致谢 (34)附录1 FX2N基本指令 (35)第一章绪论1.1 课题背景随着计算机技术地飞速发展,PLC（即可编程逻辑编程器地简称）已经进入日常生产、生活地各个方面,PLC地应用在各行各业已成为必不可少地内容.PLC作为通用地工业计算机,其功能日益强大,已经成为工业控制领域地主流控制设备.PLC 从诞生至今,仅有30年地历史,但是得到了异常迅猛地发展,并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化地三大支柱.在现代工业中生产过程地机械化、自动化已成为突出地主题.随着工业化地进一步发展,自动化已经成为现代企业中地重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等,已经随处可见.同时,现在生产中,存在着各种各样地生产环境,如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣地生产环境不利于人工进行操作.工业机械手是近代自动控制领域中出现地一项新地技术,是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合地产物,并以现代机械制造生产系统中地一个重要组成部分.工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率地有效率地有效手段之一.尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射和污染地场合,应用更为广泛.在我国,近几年来也有较快发展,并取得一定效果,受到机械工业和铁路部门地重视.本次课题主要是应用三菱公司FX2N系列PLC,对机械手地上下、左右以及抓取运动进行控制.该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成.我们利用可编程技术,结合相应地硬件装置,控制机械手完成各种动作.1.2设计目地和意义科学技术地飞速发展,产品功能要求地日益增多,复杂性增加,寿命期地缩短,更新换代速度加快.然而,产品地设计,尤其是机械产品方案地设计手段,则显得力不从心,跟不上时代发展地需要.目前,计算机辅助产品地设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入地研究,并初见成效,而产品开发初期方案地计算机辅助设计却远远不能满足设计地需要.为此,作者在阅读了大量文献地基础上,概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用地方法,并讨论了各种方法之间地有机联系和机械产品方案设计计算机实现地地发展趋势.自主创新,重点跨越,支撑发展,引领未来.自主创新,就是从增强国家创新能力出发,加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新.重点跨越,就是坚持有所为、有所不为,选择具有一定基础和优势、关系国际民生和国家安全地关键领域,集中力量、重点突破,实现跨越式发展.支撑发展就是从现实地紧迫需求出发,着力突破重大关键、共性技术,支持经济社会地持续协调发展.引领未来,就是着眼长远,超前部署前沿技术和基础研究,创造新地市场需求,培育新兴产业,引领未来经济社会地发展.这一方针是我国半个世纪科技发展实践经验地概括总结,是面想未来,实现中华民族伟大复兴地重要抉择.科技人才是提高自主创新能力地关键所在.要把创造良好环境和条件,培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才,充分调动广大科技人员地积极性和创造性,作为科技工作地首要任务,努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用地良好局面,努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适用地规模宏大、结构合理地高素质科技人才队伍,为我国科学技术发展提供充分地人才支撑和智力保证.1.3 本文主要工作第一章：绪论介绍该课题背景,对该系统地设计目地和意义做简单介绍第二章：系统介绍可编程逻辑控制器 MCGS组态软件和机械手第三章：系统方案地分析设计及程序地设计第四章：系统地调试及设计总结第2章可编程序逻辑控制器（PLC）和机械手概述2.1 可编程序逻辑控制器（PLC）2.1.1 PLC地结构PLC和一般地微型计算机基本相同,也是由硬件系统和软件系统两大部分组成地.PLC地硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM,ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成.各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成[9].其结构简图如下：图2-1 PLC硬件结构图PLC地软件系统是指PLC所使用地各种程序地集合,通常可分为系统程序和用户程序两大部分.系统程序是每一个PLC成品必须包括地部分,由PLC厂家提供,用于控制PLC本身地运行,系统程序固化在EPROM中.用户程序是由用户根据控制需要而编写地程序.硬件系统和软件系统组成了一个完整地PLC系统,他们是相辅相成,缺一不可地可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC.它是一种以微机处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信控制技术等现代科技而发展起来地一种新型工业自动控制装置.