基于MCGS的机械手控制系统设计

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 software

    Configuration 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 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 zijin bridge 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, etc

Configuration 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 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。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、积水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。

组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。 “组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。 “监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如AutoCAD，PhotoShop等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BAISC语言，有的支持VB，现在有的组态软件甚至支持C#高级语言。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

　国外组态软件：1、InTouch：Wonderware（万维公司） 是 Invensys plc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。 Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用ＤＤＥ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。2、WinCC:西门子自动化和驱动集团(A&D)是世界上最大的西门子集团,集团西门子工业领域的重要组成部分。西门子的WinCC和一套完整的配置发展环境、西门子提供类C语言,包括调试脚本环境。WinCC嵌OPC的支持,并且可以用来进行分布式系统配置。但WinCC结构比较复杂,用户最好在西门子培训以掌握WinCC应用。

国内品牌的组态软件1。ShiJiXing:通过北京世纪长秋天科技有限公司。发展。自1999年以来产品销售。2 . 3d力控制:通过北京三维力控制技术有限公司开发核心软件产品,成立于1992年第三。组态王组态王:通过北京和控制技术发展有限公司的发展,公司成立于1997年,目前在国内起到一定的软件市场地位。4。Realinfo:通过紫金桥紫金桥软件技术有限公司发展,该公司是由大庆石化厂投资。5。MCGS:北京昆仑通状态自动机软件技术有限公司。主要是市场发展,搭配五金销售。6。还有Controx(开放内容),易于控制,等

组态软件特点随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态（Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点：（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业。　

监控组态软件日益成为自动化硬件厂商争夺的重点整个自动化系统中，软件所占比重逐渐提高，虽然组态软件只是其中一部分，但因其渗透能力强、扩展性强，近年来蚕食了很多专用软件的市场。因此，监控组态软件具有很高的产业关联度，是自动化系统进入高端应用、扩大市场占有率的重要桥梁。在这种思路的驱使下，西门子的WinCC在市场上取得巨大成功。目前，国际知名的工业自动化厂商如Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西门子、ABB、施耐德、英维思等均开发了自己的组态软件。监控组态软件在DCS操作站软件中所占比重日益提高 。继FOXBORO之后，Euro therm(欧陆)、Delta V、PCS7等DCS系统纷纷使用通用监控组态软件作为操作站。同时，国内的DCS厂家也开始尝试使用监控组态软件作为操作站。在大学和科研机构，越来越多的人开始从事监控组态软件的相关技术研究 。从国内自动化行业学术期刊来看，以组态软件及与其密切相关的新技术为核心的研究课题呈上升趋势，众多研究人员的存在，是组态软件技术发展及创新的重要活跃因素，也一定能够积累很多技术成果。无论是技术成果还是研究人员，都会遵循金字塔的规律，由基础向高端形成过渡。这些研究人员和他们的研究成果为监控组态软件厂商开发新产品提供了有益的经验借鉴，并开拓他们的思路。基于Linux 的监控组态软件及相关技术正在迅速发展之中，很多厂商都相继推出成熟的商品，对组态软件业的格局将产生深远的影响。

毕业实践调研报告

随着计算机软硬件技术、信息技术与制造业工业技术的高速发展和企业信息化进程的推进，工业自动化系统变得越来越复杂，对自动化系统的要求也越来越高。在大型复杂系统中，如大型工业生产过程、计算机集成制造系统、工业流程对象控制系统等，具有多种形式的复杂性，在整体结构上表现为非线性、不确定性、无穷维、分布式及多层次等。由于复杂系统结构复杂、变量众多、信息交错，按什么原则将大系统科学合理地分解为相对小的子系统，而子系统之间又如何协调，才能保证系统的优化运行和控制，这些都是急待解决的热点问题，也是控制工程界热切关注的焦点。  

随着技术的进步，工业自动化软件技术正在向智能化、网络化和集成化方向飞速发展，复杂大系统在网络环境下运行、在网上实现复杂系统的优化控制与管理已经不是遥遥无期，而是指日可待。在本次设计中对坐标舞台的控制就是采用一种新型工业自动化控制器装置——可编程控制器（即PLC）来设计完成的。PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。它把计算机的编程灵活、动能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身有具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业生产过程控制中的应用越来越广泛。   

