基于VB的氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)研究

焦 譯 袁新鋒邱 梁

（1.濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院，山東 濟(jì)南250001；2.濟(jì)南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，山東 濟(jì)南250001）

0 引言

炸藥作為一種易燃易爆危險(xiǎn)品，一旦遇到明火或者是碰撞就會(huì)產(chǎn)生爆炸，對(duì)人類的生產(chǎn)、生活帶來災(zāi)難。特別是在軍用上，炸藥搬運(yùn)是項(xiàng)很危險(xiǎn)的工作，多以間斷生產(chǎn)方式，體力勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)條件惡劣、生產(chǎn)效率不高。為提高炸藥搬運(yùn)與篩選過程中的自動(dòng)化水平，本文采用氣動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手系統(tǒng)完成對(duì)炸藥筒的搬運(yùn)，通過將PC與PLC系統(tǒng)應(yīng)用于炸藥搬運(yùn)機(jī)械手的監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的自動(dòng)控制，以計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度。

1 氣動(dòng)機(jī)械手遠(yuǎn)程控制技術(shù)

由于炸藥搬運(yùn)與篩選過程中，TNT炸藥屬于易燃、易爆危險(xiǎn)品，因此，執(zhí)行元件采用氣動(dòng)元件有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手工作過程的監(jiān)控及遠(yuǎn)程操作，控制系統(tǒng)分為兩級(jí)：管理級(jí)計(jì)算機(jī)和控制級(jí)計(jì)算機(jī)。該氣動(dòng)炸藥機(jī)械手及其遠(yuǎn)程控制原理如圖1所示。管理級(jí)計(jì)算機(jī)主要包括系統(tǒng)由上位機(jī)PC、PLC、驅(qū)動(dòng)電路、執(zhí)行元件以及傳感器、外部控制信號(hào)等幾部分組成。

圖1 氣動(dòng)機(jī)械手及其控制原理

從圖1可知，管理級(jí)計(jì)算機(jī)主要包括上位機(jī)PC及用戶程序兩個(gè)部分，計(jì)算機(jī)通過RS232通信接口與PLC相連，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的數(shù)據(jù)傳輸，而用戶界面由編程語言VB編寫，主要實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機(jī)交互及對(duì)搬運(yùn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。而控制級(jí)計(jì)算機(jī)PLC通過I/O接口與電磁閥、外部控制按鈕等連接，完成對(duì)氣動(dòng)執(zhí)行元件的控制輸出以及相應(yīng)傳感器信號(hào)的反饋輸入等。

2 通信方式

可編程控制器一般是通過編程電纜 RS232、RS232/RS485或RS232/RS242通信，一般來講，可編程控制器的編程口在上傳與下載文件后都處于閑置狀態(tài)，此處可用來為監(jiān)控軟件輸入輸出監(jiān)控點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。上位機(jī)與下位機(jī)的通信采用VB軟件下的MSComm組件，通過設(shè)置統(tǒng)一的波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。本系統(tǒng)采用三菱FX2n－40MR系列可編程控制器，通過RS232/422編程電纜與上位機(jī)進(jìn)行連接通信。FX系列PLC采用異步格式，由1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位以及1位停止位組成，波特率為9600bps，字符為ASCII碼，該系列PLC有4個(gè)通信命令，即讀命令（0）、寫命令（1）、強(qiáng)制通命令（7）、強(qiáng)制斷命令（8）。同時(shí)FX系列PLC采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到5個(gè)通信控制字符：

ENQ——計(jì)算機(jī)發(fā)出請(qǐng)求（05H）；

ACK——PLC對(duì)ENQ的確認(rèn)回答（06H）；

NAK——PLC對(duì)ENQ的否認(rèn)回答（15H）；

STX——信息幀開始標(biāo)記（02H）；

ETX——信息幀結(jié)束標(biāo)記（03H）。

PC機(jī)向PLC發(fā)送的報(bào)文格式如下：

PLC向PC機(jī)發(fā)送的報(bào)文格式如下：

因VB具有強(qiáng)大的圖形顯示功能，可以開發(fā)出界面良好的Windows標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)格的用戶圖形界面。同時(shí)，VB還串行端口控件MSComm，只需設(shè)置、監(jiān)視其屬性和事件，即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的傳輸工作。以下為PLC與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸信息：

3 氣動(dòng)炸藥搬運(yùn)機(jī)械手監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)

圖2 機(jī)械手控制界面

氣動(dòng)炸藥搬運(yùn)機(jī)械手計(jì)算機(jī)用戶界面主要包括手動(dòng)操作界面與自動(dòng)控制界面兩部分，該利手動(dòng)控制界面與自動(dòng)控制界面如圖2所示。

上位計(jì)算機(jī)主要完成運(yùn)動(dòng)命令的生成，在獲取機(jī)械手傳感器信息的基礎(chǔ)上，完成機(jī)械手動(dòng)作在計(jì)算機(jī)屏幕上的實(shí)時(shí)顯示。在機(jī)械手出現(xiàn)故障時(shí)，允許通過手動(dòng)控制界面的按鈕來遙控機(jī)械手。下位機(jī)PLC完成對(duì)電磁閥的控制從而驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行元件。

手動(dòng)控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時(shí)間顯示區(qū)以及各種交互控制按鈕組成。如圖2（a）所示。自動(dòng)循環(huán)控制界面主要由狀態(tài)顯示區(qū)、按鈕控制區(qū)、位置顯示區(qū)、時(shí)間顯示區(qū)、報(bào)警區(qū)以及日志報(bào)告區(qū)等。如圖2（b）所示。

4 結(jié)束語

該機(jī)械手采用PC、PLC兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)炸藥搬運(yùn)過程的自動(dòng)控制及各種狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，能夠滿足炸藥氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手運(yùn)行可靠性和效率、安全等方面的要求。通過VB環(huán)境下的PC與PLC通信應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了氣動(dòng)炸藥搬運(yùn)機(jī)械手遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，用VB通信控件編寫的實(shí)時(shí)通訊程序可靠、穩(wěn)定，很好地滿足了簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

［1］于洋，陳乃建，徐霞.基于 PLC的氣動(dòng)炸藥搬運(yùn)機(jī)械手研制[J].液壓與氣動(dòng), 2007,1:021.

［2］郁漢琪，郭健，等.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2004,7.

［3］劉圣才，李春葆.Visual Basic 6程序設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)[M].清華大學(xué)出版社，2002,1.