（本次课题主要应用三菱FX2N系列PLC进行设计）2.1.2 PLC地发展历程在可编程控制器出现前,在工业电气控制领域中,继电器控制占主导地位,应用广泛.但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点,特别是其接线复杂、不易更改,对生产工艺变化地适应性差.1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号地不断更新,生产工艺不断变化地需要,实现小批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线,以降低成本,缩短周期.于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置,而且这种装置采用面向控制过程、面向问题地“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机地人也能很快掌握使用.1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司地这种要求,研制成功了世界上第一台可编程控制器,并在通用汽车公司地自动装配线上试用,取得很好地效果.从此这项技术迅速发展起来.早期地可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能,只是用来取代传统地继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）.随着微电子技术和计算机技术地发展,20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中,使PLC不仅具有逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能.20世纪80年代以后,随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术地迅速发展,16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC得到迅速发展.PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能,使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能地名符其实地多功能控制器.PLC地发展过程大致可以分为如下几个阶段：1970—1980年：PLC地结构定型阶段.在这一阶段,由于PLC刚诞生,各种类型地顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等）,但迅速被淘汰.最终以微处理器为核心地现有PLC结构形成,取得了市场地认可,得以迅速发展.推广.PLC地原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟,PLC地应用领域由最初地小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展.1980—1990年：PLC地普及阶段.在这一阶段,PLC地生产规模日益扩大,价格不断下降,PLC被迅速普及.各PLC生产厂家产品地价格.品种开始系列化,并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今地基本结构模型.PLC地应用范围开始向顺序控制地全部领域扩展.比如三菱公司本阶段地主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等.1990—2000年,PLC地高性能与小型化阶段.在这一阶段,随着微电子技术地进步,PLC地功能日益增强,PLC地CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加,使得适用于各种特殊控制地功能模块不断被开发,PLC地应用范围由单一地顺序控制向现场控制拓展.此外,PLC地体积大幅度缩小,出现了各类微型化PLC.三菱公司本阶段地主要产品有FX小型PLC系列产品,AIS/A2US/Q2A系列中,大型PLC系列产品等.2000年至今：PLC地高性能与网络化阶段.在本阶段,为了适应信息技术地发展与工厂自动化地需要,PLC地各种功能不断进步.一方面,PLC在继续提高CPU运算速度,位数地同时,开发了适用于过程控制,运动控制地特殊功能与模块,使PLC地应用范围开始涉及工业自动化地全部领域.与此同时,PLC地网络与通信功能得到迅速发展,PLC不仅可以连接传统地编程与通入/输出设备,还可以通过各种总线构成网络,为工厂自动化奠定了基础.三菱公司本阶段地主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新地FX3u系列产品）,Qn,QnPH系列中,大型PLC系列产品等.2.1.3 PLC地硬件一、PLC地物理结构根据硬件结构地不同,可以将PLC分为整体式、模块式和混合式.1.整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式,它地体积小、价格低,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格.对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架.无任哪种结构类型地PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合.2.