机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

该设计是利用PLC控制和MCGS组态软件实现机械手对物体的搬运过程。通过按钮来进行对机械手的控制，不仅有自动控制简单方便，而且还有手动控制以满足条件的需要。并且通过组态软件，可以模拟机械手的控制过程，更直观的观察机械手的各个控制过程。

MCGS的机械手控制系统设计

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。MCGS全中文组态软件的应用，使得用PLC控制的机械手界面更友好，可操作性更强。

关键词：机械手，MCGS，PLC，控制

毕业设计说明书目录

1前言 --------------------------------------------------- 12

2 MCGS组态软件和PLC概述  -------------------------------------13

       2．1 MCGS组态软件的基本特点 ------------------------------- 13

       2．2 MCGS组态软件的功能介绍 ------------------------------- 13

       2．3 MCGS的分类和发展-----------------------------------14

       2．4 PLC特点及功能概述-----------------------------------14

3 机械手及控制要求---------------------------18

       3．1 机械手简介 --------------------------------18

     3．2 机械手的组成  -----------------------------------20

       3．3 机械手的控制要求---------------------------------21

4机械手的软件系统设计---------------------------------22

       4．1基于MCGS的软件设计及分析-------------22

       4．2 PLC的选型及指令介绍-------------26

       4．3 PLC的I/O信号及软件设计-------------27

5 结束语---------------------------------------------------29

1前   言

MCGS组态软件分为三款，分别是MCGS通用版，MCGS网络版，MCGS嵌入版。MCGS是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，MCGS无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。

mcgsTpc有五款，分别是TPC7062K，TPC1062K，TPC1063E，TPC1063H，TPC1262H，TPC1561H。

TPC7062k，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。

 TPC1062K，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了10.2英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。 

 TPC1063E，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了10.4英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率0×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。

TPC1063H，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了10.4英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率0×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。

  TPC1262H，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了12.1英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×600），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024），以及具有良好的电磁屏蔽性，美观坚固的铝合金结构。

  TPC1561H，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了15英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率1024×768），八线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024），以及具有良好的电磁屏蔽性，美观坚固的铝合金结构。

组态软件控制技术是一门专业课，它涉及到自动化专业的多门专业基础课：自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气控制、交直流调速系统、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习，在此次毕业设计中，又使这些课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。

2 MCGS组态软件和PLC概述 

MCGS[1]组态软件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，用于快速生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS提供解决实际问题的完整方案和开发平台，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、趋势曲线和报表输出及监控等功能，并支持国内外众多数据采集与输出设备。

PLC[2]（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，是一种数字逻辑运算操作的电子控制器，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，具有存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。

2.1 MCGS组态软件的基本特点和功能

MCGS组态软件具有以下基本特点和功能：

（1）全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。

（2）庞大的标准图形库、完备的绘图工具、22种不同形式的渐进色填充功能以及丰富的多媒体支持，能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的丰富多样、精美的工程画面。

（3）MCGS组态软件不仅增添了在运行环境下支持图形的旋转功能，而且在组态环境下也可以对图形进行任意角度的旋转，能轻松完成难度较大的图形组态工作。

（4）全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。

（5）通用性强，支持目前绝大多数硬件设备，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业。

（6）封装性好（易学易用），MCGS工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。

（7）强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。

（8）方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。

（9）完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。

2.2 MCGS的分类和发展

MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。

MCGS网络版先进的C/S（k客户端/服务器）结构，客户端只需要使用标准的IE浏览器就可以实现对服务器的浏览和控制·良好性价比：整个网络系统只需一套网络版软件（包括通用版所有功能），客户端不需装MCGS的任何软 件，即可完成整个网络监控系统 MCGS网络版服务器不要安装其他任何辅助软件，客户操作起来得心应手 MCGS嵌入版、通用版、网络版可以无缝连接，节省大量的开发和调试时间，MCGS网络版支持局域网、广域网、企业专线和Modem拨号等多种连接方式，方便的实现企业的范围和距离的扩充。

