0 引言

　　在流水生產線中，采用由PLC控制的搬運機械手，可以將工人從重復和繁重的勞動中解放出來，實現了生產的機械化和自動化，而且可以代替人工在惡劣環(huán)境下工作。而利用工控組態(tài)軟件可以實現遠程控制，從可視畫面中監(jiān)控現場機械手的工作狀態(tài)，實現自動化過程控制。

1 控制要求

　　監(jiān)控系統(tǒng)要求通過畫面實時顯示機械手現場工作狀態(tài)。搬運機械手現場的工作是不斷將工件由一處傳送到另一處。機械手有上升、下降、左移、右移和夾緊／放松幾個動作，其中上升、下降、左移和右移由雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成，夾緊／放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。其具體工作過程如圖1所示。當機械手在原位(最上和最左端)時，按下啟動按鈕，機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降停止，同時機械手夾緊工件；夾緊后上升，碰到上限位開關，上升停止，同時機械手右移；右移碰到右限位開關，右移停止，同時機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降停止，同時機械手放松工件；放下工件后上移，碰到上限位開關，上升停止，同時機械手左移，左移碰到左限位開關，則機械手回到原位，一個循環(huán)結束。

　　在監(jiān)控畫面中，要求各限位開關的狀態(tài)、機械手上升、下降、左移、右移、夾緊，放松的動作都應在系統(tǒng)畫面中實時的得到體現。

2 組態(tài)軟件MCGS

　　MCGS工控組態(tài)軟件北京昆侖自動化有限公司開發(fā)的“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”。它具有簡單靈活的可視化操作界面，良好的并行處理功能，豐富生動的多媒體畫面，支持國內外眾多數據采集與輸出設備。用戶只需要完成I／O設備的配置工作，就可以利用組態(tài)軟件提供的硬件驅動程序，實現與PLC的通信功能。在系統(tǒng)運行的過程中，由設備管理程序完成與I／O設備的實時數據交換，進而實現對監(jiān)控畫面中的動作控制。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設計

　　利用組態(tài)軟件監(jiān)控機械手工作狀態(tài)，實現與下位機PLC的通訊，主要分構造數據庫、設計監(jiān)控畫面并建立動畫連接、運行策略設計、設備窗口組態(tài)設置四個步驟。

　　3.1 構造數據庫

　　實時數據庫是實時數據庫是MCGS的數據交換和數據處理中心。當MCGS運行起來后，實數據庫的對象被暴露出來，通過對象的鏈接和嵌人操作取到實時數據庫對象，從而做到直接操作MCGS的目的。在數據庫中增加數據變量，設置名稱和類型。因機械手實驗臺有原位指示燈，有上升、下降、左移、右移和抓緊5個動作，有啟動開關、上限位、下限位、左限位和右限位4個行程開關，還有腳本程序中用到的用來控制監(jiān)控畫面中機械手水平移動、垂直移動和抓緊動作的4 個數據量，所以一共定義了15個數值型變量。圖2 為實時數據庫中的數據變量。

3.2 設計監(jiān)控畫面并建立動畫連接

　　監(jiān)控畫面的設計總體上講就是創(chuàng)建友好逼真的人機界面，明確各圖像元素的含義，達到圖像元素的視覺效果。

　　在MCGS組態(tài)平臺上，進入用戶窗口的“動畫組態(tài)”，即進入監(jiān)控界面制作窗口，根據工具箱提供的圖庫和形象繪制組態(tài)圖形。圖3為機械手的MCGS監(jiān)控畫面，畫面中有四個限位開關與實際現場限位開關對應，原位指示燈用來顯示機械手是否在初始位置，啟動按鈕對應現場的的啟動開關，另外還有機械手固定的支架和能夠運動的豎桿和手爪。機械手的豎桿和手爪要同時在垂直和水平方向移動，手爪還有抓緊和放松動作。

　　為保證機械手在運行環(huán)境中的畫面顯示效果與實際工作狀態(tài)相符，需要對組成機械手的各構件進行動畫連接，這一工作在構件的動畫組態(tài)屬性設置中完成。其中，機械手手爪的動畫組態(tài)屬性設置最為復雜，動畫組態(tài)屬性設置中有水平移動、垂直移動和旋轉動畫，分別與數據庫中的水時平移動、垂直移動和旋轉變量連接。圖4是機械手手爪右側部分的旋轉動畫連接，連接對象是數據庫中的“旋轉”數值型變量，旋轉角度的設置是為了在最小到最大角度變化時能夠實現現場手爪的變化過程。

　　為保證機械手的豎桿和手爪在垂直和水平方向同時動作，因此它們動畫組態(tài)屬性設置中的水平移動、垂直移動分別受數據庫中同一數據變量控制，且最小和最大偏移量要一致。

　3.3 運行策略設計

　　在運行策略中編寫腳本程序的目的是建立與各個界面圖元之間的連接，控制監(jiān)控畫面中的各構件動作。用戶可以通過編寫程序靈活地控制流程和各種操作，腳本程序的編程語法類似于普通的Basic語言。為了使畫面中的機械手動作更加逼真，在腳本程序中使用了控制抓緊和放松動作的旋轉數據量。腳本程序如下：

　　3.4 設備窗口組態(tài)

　　為使監(jiān)控畫面中的圖形對象反映實驗臺上對象的狀態(tài)變化，達到過程實時監(jiān)控的目的，需要連接PLC與MCGS，這一過程靠設備窗口組態(tài)來實現。依靠設備窗口建立系統(tǒng)與外部硬件設備的連接，使得MCGS能從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態(tài)，實現對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。

　　首先，在設備工具箱中添加設備，選擇通用串口父設備，并將三菱FX系列編程口添加在通用串口父設備下，與控制機械手的PLC型號對應。然后，在通用串口父設備下進行設備屬性編輯，選擇串口端口號、通訊波特率、數據位位數、停止位位數、數據校驗方式、數據采集方式，設置時注意與下位機PLC的通訊格式要保持一致。本系統(tǒng)采用的通訊格式如圖5所示。

　　然后，在三菱Fx系列編程口下選定CPU類型，在設置設備內部屬性中增加設備通道。然后進行通道連接，使組態(tài)畫面中的數據對象與現場的PLC的輸入和輸出實現了對應連接。圖6為機械手通道連接設置。

　　最后，利用PLc與計算機專用的F2—232CAB型RS232C電纜，將PLC通過編程口與上位計算機串口(COM口)連接，進行串行通訊。

　　3.5 系統(tǒng)運行效果

　　執(zhí)行完以上幾步工作后，進入組態(tài)運行環(huán)境，機械手監(jiān)控畫面中根據腳本程序逼真顯示了現場機械手的工作狀態(tài)，實現了對機械手的狀態(tài)實時監(jiān)控。

4 結束語

　　利用組態(tài)軟件MCGS實現對基于PLC的機械手控制進行監(jiān)控和管理，綜合利用了計算機和PLC的長處，計算機提供了良好的人機界面，PLC執(zhí)行可靠的控制，對提高生產過程的自動化有重大意義。