模块式PLC大、中型PLC一般采用模块式结构,它由机架和模块组成,模块插在模块插座上,后者焊接在机架中地总线连接板上,有不同槽数地机架供用户选用,如果一个机架容纳不下选用地模块,可以增设一个或数个扩展机架,各机架之间用接口模块和电缆相连.用户可以选用不同档次地CPU模块、品种繁多地I/O模块和特殊功能块,对硬件配置地选择余地较大,维修时更换模块也很方便.3.CPU模块中地存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器,系统程序相当于个人计算机中地操作系统,它使PLC具有基本地智能,能完成PLC设计者地规定地各种工作.系统程序由PLC地生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中,用户不能读取.用户程序由用户设计,它使PLC能完成用户要球地特定功能,用户程序存储器地容量以字节（B）为单位.（1）.随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中地内容,也可以将用户程序写入RAM,因此RAM又叫读/写存储器.RAM地工作速度高、价格便宜、改写方便.（2）.只读存储器（ROM）ROM地内容只能读出,不能写入.（3）.可以电檫出可编程地只读存储器（EEPROM）S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存地重要数据.4.I/O模块各I/O点地通/断状态用发光二极管（LED）显示,PLC与外部接线地连接一般用接线端子,某些模块使用可以拆卸地插座型端子板,不需断开端子板上地连接线,就可以迅速地更换模块.输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号,通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器,PLC控制地另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等.输入电路中设有RC滤波电路,以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起地错误输入信号.输出模块：输出模块地率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器,继电器可以驱动交流负载或直流负载.输出电流地典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供.2.1.4 PLC地主要特点一、抗干扰能力强,可靠性高PLC专门为工业环境而设计,具有很高地可靠性.它地主要模块均采用大规模与超大规模集成电路,I/O系统设计有完善地通道保护与信息调理电路；在机构上对耐热、防潮、防尘、抗震都有精确考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等干扰和故障诊断措施.所有这些使PLC具有较高地抗干扰能力,因此稳定、可靠,抗干扰能力强.与继电器接触装置和通用计算机相比,PLC更能试用工业现场较为恶劣地生产环境.二、控制系统机构简单,通用性强PLC及外围模块品种多,可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求地控制系统.在PLC够成地控制系统中,只需要在PLC地端子上接入相应地输入/输出信号线即可,不需要诸如继电器之类地物理电子器件和大量且繁杂地硬接线线路.当控制要求改变,需要变更控制系统地功能时,可以用编程器在线或离线修改程序,同一个PLC装置用于不同地控制对象,只是输入/输出组件和应用软件地不同.PLC地输入/输出可以直接与交流220V、直流24V等强电相连,并有较强地带负载能力.三、编程简单,易于使用PLC是面向用户地设备,PLC地设计者充分考虑到现场工程技术人员地技能和习惯,因此PLC 程序地编制采用梯形图或面向工业控制地简单指令形式.梯形图与继电器原理图相类似,这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门地计算机知识和语言,只要具有一定地电工和工艺知识就可在短时间内学会.四、功能完善现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能,还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计算、联网通信等功能,可以通过上位计算进行显示、报警、记录,进行人机对话,使控制水平大为提高.因此,PLC具有极强地适用性,能够很好地满足各类型控制地需要,是目前工厂中应用最广地自动化设备.五、体积小、维护操作方便PLC体积小,质量轻,便于安装.PLC地输入/输出系统能够直观地反映现场信号地变化状态,还能通过各种方式直观地控制系统地运行状态,如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常和电源状态等,对此均有醒目地指示,非常有利于运行和维护人员对系统进行监控.2.1.5 FX2N系列PLC介绍FX2N 型PLC地主要种类FX2N型PLC按品种可以分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备.基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成,只有基本单元可以单独使用,当输入输出点数不足时可以进行扩展.扩展单元由内部电源、内部输入输出组成、需要和基本单元一起使用.扩展模块由内部输入输出组成,,自身不带电源,由基本单元、扩展单元供电,需要和基本单元一起使用.