　MCGS通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，MCGS通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。 

MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，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。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。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。此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，方便用户对组态过程的调试。

2.3 PLC特点及功能概述

2.3.1 PLC[3]的特点

(1)可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 

(2)配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

(5)体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

(6)减少了控制系统的设计及施工的工作量

由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。

2.3.2 PLC的功能

可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。目前典型的PLC功能有：

（1）顺序控制  这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。 

（2）数据处理  一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。

（3）通信联网  某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。

2.3.3 PLC的控制功能

目前典型的PLC控制方面的功能主要有

(1) 逻辑运算与定时，计数功能—开关量控制功能 

PLC设置有“与”、“或”、“非”等逻辑运算指令，运用这些指令可以模拟继电器触电的分、合状态以及串并联关系。同时还为用户提供了一定数量的可以任意改变时限与计数值的定时器与计数器，因而可以取代过去的硬继电器来进行逻辑组合与实现顺序控制。

(2) 数据处理功能与数/模转换功能—模拟量控制功能 

PLC设置有数据传送、比较、运算、移位、位操作、数制转换等数据处理指令与打印输出指令，同时PLC可配有模/数（A/D）转换和数/模（D/A）转换模块能实现对模拟量的测量与控制。

(3) 中断处理、监控与自诊断功能 

PLC设有中断指令，通过中断响应，可及时获取输入状态的变化信息，可进行程序监控、故障检测、自动报警、自动保护及现场恢复等功能。

(4) 扩展功能 

PLC主机通过专用的模块配置可供扩展的输入/输出（I/O）接口，可增加输入与输出的点数，扩大PLC的功能范围。

2.3.4  PLC[4]逻辑功能与继电器逻辑功能的区别

（1）继电器逻辑采用硬接线逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、灵活性和扩展性差。而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中其接线少、体积小、灵活性和扩展性好。PLC由中大规模集成电路组成，功耗少。 

（2）继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。而PLC'是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度极快。PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。

（3）继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，其定时精度不高，且定时时间易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度高，且定时时间不受环境的影响。 

（4）PLC能实现计数功能，而继电器控制逻辑一般不具备计数功能。

（5）使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且维修困难。而用PLC完成一项控制工程，在系统设计完以后，现场施工和控制逻辑的设计可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。

（6）继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。

（7）继电器控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较低。而PLC使用大规模集成电路，价格较高。它体积小、寿命长、可靠性高。PLC还配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序地执行情况，为现场调试和维护提供方便。

3 机械手及控制要求 

3.1 机械手简介 

机械手[5]能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

它是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。

机械手首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的示教再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国 AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

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）的部件，根据被抓持物件的形状、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的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，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的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的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。

机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

3.2 负荷的控制要求及在机械手中的实现方法

3.2.1 负荷[6]的控制要求

为了满足生产的需要，很多工业设备要求设置多种工作方式，例如手动放式和自动方式。自动方式又分为自动返回原点、单步、单周期和连续等工作方式。各种运行方式的含义如下：

手动运行：用各自的按钮使各个负载单独接通或断开的方式。

回原点运行：该方式下按回原点按钮时，机械自动向原点回归。

单步运行：按一次起动按钮，前进一个工步（或工序）。

单周期运行：在原点位置按起动按钮，自动运行一个周期后再在原点停止。在中途按停止按钮时就停止运行，再按起动按钮则从断点处开始运行，完成之后原点自动停止。

连续运行：在原点位置按起动按钮，开始连续的反复运行。若中途按停止按钮，动作将继续到原点为止才停。

对一个控制系统来说，几种工作方式不能同时运行。所以设计这类程序时，可以对几种工作方式的程序分别处理，最后再综合起来，这样可以简化程序。PLC在机械手控制中的应用就是属于多种工作方式，它既能进行手动操作运行一个工作步，也能自动的循环运行一个过程。

3.2.1机械手对控制要求的实现方法

机械手的任务是将左工作台的工件搬运到右工作台。机械手的工作方式可分为手动、单步、单周期、连续和回原点5种。

上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动汽缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动汽缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：

