基于PLC和MCGS的采摘機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

◎邵長友 劉鵬厚

（青島工學(xué)院，山東膠州 266300）

PLC作為通用的工業(yè)計算機，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，與CAD/CAM、機器人技術(shù)一起被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化的三大支柱。采摘機械手是作物采摘機器人的執(zhí)行末端，為了得到較高的采摘效率，往往在執(zhí)行末端采用液壓控制系統(tǒng)，本次擬采用PLC氣動控制系統(tǒng)設(shè)計采摘機器人，并采用MCGS系統(tǒng)對機械手的作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)測，以達到快速準(zhǔn)確的采摘效果。

一、PLC和MCGS在機械手控制系統(tǒng)中應(yīng)用

機械手是自動控制領(lǐng)域最常遇到的控制對象，是提高勞動生產(chǎn)率和改善工人作業(yè)條件的一種重要手段，被廣泛應(yīng)用在各種機械和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。PLC是專門為工業(yè)環(huán)境下自動控制設(shè)計的控制裝置，隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC在硬件和軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)等方面得到了較大的改善，已經(jīng)成為機械手自動化控制的最重要配置之一。

MCGS是一套主要對PLC系統(tǒng)進行監(jiān)控的軟件，它可以快速地在計算機平臺上構(gòu)建和生成監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件，通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)的處理，在監(jiān)控到系統(tǒng)故障時可以進行預(yù)警，還可以通過流程控制與報表輸出等多種方式為客戶提供解決實際問題的方案，在機械手自動化控制過程中發(fā)揮重要的作用。本研究將MCGS應(yīng)用到采摘機器人氣動機械手快速控制系統(tǒng)的監(jiān)控過程中，可對機械手的動作狀態(tài)進行檢測，為優(yōu)化機械手的作業(yè)性能提供數(shù)據(jù)支持。

二、PLC和MCGS組態(tài)軟件控制系統(tǒng)設(shè)計

對采摘機器人的動作和動作進行預(yù)定義編碼，然后嵌入到硬件開關(guān)中，通過開關(guān)的動作來執(zhí)行動作編碼。每個動作指令都對應(yīng)于相應(yīng)的開關(guān)，對于動作的執(zhí)行與否以及執(zhí)行的好壞需要利用專門的軟件進行監(jiān)控。本次采用MCGS組態(tài)軟件對PLC系統(tǒng)進行監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)共分為兩部分：一部分是組態(tài)環(huán)境；一部分是運行環(huán)境。其中，組態(tài)環(huán)境可以幫助用戶構(gòu)造系統(tǒng)，運行環(huán)境以用戶個性化設(shè)計需求為依據(jù)，完成用戶需求的目標(biāo)和功能。

MCGS組態(tài)軟件建立的應(yīng)用系統(tǒng)包括主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略5部分。主控窗口是本次采摘機械手監(jiān)控的主體框架部分，可以加入一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口。設(shè)備窗口主要用來連接和驅(qū)動采摘機器人的機械手等末端設(shè)備，可以采集不同功能的末端設(shè)備的作業(yè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)分析，并管理和調(diào)度設(shè)備的正常運行。用戶窗口可以實現(xiàn)采摘機器人和人之間的交互功能。實時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，可以將采集的采摘機器人作業(yè)環(huán)境進行數(shù)據(jù)處理，是數(shù)據(jù)采集和信息輸出的關(guān)鍵部分。其采集的數(shù)據(jù)利用實時數(shù)據(jù)庫進行報警處理和存盤，還可以為系統(tǒng)的其他部分提供數(shù)據(jù)共享。運行策略主要是針對系統(tǒng)的運行流程而設(shè)計的，包括編程控制程序和功能構(gòu)件的選擇，使系統(tǒng)可以順利的運行。

采摘機械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，可以利用MCGS組態(tài)軟件的監(jiān)測功能對系統(tǒng)進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測到的機械手作業(yè)性能，對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使采摘機械手能夠發(fā)揮最大的采摘作用。

三、采摘機械手組態(tài)軟件系統(tǒng)測試

基于PLC的采摘機械手控制系統(tǒng)完成后，可以利用 MCGS組態(tài)軟件對其作業(yè)性能進行監(jiān)測，同時利用MCGS系統(tǒng)對機械手的動作進行管理和調(diào)度，使采摘機械手的性能發(fā)揮到最佳狀態(tài)。利用MCGS系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)進行采集，為了實現(xiàn)PLC氣動采摘機械手的快速控制和監(jiān)測，需要對系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)可以直接輸出，也可以以動畫的形式輸出。

對基于PLC氣動采摘機械手的果實抓取和松開等功能進行了測試，測試的項目包括采摘的破損率和采摘時間等，并利用MCGS系統(tǒng)對作業(yè)情況進行了統(tǒng)計。從采摘的破損率來看，基于PLC控制的氣動采摘機械手具有較高的控制精度，采摘的破損率較小。

四、結(jié)論

為了提高采摘機器人機械手的控制效率，將PLC控制和MCGS組態(tài)軟件引入到了采摘機械手控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了采摘機械手的快速控制和狀態(tài)監(jiān)測，從而提高了機械手的控制效率。MCGS可以成功地監(jiān)測機械手的作業(yè)狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用PLC控制系統(tǒng)具有較高的控制效率和準(zhǔn)確性，可以滿足采摘機械手快速控制的設(shè)計需求。