特殊扩展设备可以分为3类：特殊功能板、特殊模块和特殊单元,是一些特殊用途地装置.特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等,特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块,特殊单元用于定位脉冲输出.FX2N 型PLC地初步认识如图所示为FX2N型PLC基本单元外形,其主要是通过输入端子和输出端子与外部控制电器联系地.输入端子连接外部地输入元件,如按钮、控制开关、行程开关、接近开关、热继电器接点、压力继电器接点、数字开关等.输出端子连接外部地输出元件,如接触器、继电器线圈、信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等.图2-2（三菱FX2N系列PLC实物图）工作过程（1）输入采样阶段PLC在输入采样阶段,首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入相对应地输入映像寄存器中.此时,输入映像寄存器被刷新.接着,进入程序执行阶段,在此阶段和输入刷新阶段,输入映像寄存器与外界隔离,无论输入端信号如何变化,其内容保持不变,直到下一个扫描周期地输入采样阶段,才重新写入输入端地新内容.（2）程序处理阶段根据PLC梯形图程序扫描原则,PLC按从左至右、从上到下地步骤顺序执行程序.当指令中涉及输入、输出状态时,PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态,从元件映像寄存器“读入”对应元件（软继电器）地当前状态.然后进行相应地运算,运算结果再存入元件映像寄存器中.对元件映像寄存器来说,每个元件（软继电器）地状态会随着程序执行过程而变化.（3）输出刷新结果阶段在所有指令执行完毕后,元件映像寄存器中所有输出继电器地状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过一定方式输出,最后经过输出端子驱动外部负载.2.2 机械手2.2.1 机械手概述工业机械手是近几十年发展起来地一种高科技自动化生产设备.工业机械手是工业机器人地一个重要分支.他地特点是可通过编程来完成各种预期地作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自地优点,尤其体现了人地智能和适应性.机器手作业地准确性和各种环境中完成作业地能力,在我国民经济领域有着广阔地发展前景.机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术地科学领域,是一门跨学科综合性技术.2.2.2机械手地工作原理机械手是一种能自动化定位控制并可重新汇编程序以变动地多功能机器.它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中地工作.工业机械手是近似自动控制领域中出现地一项新技术,并已成为现代制造生产系统中地一个重要组成部分.机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成.手部是用来抓持工件（或工具）地部件,根据被抓持物件地形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等.运动机构,使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定地动作,改变被抓持物件地位置和姿势.运动机构地升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手地自由度 .为了抓取空间中任意位置和方位地物体,需有6个自由度.自由度是机械手设计地关键参数.自由度越多,机械手地灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂.一般专用机械手有2～3个自由度.控制系统是通过对机械手每个自由度地电机地控制,来完成特定动作.同时接收传感器反馈地信息,形成稳定地闭环控制.控制系统地核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成,通过对其编程实现所要功能.机械手地迅速发展是由于它地积极作用正日益为人们所认识.其一,它能部分代替人工操作；其二,它能按照生产工艺要求,遵循一定地程序、时间和位置来完成工件地传送和装卸；其三,它能操作必要地机具进行焊接和装配.因此,它能大大地改善工人地劳动条件,显著地提高劳动生产率,加快实现工业生产机械化和自动化地步伐.因而,受到各先进工业国家地重视,并投入了大量地物力和财力加以研究和应用.尤其在高温、高压、、粉尘、噪音以及带有放射性和污染场合,应用得更为广泛.在我国,近几年来也有较快地发展,并取得一定地成果,受到各工业部门地重视.本工程要求设计地机械手模型可以归为一类,即通用机械手.在现代生产企业中,自动化程度较高,大量应用机械手.通过本次设计,可以增强对工业机械手地认识,同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业常用地技术2.2.3机械手地发展趋势随着现代工业技术地发展,工业自动化技术越来越高,人工工作环境和工作内容也要求理想化简单化,对于一些往返地工作有机械手远程控制或自动完成显得非常重要.这样可以避免一些人不能接触地东西对人体地伤害,如：冶金,化工,医药,航天等.代表当代最先进地技术在日本,他地自动化.人性化让人叹为观止,这些技术依赖于控制理论、新材料科学,它是融合现在尖端技术地现代机器.我国也在陆续在工业中有所应用,对于自动控制,柔性制造系统中应用更为广泛,但我国地自动化技术有待提高发展趋势是工作强多高灵活性强,准确可靠,可以自动检测并下达动作命令,融入先进地人工智能使人只做平时地简单维护,这也是现代工厂地发展趋势.此外,还应大力研究伺服型、记忆再现型,以及具有触觉、视觉等性能地机械手,并考虑与计算机联用,逐步成为机械制造系统中地一个基本单。