原位      下降       夹紧      上升       左移

          右移          上升          放松        下降

3.3 机械手的组成

工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。

3.3.1 执行机构 

（1）手部  即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其结构简单）。手部多为两指（也有多指），根据需要分为外抓式和内抓式两种；也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和电磁吸盘。

（2）腕部  是连接手部和臂部的部件，用来调节被抓物体的方位，以扩大机械手的动作范围，使机械手的灵活性和适应性更强。手腕有的自由度，可以回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设置回转运动再增加一个上下摆动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。

目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧凑，灵巧但回转角度小（一般小于 2700）,并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭距。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及轮系结构。

（3）臂部  手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作或夹具），并带动他们做空间运动。

臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态（方位），则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。

手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷，而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。

（4）行走机构  国际上较为先进的工业机械手带有行走机构，我国则正处于仿真研究阶段。

3.3.2 驱动机构

驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同,工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手，结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。

3.3.3 控制机构 

在机械手的控制方式上，有点动控制和连续控制两种方式。控制机构大多数用插销板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。主要控制的是坐标位置，并注意其加速度特性。

3.4 机械手的控制要求 

（1）上升和下降

机械手上升或下降的动作都要到位，否则不能进行下一个工作步骤。上升或下降的动作用一个双线圈的电磁阀控制。

（2）夹紧和放松

机械手夹紧和放松的动作必须在两个工位处进行，且其动作都要到位。

为了确保夹紧和放松的动作可靠年，需对这两个动作进行定时。加紧和放松动作由单线圈的电磁阀控制，电磁阀线圈得电为夹紧，失电为放松。

（3）左行和右行

自动方式时，机械手的左、右运动必须在压动上限位开关后才能进行；机械手的左、右运动都必须到位，以确保在左工作台取到工件并在右工作台上放下工件。可使用上限开关、左限位开关和右限位开关进行控制。左、右动作行动由双线圈电磁阀控制。自动方式（连续、单周期、单步）时，按一次起动按钮自动运行方式开始后，再按操作按钮错误操作，程序对错误操作不予响应。

根据上述要求，操作盘上需设置一个工作方式选择开关，通过这个开关来选择机械手的5种工作方式，各种操作按钮和停车按钮的作用见操作面板。操作面板的布置如图3.1所示。根据以上要求所以选择PLC控制。

图3.1 操作面板布置图3.1

4 机械手的软件系统设计 

4．1基于MCGS软件系统设计

4.1.1 建立画面[7]

（1）在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”；

（2）选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”；

（3）将窗口名称改为：机械手演示，其它不变，单击“确认”；

（4）在“用户窗口”中，选中“机械手演示”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

选中“机械手演示”窗口图标，双击，进入动画组态窗口，开始编辑画面。制作文字框图：

（5）单击工具条中的“工具箱” 按钮，打开绘图工具箱；

（6）选择“工具箱”内的“位图”按钮,鼠标的光标呈“十字形,在窗口顶端中心位置拖拽鼠标,根据需要拉出一个一定大小的矩形；

（7）右击，选择装载位图，将保存为bmp格式的目标图片装载进来。

4.1.2 制作主界面

（1）单击绘图工具箱中的 （常用符号）图标，弹出对象元件管理对话框；

（2）选中工具箱内的矩形块动画构件图标 ，鼠标的光标呈“十”字形，移动鼠标至窗口的预定位置，点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成矩形。如此画几个，调整矩形的大小,放到适当位置，组成机械手；

（3）选中工具箱内的圆动画构件图标 ，在窗口内画大中小三种圆若干，调整其位置；

（4）在用户窗口中，画出一对机械手抓手，调整其大小将其转换为及位置，右击将其转换为可旋转多边形；

（5）画出几个文本框用于显示计数，调整位置；

（6）画出两个文本用于显示系统日期及时间；

（7）选择“文件”菜单中的“保存窗口”选项，保存画面。最后生成的画面如图4.1所示。

4.1.3 制作其他窗口

根据上述步骤制作封面窗口、报警存盘窗口、功能概述窗口、PLC硬件接线图，分别见图4.2封面窗口，图4.3报警存盘窗口，图4.4功能概述窗口，图4.5 PLC硬件接线图。

