項目六機械手組態監控系統任務1基于組態軟件的機械手監控系統設計

一、任務描述運用組態軟件模擬監控機械手動作過程。組態軟件模擬過程：按下右轉按鈕，機械手旋轉到右邊；按下伸出按鈕，機械手伸出；按下縮回按鈕，機械手縮回；按下下降按鈕機械手下降；按下上升按鈕，機械手上升；按下加緊按鈕，機械手夾緊；按下松開按鈕，機械手松開；當機械手旋轉到左側時，所實現的功能與其在右側功能相同。通過此任務來學習MCGS組態軟件命令語言編寫腳本程序，實現機械手畫面動畫效果，培養學生命令語言語言編程能力。二、任務資訊

機械手根據驅動動力的不同，可分為氣動機械手、液壓機械手和電動機械手；按照機械手工作性質的不同，可分為搬運機械手、焊接機械手和注塑機械手等。用氣動元件組成的機械手稱為氣動機械手。氣動是指“氣壓傳動與控制”或“氣動技術”的簡稱。氣動技術是以壓縮空氣為工作介質進行能量傳遞或信號傳遞的工程技術，是實現各種生產控制、自動控制的手段之一。一個完整的氣動系統包括能源部件、控制元件、執行元件和輔助裝置等四部分。用規定的圖形符號來表征系統中的元件、元件之間的連接、壓縮氣體的流動方向和系統實現的功能，這樣的圖形叫氣動系統圖或氣動回路圖。1．單作用氣缸

單作用氣缸在活塞一側進入壓縮空氣推動活塞運動，使活塞桿伸出或縮回，另一側是通過呼吸口開放在大氣中。這種氣缸只能在一個方向上做功，活塞的反向運動則靠一個復位彈簧或施加壓力實現。由于壓縮空氣只能在一個方向上控制氣缸活塞的運動，因此稱為單作用氣缸。如圖6-1-1所示。2.雙作用氣缸

雙作用氣缸如圖6-1-2所示，活塞的往返運動是依靠壓縮空氣從缸內被活塞分割開的兩個腔室（有桿腔、無桿腔）交替進入和排除來實現的，壓縮空氣可以在兩個方向做功。由于氣缸活塞的往返運動全部靠壓縮空氣來實現，因此稱為雙作用氣缸。3.旋轉氣缸

旋轉氣缸是利用壓縮空氣驅動輸出軸小于360°的角度范圍內做往復擺動的氣動執行元件，多用于物體的轉位、工件的翻轉、閥門的開閉等場合。旋轉氣缸按結構特點可分為葉片式和齒輪齒條式兩大類。三、任務分析

要求，機械手動作準確，顯示機械手動作過程。如圖6-1-8所示。機械手組態監控系統變量定義如圖6-1-9所示。任務2基于PLC和組態軟件的機械手監控系統設計

一、任務描述使用三菱FX2N-48MRPLC控制機械手動作，同時用MCGS組態軟件監控機械手動作過程。組態軟件顯示機械手動作過程：按下啟動按鈕后，旋轉氣缸右轉，右轉到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位后，手臂氣缸伸出；手臂氣缸伸出到位，手爪抓緊；抓緊到位，手臂縮回；縮回到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，旋轉氣缸手左轉；左轉到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位，手臂氣缸下降；下降到位，手爪松開；松開到位，手臂氣缸上升；上升到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，機械手右轉，不斷進行循環，直到按下停止按鈕。通過此任務學習，學習機械手PLC編程調試，掌握組態工程與三菱PLC聯機通訊。二、任務資訊

(一)定時器三菱FX2N系列PLC的定時器（Ｔ）與我們繼電器控制系統中的時間繼電器作用是相似的。它有一個設定值寄存器字，一個當前值寄存器字，和一個用來儲存其輸出觸點狀態的映像寄存器位，這三個儲存單元使用同一個元件號。FX系列PLC的定時器分為通用定時器和累計型計時器。在三菱PLC中，用K表示常數，H表示十六進制數，我們一般用常數K作為定時器的設定值，也可以通過將數據寄存器（D）的值賦給定時器來對其進行設置。(二)內部計數器PLC內部計數器（C）是用來對內部映像寄存器（X、Y、M和S）提供的信號計數，為了計數準確，計數脈沖為ON或OFF的持續時間，應大于PLC的掃描周期，其響應速度通常小于數十赫茲。計數器的類型與元件號的關系見表6-2-2。16位加計數器，可設為電池保持C0～C99,100點16位加計數器，電池保持C100～C199,100點32位加計數器，可設為電池保持C200～C219,20點32位加計數器，電池保持C220～C234,15點1.16位加計數器

16位加計數器的設定值為1-32767。加計數器的工作過程如圖6-2-4所示，X0常開觸點接通后，C1被復位，它對應的位存儲單元被置0，其常開觸點斷開，常閉觸點接通，同時其計數當前值被置為0。X1常開觸點提供計數輸入信號，當計數器的復位輸入電路斷開，X1常開觸點閉合（即計數脈沖的上升沿）時，計數器的當前值加1。在4個計數脈沖之后，C1的當前值與設定值4相等，它對應的位存儲單元被置1，C1的常開觸點接通，常閉觸點斷開，當再來計數脈沖時，C1當前值不再發生改變，直到復位電路導通，C1的當前值被置為0。2.32位加/減計數器