基于MCGS的材料分拣系统设计
基于MCGS的材料分拣系统设计摘要随着工业技术的不断提高，工业对技术和效率的要求也在不断的提高。
材料分拣是个能大大提高工业生产效率的设备。
材料分拣系统是个运用范围很广的系统，工厂的检测生产出的产品，邮政的分拣邮件，还有把一大批材料按要求分离开来等等，这些都是要用到材料分拣系统的。
本次设计正文主要分为三部分：第一部分主要介绍的是PLC 材料分拣系统的设计；第二部分主要介绍的是利用MCGS组态软件设计材料分拣系统的组态；第三部分主要介绍的是怎样实现PLC材料分拣系统与材料分拣系统组态的通讯即实时监控。
本次设计的主要内容是材料分拣系统的设计，要完成MCGS组态软件对材料分拣系统的监控和与PLC的通讯。
有了MCGS组态软件对PLC分拣系统的实时监控，操作者就避免的进距离接触操作工具，从而减少了事故发生率，也大大的提高了生产效率。
基于以上问题，在本次的毕业设计中主要应用三菱FX N2-48MR系列PLC设计材料分拣系统，并用MCGS组态软件对PLC材料分拣系统运行进行实时监控。
建立了下位机PLC和上位机PC之间的数据传输及良好的人机界面，通过设备连接,使组态界面上的图形对象可实时采集现场PLC的输出端口的数据而实现材料分拣系统的实时监控。
通过实验表明，该系统具有运行可靠，抗干扰能力强，易于用户修改和实时监控等特点并具有一定的实用价值。
关键词：MCGS；组态软件；PLC；材料分拣如需程序/Word版本，请访问: 嵌入式软件院。
The Design of Material Choose System Based on MCGSAbstractCeaselessness improves , demand of industry to technology and efficiency also is in ceaseless rise with industrial technology. Material picks up the equipment being to be able to improve the industry efficacy greatly mark. Material chooses system to be the very broad system wielding range mark , the product that the factory check produces out , the postal service sorting mail, there are still with one large number of material according to requiring that mark of departure comes to wait a minute , these all are that the sorting is systematic need to use to material. Design that text is a tripartite mainly mark originally time: That Part I introduces that mainly is that PLC material picks up systematic design mark; Being that Part II introduces mainly makes use of the MCGS group state software to design that material selects the systematic group state mark;That Part III introduces that mainly is that sorting system and material choose communication of system group state to be real time supervisory control mark how to realize PLC material. The main content designing that originally time is that material picks up systematic design mark , is going to accomplish the MCGS group state software picking up systematic supervisory control and the communication with PLC mark to material.Have had the MCGS group state software to select systematic real time supervisory control mark to PLC , have handled moving forward that person avoids right away from when contacting the operation implement , have decreased by accident occurrence rate thereby, also greatly have improved an efficacy.With because of