图4.1  生成画面

图4.2 封面窗口

4.1.4动画连接

由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。

图4.3 报警存盘窗口

图4.4 功能概述窗口

该工程中需要制作动画效果的部分是标题的闪烁和某些部件的水平垂直运动以及机械手抓手的旋转。

某些部件的水平垂直运动具体步骤如下：

（1）在用户窗口中，双击要运动的部件，弹出动画组态属性设置窗口；

（2）选中动画连接内的“水平运动” 或“垂直运动”,属性设置窗口增加“水平运动”或“垂直运动”标签；

图4.5 PLC硬件接线图。 

（3）单击“水平运动”或“垂直运动”标签进行设置；

（4）单击“确认”,水平运动或垂直运动效果制作完毕。

4.1.5报警处理及运行策略的编辑

进入实时数据库界面，将要进行报警的数据进行设置，设置开关型或下限，选择定时存盘。

进入运行策略界面，添加循环策略，双击进入编辑窗口，添加策略行，添加脚本程序，脚本程序见附录B。

4.1.6设备连接

模拟设备是供用户调试工程的虚拟的设备。该构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号。其幅值和周期都可以任意设置。

我们通过模拟设备的连接，可以使动画不需要手动操作，自动运行起来。

通常情况下，在启动MCGS组态软件时，模拟设备都会自动装载到设备工具箱中。如果未被装载，可按照以下步骤将其选入：

（1）在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入；

（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标；

（6）双击模拟设备图标，即可将“模拟设备”添加到右侧选定设备列表中；

（7）选中选定设备列表中的“模拟设备”,单击“确认”,“模拟设备”即被添加到“设备工具箱”中。

下面详细介绍模拟设备的添加及属性设置：

（1）双击“设备工具箱”中的“模拟设备”,模拟设备被添加到设备组态窗口中；

（2）双击“设备0-[模拟设备]”,进入模拟设备属性设置窗口；

（3）单击基本属性内的内部属性在设备属性一栏中出现 单击此按钮进入“内部属性”设置。设置完后, 单击“确认”，完成“内部属性”设置。单击“确认”按钮，完成内部属性设置。

组态软件运行策略界面和脚本程序见附录A所示。

4.2 PLC的选型及指令介绍 

4.2.1 PLC[8]的选型

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，再就是PLC选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型。所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围，确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入/输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统，所以本系统最终选用三菱FX2N-48MR+PLC。

4.2.2 PLC的指令介绍

FX2N系列可程式控制器，有基本指令、步进指令和应用指令，本系统应用最多基本指令有：

（1）输出指令OUT

OUT(Out)用于一个回路的输出，位于回路的最右端，输出元件可为Y、M、S、T、C，输出元件为T或C 时，后面必须再打入设定值常数K或资料暂存器D作指定均可。多个输出元件时，可以直接并联，只要步序容量够，并联的输出个数不受，但若使用列表列表机列印阶梯形图时却有其，故并联列数不应超过24 列。

（2）接点串联指令AND、ANI、ANDP、ANDF

AND(And)指令用于串联连接的a接点，只要步序容量够，串联接点的个数不

受，但若使用列表机列印阶梯形图时却有其，故串联接点超过10个接点。

ANI(And inverse)指令用于串联连接的b 接点，串联接点的个数不受。

    ANDP(And pulse)指令用于串联连接的a接点之上缘检出动作，也就是当接点由OFF→ON時，其驱动的输出元件会动作一个扫描周期的时间。

ANDF(And falling pulse)指令用于串联连接的a接点之下缘检出动作，也就是当接点由ON→OFF时，其驱动的输出元件会动作一个扫描周期的时间。

（3）区块并联指令ORB

当控制电路比较复杂，有两个以上的接点先串联后再并联时，需使用此区块并联指令ORB(Or block)。也就是说单一接点并联时用OR指令，多接点并联时用OPB指令。