32位加/減計數器C200-C234的設定值為-2147483648～+2147483647，特殊輔助繼電器M8200-M8234決定這其加/減計數方式，對應特殊輔助繼電器為ON時，為減計數，反之，為加計數。(三)傳感器

傳感器是指能感受規定被測量，并按照一定的規律轉換成可用電信號的器件或裝置。在PLC控制中，將傳感器的輸出信號接到PLC輸入端X上，用來檢測機械手動作是否到位。傳感器的種類繁多，功能各異。由于同一被測量物體可用不同轉換原理實現探測，利用同一種物理法則、化學反應或生物效應可設計制作出檢測不同被測量物體的傳感器，而功能大同小異的同一類傳感器可用于不同的技術領域，因此傳感器有不同的分類法。具體分類見表6-2-3。分類方法傳感器的種類說明依據效應分類物理傳感器基于物理效應（光、電、聲、磁、熱）化學傳感器基于化學效應（吸附、選擇性化學分析）生物傳感器基于生物效應（酶、抗體、激素等分子識別和選擇功能）按輸入量分類位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、氣體成分傳感器、濃度傳感器等傳感器以被測量的物理量名稱命名按工作原理分類應變傳感器、電容傳感器、電感傳感器、電磁傳感器、壓電傳感器、熱電傳感器等傳感器以工作原理命名按輸出信號分類模擬式傳感器輸出為模擬量數字式傳感器輸出為數字量按能量關系分類能量轉換性傳感器直接將被測量的能量轉換為輸出量的能力能量控制型傳感器由外部供給傳感器能量，而由被測量的能量控制輸出量的能量按是利用場的定律還是利用物質的定律分類結構型傳感器通過敏感元件幾何結構參數變化實現信息轉換物性型傳感器通過敏感元件材料物理性質的變化實現信息轉換按是否依靠外加能源分類有源傳感器傳感器工作時需外加電源無源傳感器傳感器工作時無需外加電源按使用的敏感材料分類半導體傳感器、光纖傳感器、陶瓷傳感器、金屬傳感器、高分子材料傳感器、復合材料傳感器等傳感器以使用的敏感材料命名1.傳感器的結構。傳感器通常由敏感元件、轉換元件及轉換電路組成。敏感元件是指傳感器中能直接感受（或響應）被測量的部分；轉換元件是能將感受到的非電量直接轉換成電信號的器件或元件；轉換電路是對電信號進行選擇、分析放大，并轉換為需要的輸出信號等的信號處理電路。三、任務分析

機械手組態監控系統變量定義與任務1相同。如圖6-2-7所示。五、知識拓展

1.機械手初始位置任何有程序控制的機械設備或裝置都有初始位置，它是設備或裝置運行的起點。初始位置的設定應結合設備或裝置的特點和實際運行狀況進行，不能隨意設置。機械手的初始位置所有氣缸活塞桿應處于縮回狀態。由于機械手的所有動作都是通過氣缸來完成的，因此初始位置也就是機械手正常停止的位置。若停止時氣缸的活塞桿處于伸出狀態，活塞桿表面長時間暴露在空氣中，容易受到腐蝕和氧化，導致活塞桿表面光潔度降低，引起氣缸的氣密性變差。當氣缸動作時活塞縮回、伸出，由于表面光潔度降低，摩擦缸內的密封圈，時間長了就會引起氣缸漏氣。一旦漏氣，氣缸就不能穩定地工作，嚴重時還會造成氣缸損壞。因此初始位置要求所有氣缸活塞桿均縮回。從安全的角度出發，氣缸的穩定工作也保證了機械手的安全運行。由于機械手的旋轉氣缸沒有活塞桿，初始位置機械手的懸臂氣缸如果停留在右限位，也是可以的。2.旋轉氣缸轉動時，懸臂氣缸活塞桿處于縮回狀態。在旋轉氣缸動作時，機械手懸臂伸出越長，懸臂氣缸活塞桿受到的作用力就越大，旋轉氣缸轉軸轉動時要做的功也越大。如果機械手懸臂伸長較長，旋轉時會增加啟動負荷，停止時會增加對設備的沖擊，容易造成旋轉氣缸活塞桿扭曲變形和設備的損壞。因此，從設備安全運行的角度出發，旋轉氣缸轉動時懸臂氣缸活塞桿必須處于縮回狀態。3.氣爪在抓取工件前后和放置工件前有延時

氣爪能穩定可靠地抓取和放置工件，一般會有一段時間的延時。因為氣爪較小，當手臂氣缸活塞桿下降到下限位傳感器接到信號時，直接驅動氣爪夾緊，一方面顯得很倉促，另一方面要夾準工件，對設備的調試精度要求很高：首先要將手爪的中心與工件停留位置的中心對準，然后又要確保每次送過來的工件停留位置一致，另外手臂氣缸下限位傳感器安裝的位置要合適，偏高會造成手臂氣缸活塞桿的行程沒到底就驅動手爪夾緊，工件會被氣爪撞擊。4.機械手每個動作之間的轉換都通過傳感器的位置信號控制通過傳感器來檢測機械手的每一個動作執行情況以及是否到位，能確保機械手完整地執行每個搬運環節，可靠地完成整個工作過程。這種控制方式屬于狀態控制，是目前機械設備操控設計普遍采用的控制方法。它能使機械設備準確無誤地完成工作任務，一旦出現故障，設備維修人員能快速準確地判斷故障出現的位置，及時修復。5.停止信號的處理

在機械手運行過程中，按下停止按鈕，機械手完成當前工件的搬運后，回到原位停止。也就是當停止信