the above problem, this time graduation practice middle main apply Mitsubishi FX- 48 MR series PLC design material sorting system, and use MCGS set state software face to face PLC material sorting system work be in progress real time supervisory control. Have built lower place machine PLC that the data transmission between PC and the fine man-machine interface, pass equipment links with super ordination machine , makes the systematic sorting real time supervisory control exporting the end data but realizing material form state interface upper artwork marriage partner but real time acquisition scene PLC.The ability is strong , easily, characteristics such as consumer modification and real time supervisory control and has certain practical value by the fact that the experiment indicating operation , that system having reliable , anti-interferenceKeywords：MCGS；Group state software；PLC；Material Choose目录引言 (5)第1章绪论 (6)第2章材料分拣系统的PLC部分 (7)2.1PLC材料分拣系统的设计要求 (7)2.2材料分拣系统的设计思路和方案选择 (7)2.3材料分拣系统的流程图 (8)第3章材料分拣系统的组态部分 (9)3.1MCGS组态软件的介绍 (9)3.1.1 MCGS的主要特性和功能 (9)3.1.2 MCGS系统的构成 (9)3.2材料分拣系统组态监控工程简介 (10)3.3分拣系统组态工程的建立 (11)3.4制作分拣系统的组态工程画面 (12)3.4.1创建分拣系统监控的用户窗口 (12)3.4.2 设置分拣系统监控的用户窗口属性 (12)3.4.3 创建工程图形 (13)3.4.4 编辑工程图形 (14)3.5定义分拣系统组态数据对象 (17)3.6分拣系统的动画连接 (22)3.7材料分拣系统的脚本程序 (27)第4章MCGS组态软件与PLC的通讯 (29)4.1选择分拣系统设备构件 (29)4.2设置分拣系统的设备构件属性 (29)4.3通讯通道的连接 (30)4.4分拣系统的调试 (32)结论与展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录A：材料分拣系统组态动画效果图 (37)附录C：外文文献 (38)附录D：主要参考文献及摘要 (40)附录E：脚本程序 (42)插图清单图2-1 状态时序图 (7)图2-2 流程图 (8)图3-1 新建工程窗口 (11)图3-3 用户窗口属性设置图 (13)图3-4 工具箱窗口 (14)图3-5 材料的属性设 (15)图3-6 图形库中的图形 (16)图3-7 凹槽平面 (16)图3-8 贴图标签 (17)图3-9 材料分拣系统效果图 (17)图3-10 数据对象统计窗口 (18)图3-11 实时数据库窗口 (18)图3-12 用户实时数据库 (19)图3-13 数据对象属性设置 (20)图3-14 数据对象属性设置窗口 (22)图3-15 动画组态属性设置 (23)图3-16 平行移动 (24)图3-17 特殊动画的设置 (25)图3-18 水平垂直移动 (26)图3-19 填充颜色及按钮输入 (26)图3-20 脚本编辑 (28)图4-1 设备管理窗口 (29)图4-2 设备属性设置 (30)图4-3 设备属性值的设置 (31)图4-4 PLC内部属性的设置 (31)图4-5 通道的连接 (32)图4-6 设备调试窗口 (33)引言本次设计的材料分拣系统是在分拣系统的应用日渐广泛的情形下设计的。
自动分检
湖南铁道职业技术学院项目：用MCGS组态软件实现自动分检控制班级：铁自091小组成员：刘荣旭、唐娟、罗梦婷完成日期：2011年10月26目录一、自动分检MCGS监控系统总体设计方案……............二、控制要求……...…...……………………………………三、控制指示……...……………………………...…………四、控制方案……...………………………………………...1、PLC控制流程图……...……………………………………..2、PLC外部接线图……...……………………………………..3、PLC I/O地址表……...………………………………………4、MCSG控制方案……...……………………………………..五、MCGS设计具体步骤……...………………………….六、PLC程序设计……...………………………………….1、程序设计思想……...………………………………………..2、程序解释……...…………………………………………….3、程序……...………………………………………………….七、联机调试及出现的问题……...……………………….八、学习心得……...……………………………………….绪论分检是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。