（4）区块串联指令ANB

当控制电路比较复杂，有两个以上的接点先并联后再串联时，需使用此区块串联指令ANB(And block)。也就是说单一接点串联时用AND指令，多接点串联时用ANB指令。

(5)I/O指令表

设计用到的I/O指令表见附录B所示。

4.3 PLC的I/O信号及软件设计

4.3.1 I/O点数的确定

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行汇总。本系统汇总后选择48点I/O接口。

4.3.2 I/O信号的地址分配

I/O信号的地址分配见表4-1所示。

    （1）控制电路图

根据控制系统的要求，机械手驱动电机控制主电路图设计如图4.6所示。一共要用到两个电动机，对电动机M1和M2要求其能实现正反转，M1实现机械手手臂的上下运动，M2实现机械手手臂的左右运动。每台电动机用两组接触器轮流工作实现电机的正反转，接线时应注意电动机的负荷及正反转的线路连接，以及线路中的短路保护（FR）和过载保护（FU）。

 图4.6  驱动电动机控制电路图

（2）控制电路硬件接线图

控制电路硬件接线图如图4.7所示。

 图4.7  控制电路硬件接线图

4.3.4 PLC梯形图

PLC梯形图见附录C所示。

5结束语

通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次毕业设计，是大学三年所学知识很好的总结。

本次设计的课题是基于机械手的MCGS组态软件控制系统设置，它具有较强的实用性。在很多地方都能够用得上，本次设计优点在于：操作方便，应用范围广。

在这次设计的过程中，通过图书馆资料的查找，上网的搜索，使我对所学的知识也有了更加全面的了解，巩固和加强了我大学三年所学的知识，通过本次设计，培养了我们的综合能力，对所学的基础课，专业科目等知识，进行了一次全面的总结和巩固。也培养了我们的创新能力，以及很好的团队精神。

最后，我要感谢我的指导老师徐颖秦，她对我的毕业设计进行了多次的修改，我的毕业设计才得以顺利完成。同样我也要衷心的感谢教育过和指导过我的各位老师，感谢给予我帮助的同学们，谨献上我最真挚的祝福。

毕业实践总结

短短的两个多月的毕业设计就快要结束了，在本论文完成之际，首先要向我的指导老师徐颖秦致以诚挚的谢意。徐老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人，徐老师平时的工作任务比较多，但是在我论文的写作过程阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。徐老师都给了我许多的帮助和关怀，使我能够顺利快速的把毕业论文写好，再次我再次表示对徐老师的谢意。

总结两个多月来的设计，体会如下：

首先，此次毕业设计使我感到了团队精神的重要性，毕业设计是一个比较繁重的工作，这就需要我们充分的利用好彼此的力量，充分的协作，针对设计中出现的问题，站在不同的角度分析问题，总结大家的意见，最后达成一致。

其次，知之为知之不知为不知，知道就是知道，不知道就是不知道，遇到不懂的问题要及时请教老师，做毕业设计要及时趁早做，有些同学总是拖到后面，须不知越到后面时间越紧，任务越重，毕业设计论文的质量也将会大打折扣。以后在不论是做什么事都要趁早，都要有充分的准备，这也是我在做毕业设计最大的体会了。

再次，通过此次毕业设计我温习了很多以前的知识，如PLC知识，也学到了很多新的知识，如画图和一些其他软件的使用，更对机械手有了更深的了解，以前我们PLC课程实训的时候就做过机械手，所以这次的毕业设计也是一次总结。

最后，做事要有一颗责任心，我很荣幸担任此次毕业设计我们组的组长，老师有什么事情都先通知我，然后由我通知其他成员，责任心在工作中非常重要，我就有深深地体会，我已经工作好几个月了，也面试过很多单位，很多面试官在面试求职者的时候都会问到责任心，一个人如果没有责任心将很难在社会上立足。

当然，这些体会还显得很粗浅，毛说过，实践才是检验真理的唯一标准，知识运用到了实践中才是真的知识，知识也要通过实践才能体会，这就要求我们把学到的理论知识运用到实践中来，在实践中也要不断地学习新的知识。

