【中图分类号】TP271 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）11-0000-00

1引言

机械手具有较强的灵活性，运行平稳，操作简单，能够适应特殊场合的特殊生产，广泛应用于工业、农业、食品加工业等领域^[2]。但是通常意义的机械手存在着可视效果差和动作单一的问题，不能进行远程操控与监视。运用基于PLC的搬运机械手能有效提高生产速率，减轻劳动者的劳动强度。在此基础上，通过上位机连接到可远程控制的MCGS组态软件，可增加系统的安全性，提高可视效果，降低损耗，提高生产

效率^[2]。

本文提出了一种基于MCGS组态软件的搬运机械手控制系统设计方案，搬运机械手可垂直升降、水平移动、180°自由水平旋转，运用PLC进行机械手的可编程控制，并连接MCGS组态软件，将机械手的运行状态以动画的形式显示在上位机屏幕上，对机械手的运行情况进行实时监控。将上位机连接网络，并设置上位机的网络设置，即可进行远程Web操作和监视，将生产自动化与网络接轨。

2 机械手作业流程分析
    机械手的工作顺序分为十个步骤，如图1所示。

搬运机械手的动作是将右边工作台上的工件搬运到左边的工作台，循环运动，达到持续工作的目的。图1所示的机械手案例通过3个双线圈二位电磁阀，分别控制机械手手臂的升降，机械手手臂的伸缩，

机械手的左右旋转。一个单线圈二位电磁阀控制机械手手爪的夹紧与放松，线圈断电时，执行放松的动作，线圈通电时，执行夹紧的动作。在机械手的各个极限位置都设置了限位开关，对机械手的升降、伸缩、左右旋转进行动作限位，并发出动作到位的输入信号。机械手有循环动作、单周期运行、步进运行、单步运行4种工作方式。

在循环运行下，机械手按照设定好的动作进行工作。启动系统之后，机械手臂下降→手爪夹紧工件→手臂上升→手臂左转→手臂伸出→手臂下降→手爪松开工件→手臂上升→手臂缩回→手臂右转→回到原点等待命令。机械手臂伸缩、升降、左右旋转、手爪夹紧都有传感器判断其到位情况，只有传感器检测动作到位后，方能进行下一个动作。

3 PLC硬件设计

分析本搬运机械手的运动，其控制系统较简单，所需的输入点和输出点较少，故选用小型且具有良好操控能力的西门子S7-200系列中的CPU224，选用扩展点数为32的EM223作为系统的数字扩展模块^[3]。输入端与输出端的I/O分配表分别见表1和表2，控制系统PLC的输入输出接线图如图2所示。

4 组态环境设置

MCGS组态软件是一种控制与监视设备运行的通用工控界面编程软件。MCGS操作方便，设置简单，具有生动的构件，画面逼真，可运用于众多的输入输出设备。用户只要将PLC的I/O端配置完成，并将组态软件通过上位机与PLC连接，就可以实现与PLC之间的实时通信。进而实现机械手的运行状态监视和控制。
4.1 组态控制系统设计
    (1)在MCGS组态软件中，新建用户窗口“搬运机械手控制系统”。在实时数据库中，定义搬运机械手所需的各个变量，各个变量的设置参见图3所示。

(2)建立组态画面，进行画面编辑和画面连接，绘制出机械手的动画部分。根据机械手的运行动作，进行元件选择。运用与机械手各部分动作相同的构件，以此来实现与机械手相同的动作。并用旋转仪表显示搬运机械手的转动角度，时间显示框显示机械手运行时间，加入动作指示灯和开关按钮，机械手组态系统画面如图4所示。

(3)进行运行策略的编辑，包括编写控制程序(脚本程序)和选用各种功能构件，用户可根据搬运机械手的运动要求进行脚本编辑，编辑的方式与基本的Basic语言编辑相似。运用运行策略达到对机械手运行流程的控制。

4.2 上位机连接PLC

在MCGS的设备窗口，添加通用串口父设备西门子_S7200PPI，设置参数。在设备属性设置中添加设备通道，然后根据PLC的输入输出进行通道连接，使组态画面与PLC实现实时通讯，连接方式见图5中的注释，将上位机的并行串口与PLC的编程口进行连接，达到实时通讯。进行设备的调试，调试的具体方法参见文献^[4]。

PLC的运行状态不断被上位机读取并发送到MCGS组态软件，MCGS组态软件的控制指令被实时传送到PLC。上位机连接网络，并进行I/P地址设置和网络设置，工作人员便可通过Web网络操作和监视机械手的运行情况^[5]。以此达到无人值守的自动化生产^[6]。

5 结束语

运用PLC进行搬运机械手的控制，使机械手运行稳定可靠，对MCGS进行设置，并将MCGS端口与PLC端口连接，实现了自动化生产，并可进行远程监控和操作，也可根据需要进行远程Web操作。在网络盛行的时代，将工业生产与网络接轨具有重大意义。

参考文献

[1]黄斌达,王琦,陈发威.复杂曲面零件的逆向建模及数控加工仿真的研究[J]组合机床与自动化加工技

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[2]张伏,王唯,邱兆美等.基于MCGS组态软件的机械手控制系统设计.机床与液压,2015,43:23-27.

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[4]连一峰,戴英侠,王航.基于模式挖掘的用户行为异常检测[J].计算机学报,2002,25(3):325-330.

[5]黄磊,罗振军,许文婧等.一种爬塔机器人的设计.仿真与控制[J],工程设计学报,2015,22: 476-481.

[6]万频,刘永军,李学聪等. PLC与触摸屏在汽车真空助力器在线测试中的应用[J],制造技术与机床,2007,2:

117-119

作者简介

侯 磊 （1992-） 男 工学学士 研究生在读 研究方向：机电一体化方向