基于GE PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計及組態(tài)

衛(wèi)旋

摘要

工業(yè)科技的快速發(fā)展對產(chǎn)品的生產(chǎn)速度、質(zhì)量、效率等方面提出了更加嚴(yán)格的要求，機(jī)械手作為自動化控制產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，同時也可以保護(hù)人身安全，因而，對機(jī)械手控制方面的研究具有重要意義。本文介紹了GE PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)說明了使用GE配套軟件進(jìn)行系統(tǒng)的硬件配置、梯形圖的編寫以及組態(tài)界面設(shè)計的方法。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器（PLC） 機(jī)械手 梯形圖 組態(tài)

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，己不再適應(yīng)市場的要求。機(jī)械手的出現(xiàn)，正好解決了這一問題。它可以減輕勞動強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動生產(chǎn)線中，機(jī)械手的研制和生產(chǎn)已成為高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此機(jī)械手己收到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。

本文介紹的以GE PLC為控制核心的機(jī)械手，能夠模仿人手動作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運(yùn)工件。結(jié)合其配套的軟件，可完成對PLC控制器硬件的配置、梯形圖的編寫以及使用組態(tài)軟件完成監(jiān)視控制系統(tǒng)模型的建立，從而可實現(xiàn)人機(jī)交互，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對機(jī)械手的監(jiān)視與控制。

2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)圖

機(jī)械手的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 工作原理

該機(jī)械手主要用作搬運(yùn)工件，要求其按照指定軌跡進(jìn)行工件搬運(yùn)。因此，要求該機(jī)械手具有四個運(yùn)動：手指的開合，手臂的伸長回縮，手臂的上升下降，手臂在水平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)。進(jìn)行工作時，機(jī)械手伸出、下降到工件位置并抓起，然后上升并縮回手爪，轉(zhuǎn)動180°后手爪伸出并下降到工件位置并放開，將工件搬運(yùn)到另一處。

3 GE PLC的配置及軟件設(shè)計

GE Fanuce系列PLC是一種模塊化的結(jié)構(gòu)，包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照功能需求按照一定規(guī)則組合配置。如圖2所示。

GE相關(guān)的編程軟件是Prolicy MachineEdition（簡稱PME或ME）。PME是一個適用于邏輯程序編寫、人機(jī)界面開發(fā)、運(yùn)動控制及控制應(yīng)用的通用開發(fā)環(huán)境?？捎脕斫M態(tài)PAC控制器、遠(yuǎn)程I/O站、運(yùn)動控制器以及人機(jī)界面等，可以創(chuàng)建PLC控制程序、運(yùn)動控制程序和觸摸屏操作界面等，可以在線修改相關(guān)運(yùn)行程序和操作界面，還可以上傳和下載工程（包含組態(tài)和程序），監(jiān)視和調(diào)試控制程序。

使用PME編程的具體步驟如下：

（1）創(chuàng)建項目工程：啟動軟件，可建立一個新的工程項目。項目名稱可自定義，注意要選用相應(yīng)的控制器類型;

（2）填寫IP地址、硬件配置：要想使運(yùn)行PME軟件的電腦與底層PLC進(jìn)行通信，就要進(jìn)行IP地址的配置，具體操作為：右擊工程名下方的target，點擊屬性，將IPAddress設(shè)置成正確的地址。此后，將用到的各個模塊依次進(jìn)行相應(yīng)槽位的配置;

（3）編寫梯形圖：編寫程序前，要根據(jù)機(jī)械手的功能及動作過程，先畫出其程序流程圖，并對各個變量進(jìn)行Fo地址的分配，最后編寫梯形圖。機(jī)械手的輸入量包括啟動、停止、伸出、縮回、上升、下降等;輸出量包括指示燈、報警等等。

按照輸入輸出分配單元，依據(jù)具體的工藝流程，結(jié)合所學(xué)PLC梯形圖的基本知識、繪制原則及常用指令，編寫出可實現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)工件的梯形圖控制程序。使用GE提供的人機(jī)界面GE PME可以方便的寫出實現(xiàn)該功能的梯形圖，部分如圖3所示。

4 監(jiān)控界面的設(shè)計

組態(tài)軟件又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的軟件，處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的通用層次的軟件工具。iFIX是GE設(shè)備專用的一套工業(yè)自動化軟件，它為用戶提供一個過程化的窗口，提供實時數(shù)據(jù)給操作員以及軟件應(yīng)用。一臺運(yùn)行iFIX軟件的計算機(jī)稱為一個節(jié)點，一個從過程硬件獲取數(shù)據(jù)的節(jié)點稱為SCADA服務(wù)器。節(jié)點之間通過I/O驅(qū)動軟件和過程硬件進(jìn)行通信，建立并維護(hù)過程數(shù)據(jù)庫，具有數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)管理功能。

使用iFIX實現(xiàn)工程應(yīng)用的一般過程包括如下幾個步驟：

（1）I/O驅(qū)動器配置;

（2）數(shù)據(jù)庫構(gòu)造;

（3）組態(tài)畫面建立;

（4）動畫連接建立;

（5）運(yùn)行與調(diào)試。

經(jīng)過上述步驟，結(jié)合機(jī)械手的具體動作過程及PME軟件中相關(guān)輸入輸出變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即可得到如圖4所示的組態(tài)監(jiān)控界面。建立組態(tài)界面后，我們可以遠(yuǎn)程監(jiān)測機(jī)械手的動作情況，同時還可以遠(yuǎn)程發(fā)出控制命令。

5 結(jié)論

生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率;可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。并且采用PLC控制使接線簡單，安裝方便，而且保證運(yùn)行的可靠性，減少維修量，進(jìn)一步的提高了工作效率。采用GE相關(guān)組態(tài)軟件，還可做到遠(yuǎn)程實時監(jiān)測與控制機(jī)械手的動作，具有較好的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

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