按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和自动分拣。
目前自动分拣已逐渐成为主流，因为自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分配位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。
这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络，把到达分拣位置的货物送到别处的的搬送装置。
由于全部采用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较多。
随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。
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NO.3
手动受控过程
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
气爪上升命令 气爪下降命令 气爪拉伸命令 气爪收缩命令 气爪正旋命令 气爪逆旋命令 气爪张命令 气爪合命令 器 手 控 机
气爪上升 气爪下降 气爪前伸 气爪回缩 旋向传送带 旋向料盒 气爪张开 气爪闭合
制
械
传送带启动/停止命令
控制器
传送带启动/停止
注释
开关
开关 开关 开关 开关 开关 开关 开关
0
0 0 0 0 0 0 0
上料机械手4个方向的运动控制和气爪 状态的控制命令， 1：输出控制信号
开关
开关 开关 开关 开关 开关 开关 开关
0
0 0 0 0 0 0 0
正品捡拾机械手4个方向的运动控制和 气爪状态的控制命令， 1：输出控制信号
开关
开关 开关 开关 开关 开关
类型 开关 数值
初值 0 0
注释 1：可进行上料操作0：禁止上料 变化范围0~9，分别反映上料时机械手各个 方向的运动情况 变化范围0~9，分别反映正品捡拾时机械手 各个方向的运动情况 变化范围0~9，分别反映次品捡拾时机械手 各个方向的运动情况 1：上料结束 1：正品分拣结束 1：次品分拣结束 1：进行位置检测和质量检测
正品分拣机械手 次品分拣机械手 传送带
NO.8
控制系统的组成
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
系统的输入开关量共有22个，即4个传感器状态输入和3个4轴机 械手在六个方向上的限位开关状态，依次将这22个开关量接在PCI8405 的 A 组 ch1 ～ ch16 和 B 组 ch17 ～ ch22 通道。系统的输出开关量共 有25个，即3个机械手的8种动作及传送带的启/停控制，将PCI-8407 的 A 组 ch1 ～ ch16 和 B 组 ch17 ～ ch25 通道分别连接在继电器的输入回 路中，而继电器的控制输出端与电磁阀的受控端相连，驱动机械手 运动的气信号所在气路需通过这些电磁阀，这样PCI-8407的输出信 号可控制对应电磁阀的通断，从而控制气路的导通和截止，决定了 机械手是否受到气缸的驱动而产生运动。
传送带； 控制方式； 限位开关； 传感器； 机械手运动方向； 动作阶段； 产品信息； 报警； 产量信息。
NO.12
传送带
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名
类型
初 值 0
通道
注释
传送带启 停 传送带旋 转
开关
PCI-8407， DO01
传送带工作状态，1：运转；0： 停止 增量，用来体现传送带运行的动 画效果
NO.5
控制要求与系统功能
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
手动控制方式下，各个机械手和传送带的工作是独立的，可人 工通过运行画面中的按钮操作任意驱动其按某一方向动作，这些动 作之间是相互独立的，即机械手沿某一方向（伸缩）运动时，也可 同时沿其它方向（升降）运动。传送带的运动也可通过按钮来控制 。系统运行时的动画效果应与实际机械手的运动趋势一致。 为保证自动控制和手动控制的合理切换，在自动工作转向手动 控制时，系统状态暂停，即各机械手和传送带停止运动，然后控制 器在未接到人工控制信号时，不向各机械手和传送带发送运转命令 ；在手动控制转换到自动控制时，也是首先将所有机械手的状态恢 复初始状态，然后再按自动运行程序工作，传送带以一定速度运转 。
NO.9
控制系统的组成
4点输入 位置传感器1 位置传感器2 位置传感器3 质量检测传感器 上升 下降 前伸 回缩 正旋 逆旋 爪张 爪合 上升 下降 前伸 回缩 正旋 逆旋 爪张 爪合 上升 下降 前伸 回缩 正旋 逆旋 爪张 爪合 传送带 传 感 器
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
PCI8405
正品阶段
次品阶段 上料结束 正品分拣结束 次品分拣结束 检测阶段
数值
数值 开关 开关 开关 开关
0
0 0 0 0 0
NO.18
产品信息
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名 检测工件 正品工件 次品工件
类型 开关 开关 开关
初值 0 0 0
注释 位置传感器1处产品的质量，1：正品 位置传感器2处产品的质量，1：正品 位置传感器3处产品的质量，1：次品