最后，我祝愿我的大学生涯能有一个的结局。谢谢！

参考文献

  1刘志军、曹丽霞、张文明.组态软件控制技术.北京：清华大学出版社，2006

2汤自春.PLC原理及应用技术.北京：高等教育出版社，2006

  3刘敏.可编程控制技术.北京: 机械工业出版社，2001

4吴丽.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社， 2007

5张建民.机电一体化系统设计.北京：高等教育出版社，2001

6常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2004

  7覃贵礼.组态软件控制技术.北京：北京理工大学出版社，2007

  8张伟林.电气控制与PLC应用.北京：人民邮电出版社，2007

附录A  组态软件运行策略界面和脚本程序

下移具体程序如下：

手臂伸缩 = 手臂伸缩 + 3.2 

机械手垂直移动 = 机械手垂直移动 + 2

IF 手臂伸缩 >= 120 AND 机械手垂直移动 >= 98 THEN 

   下移 = 0

   !Sleep(1000)

   机械手可见状态 = 0

   !Sleep(1000)

   夹紧 = 1 

ENDIF

夹紧程序如下：

!sleep(1000)

夹紧 = 0

!sleep(1000)

上移 = 1 

上移程序如下：

手臂伸缩 = 手臂伸缩 - 3.2

机械手垂直移动 = 机械手垂直移动 - 2

物体垂直移动 = 物体垂直移动 - 2

IF 手臂伸缩 <= 0 AND 机械手垂直移动 <= 0 AND 物体垂直移动 <= 0 THEN 

   上移 = 0 

   !sleep(1000)

   右移 = 1

ENDIF

右移程序如下：

机械手水平移动 = 机械手水平移动 + 5

手臂水平移动 = 手臂水平移动 + 5

基座水平移动 = 基座水平移动 + 5

物体水平移动 = 物体水平移动 + 5

IF 机械手水平移动 >= 215 AND 手臂水平移动 >= 215 AND 基座水平移动 >= 215 AND 物体水平移动 >= 215 THEN 

   右移 = 0 

   !sleep(1000)

   下移1 = 1

ENDIF

下移1程序如下：

手臂伸缩 = 手臂伸缩 + 3.2

机械手垂直移动 = 机械手垂直移动 + 2

物体垂直移动 = 物体垂直移动 + 2

IF 手臂伸缩 >= 120 AND 机械手垂直移动 >= 98 THEN 

   下移1 = 0

   !Sleep(1000)

   机械手可见状态 = 1

   !Sleep(1000)

   放松 = 1 

ENDIF

放松程序如下：

!sleep(1000)

放松 = 0

!sleep(1000)

上移1 = 1

上移1程序如下：

手臂伸缩 = 手臂伸缩 - 3.2

机械手垂直移动 = 机械手垂直移动 - 2

IF 手臂伸缩 <= 0 AND 机械手垂直移动 <= 0 THEN 

   上移1 = 0 

   !sleep(1000)

   左移 = 1

ENDIF

左移程序如下：

机械手水平移动 = 机械手水平移动 - 5

手臂水平移动 = 手臂水平移动 - 5

基座水平移动 = 基座水平移动 - 5

IF 机械手水平移动 <= 0 AND 手臂水平移动 <= 0 AND 基座水平移动 <= 0 THEN 

   左移 = 0 

!sleep(1000)

   停止1 = 1

ENDIF

停止1程序如下：

下移2 = 下移

上移2 = 上移

左移2 = 左移

右移2 = 右移

夹紧2 = 夹紧

放松2 = 放松

启动2 = 启动

下移12 = 下移1

上移12 = 上移1

物体垂直移动2 = 物体垂直移动

物体水平移动2 = 物体水平移动

!sleep(1000)

启动 = 0

上移 = 0

左移 = 0

右移 = 0

夹紧 = 0

放松 = 0

下移1 = 0

上移1 = 0

下移 = 0

物体水平移动 = 0

附录B  梯形图的指令表

附录B  梯形图的指令表(续1)

附录B  梯形图的指令表(续1)

附录C  PLC梯形图

附录C  PLC梯形图（续1）

附录C  PLC梯形图（续2）