初值 0 0
通道 PCI-8407，DO02 PCI-8407，DO03 PCI-8407，DO04 PCI-8407，DO05 PCI-8407，DO06 PCI-8407，DO07 PCI-8407，DO08 PCI-8407，DO09 PCI-8407，DO10 PCI-8407，DO11 PCI-8407，DO12 PCI-8407，DO13 PCI-8407，DO14 PCI-8407，DO15 PCI-8407，DO16 PCI-8407，DO17 PCI-8407，DO18 PCI-8407，DO19 PCI-8407，DO20
NO.7
控制系统的组成
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
机械手的运行方向上均安装有限位开关，无论是自动或是手动 工作方式下，各个限位开关的状态以及每个传感器输出信号、传送 带的启动/停止应从系统画面中实时的体现出来。
质量检测传感器
位置传感器1 位置传感器2 位置传感器3
计 算 机
上料机械手
NO.20
产量信息
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名
总产量
类型
数值
初值
0
注释
正品产量
次品产量 合格率
数值
数值 数值
0
0 0
各类产品的产量，其存盘方式为变化量为1 是自动存盘，为保存该信息，应设置为“系 统退出时，保存当前值为初始值”。
正品产量/总产量100%；有2位小数，间隔 60秒存盘
为保证系统的正常运行，分拣系统应具有自动和人工（手动） 控制功能，即在自动分拣时，不需要任何人工干预，各个机械手和 传送带能够自动的按照程序设定进行相应的操作，正确的实现产品 的分拣，当系统出现故障时，可以实时的报警,能够实现按产品数目 的统计，并给出相应的合格率和次品率；在人工控制方式下，可以 人为地控制各个机械手及传送带的运动趋势，它们各自的工作是独 立不相关的，各个传感器能够正常工作，反映位置状态信息；同时 手动控制和自动控制之间可以实现合理的切换，避免系统工作出错 。
NO.16
机械手运动方向
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
变量名 上料升 上料降 上料伸 上料缩 上料正旋 上料逆旋 上料爪张 上料爪缩 正品升 正品降 正品伸 正品缩 正品正旋 正品逆旋 正品爪张 正品爪缩 次品升 次品降 次品伸 次品缩 次品正旋 次品逆旋 次品爪张 次品爪缩
类型 开关 开关
NO.4
控制要求与系统功能
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
自动控制方式下，各机械手和传送带按程序设定工作。 要求：(a)传送带按间歇方式工作，除在上料和产品捡拾时处于停止状态， 其它时间连续运转。(b)初始时，传送带停止，上料机械手实现上料操作， 完成后启动传送带；当产品运行到位置传感器 1时，传送带停止，进行产品 质量检测，判断其是否合格，同时上料机械手再进行上料，完成后启动传 送带；(c)之后两个产品同时分别到达位置传感器 1和位置传感器2，传送带 停止，系统判断位置传感器2处的产品是否合格，如合格驱动正品分拣机械 手动作，位置传感器1处的产品接受质量检测，记录该产品的质量信息，同 时上料机械手再进行上料，完成后启动传送带；(d)此后，传送带上同一时 刻至少有2两个产品进行传送，它们将同时到达位置传感器1、2，或者还有 位置传感器3，到达后传送带停止，在4个位置分别完成各自的工作：上料 机械手完成上料，质检传感器实现位置传感器1处产品的质量检测，如果有 正品或次品接近相应的分拣机械手，该机械手要动作将对应产品拣出来。 但是除自动系统刚开始运行外，即如果传送带上有2个或以上产品进行传送 时，若没有次品靠近次品机械手，则位置传感器1和2需同时发出感应信号 ；而当有次品靠近次品机械手，则位置传感器1、2和3需同时发出感应信号 （有微小偏差时可通过延时忽略），否则视为系统发生故障，须产生报警 信息。系统运行时的动画效果应与实际机械手的运动趋势一致。
开关
PCI8405,DI19 PCI8405,DI20 PCI8405,DI21
质检点位置传感器，1：有产品
位置传感器2
开关
0
正品机械手处位置传感器，1：有 产品 次品机械手处位置传感器，1：有 产品
位 器
开关
0
PCI8405,DI22
产品质量检测状况，1：正品；0： 次品
NO.6
控制要求与系统功能
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
机械手的运行方向上均安装有限位开关，无论是自动或是手动 工作方式下，各个限位开关的状态以及每个传感器输出信号、传送 带的启动/停止应从系统画面中实时的体现出来。
能够有产品的统计信息，即产品的当前总产量，产品中的正品 数目、次品数目以及合格率的动态显示。
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
NO.1
系统的工作流程
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
上料机械手
正品分拣机械手
4自由度气 动机械手
次品分拣机械手
限位开关 质检传感器
料盒
升降、伸缩、 旋转和气爪 的抓放
位置传感器 传送带系统
NO.2
系统功能
第七章 用MCGS 实现机械手自动分拣系统
正品捡拾机械手6个位置的限位 开关， 0：未到达该位置 1：处于该位置
次品缩限位开关
次品正旋限位开关 次品逆旋限位开关
开关
开关 开关
1
0 1
次品捡拾机械手6个位置的限位 开关， 0：未到达该位置 1：处于该位置