基于PLC的機械臂控制

1、天津理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目： 基于PLC的機械臂控制 姓 名： 學(xué) 院： 自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 2014年6月1日54基于PLC的機械臂控制摘 要啤酒是當(dāng)今世界上消費量最大的酒類飲料，全球啤酒產(chǎn)量已連續(xù)多年穩(wěn)步增長,我國的啤酒產(chǎn)量2002年達(dá)到2386萬噸超過美國成為世界上啤酒生產(chǎn)和消費量最大的國家。過去的人工抓瓶裝箱已經(jīng)顯得效率低下，因此機械臂的加入尤為重要，它不僅抓取快，而且能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，以機械臂裝箱配合入庫，工作效率非常高。在本設(shè)計中主要介紹了國內(nèi)外機械臂研究現(xiàn)狀及PLC的發(fā)展趨勢，簡要的描述了機械臂控制系統(tǒng)的工

2、作原理和動作的設(shè)計實現(xiàn)過程。研究了基于PLC的機械臂控制，并以學(xué)校實驗室的三自由度機械臂的實物為模型實現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：啤酒；機械臂；PLC； AbstractBeer is the world's largest alcoholic beverage consumption, a steady rise in global beer production has for many years, China's beer production in 2002 reached 23.86 million tons more than the United States

3、to become the largest country in the beer production and consumption in the world. The past artificial catch bottle packing is inefficient, so the addition of mechanical arm is particularly important, it not only crawl fast, and can adapt to bad working environment, with packing and mechanical arm w

4、ith warehousing, work efficiency is very high. In this design, this paper introduces the mechanical arm research status at home and abroad and the development trend of PLC, describes the working principle of mechanical arm control system and implementation process. Studied the model of manipulator b

5、ased on PLC control system design.Key words: beer; Mechanical arm; PLC;目 錄摘 要第一章 緒 論11.1 課題研究目的及意義11.2 國內(nèi)外機械臂研究概況11.3 課題研究的內(nèi)容2第二章 機械臂控制方式的選擇和可編程序控制器簡介32.1 機械臂控制方式的選擇32.1.1 控制方式的分類32.1.2 PLC與工業(yè)控制計算機（IPC）和集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較32.1.3 機械臂控制方式的選定42.2 可編程序控制器簡介52.2.1 PLC的結(jié)構(gòu).52.2.2 PLC的特點62.2.3 PLC的主要功能72.2.4 PLC

6、的經(jīng)濟分析72.2.5 PLC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢8第三章 機械臂模型控制系統(tǒng)的設(shè)計93.1 機械臂控制系統(tǒng)構(gòu)件概述93.1.1 步進電機93.1.2 步進電機驅(qū)動器93.1.3 傳感器113.1.4 直流電機驅(qū)動單元123.2 機械臂的動作實現(xiàn)過程123.3 PLC程序設(shè)計143.3.1 I/O點數(shù)的確定及PLC類型的選擇143.3.2 PLC的I/O分配143.3.3 編程指令的選擇143.3.4 PLC程序的設(shè)計153.4 PLC程序的調(diào)試153.4.1 PLC控制的安裝與布線153.4.2 機械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖163.4.3 機械臂控制程序的調(diào)試16第四章 組態(tài)王在機械臂控制系統(tǒng)中的應(yīng)

7、用174.1 組態(tài)王的概述174.1.1 組態(tài)王的簡介174.1.2 組態(tài)王的構(gòu)成174.1.3 組態(tài)王的主要特性和功能184.1.4 組態(tài)王的編程語言184.1.5 組態(tài)王的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)194.1.6 組態(tài)王的作用194.2 工程的建立與變量的定義204.2.1 工程的建立204.2.2 變量的分配204.2.3 變量定義的步驟214.2.4 設(shè)備與變量連接234.3 工程畫面的創(chuàng)建244.3.1 封面窗口及監(jiān)控畫面的制作254.3.2 運行策略的建立及腳本程序的編寫274.4 動畫的連接314.4.1 指示燈的動畫連接314.4.2 機械臂的動畫連接324.5 組態(tài)運行35第五章 結(jié) 論 36

8、參考文獻(xiàn)37致 謝38附 錄39附錄1 程序流程圖39附錄2 順序功能圖42附錄3 梯形圖43附錄4 指令表45 附錄5 PLC外部電氣接線圖.48天津理工大學(xué)自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計第一章 緒 論1.1 課題研究目的及意義機械臂是工業(yè)自動化領(lǐng)域中常常需要的一種高效可靠地自動化裝置。這些年來伴隨著工業(yè)自動化領(lǐng)域的技術(shù)革新，機械臂逐漸發(fā)展起來，并得到了較快的發(fā)展。機械臂廣泛地應(yīng)用在鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機加、噴漆、熱處理等各種不適宜人介入的工序。尤其是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械臂以其顯著的優(yōu)勢而受到廣泛的應(yīng)用。總之，機械臂在提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件

9、，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化中占據(jù)了重要的位置。無論是在國內(nèi)還是國外，都十分重視它的應(yīng)用與發(fā)展。可編程序邏輯控制器(PLC)就是專門針對工業(yè)環(huán)境而設(shè)計生產(chǎn)的一種邏輯控制器。伴隨著微電子技術(shù)行業(yè)、自動控制技術(shù)行業(yè)和計算機通信技術(shù)行業(yè)的突飛猛進，PLC也在硬件、軟件、通訊等功能以及模擬量輸入輸出控制等方面取得了長足的進步，成為工業(yè)自動化生產(chǎn)中必不可少的高科技裝備。由于實際生產(chǎn)中人力物力的投入很高，因此自動化技術(shù)的加入在節(jié)省人力物力等方面優(yōu)勢巨大，而且PLC也具有很多其他種類控制器所不具備的優(yōu)勢，比如通用性高、穩(wěn)定性好、配套設(shè)備齊全、編程軟件簡單易學(xué)，因此PLC是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的控制器

10、之一。機械臂已經(jīng)在歐美等發(fā)達(dá)國家有著廣泛應(yīng)用，例如用于采摘果實、收割莊稼、汽車結(jié)構(gòu)焊接等。目前來看，我國的自動化水平還處于起筆階段，是一個年輕的行業(yè)，應(yīng)用PLC來控制的機械臂還不是很多。本次課題設(shè)計的就是基于PLC的機械臂控制。通過此次設(shè)計不僅能夠更進一步學(xué)習(xí)PLC的控制方式和編程環(huán)境，更重要的是可以在實際操作過程中對PLC有更深的理解。就目前來看，啤酒是當(dāng)今前世界消費量最大的酒類飲料，千秋的啤酒產(chǎn)量需求越來越大，而我國更是一個啤酒消費大國。因此這次設(shè)計便是以些小的啤酒生產(chǎn)線成品啤酒的裝箱環(huán)節(jié)中三自由度機械臂為硬件來實現(xiàn)基于PLC的機械臂控制目的。過去的人工抓瓶裝箱已經(jīng)顯得效率低下，因此機械臂

11、的加入尤為重要，它不僅抓取快，而且能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，以機械臂裝箱配合入庫，工作效率非常高。1.2 國內(nèi)外機械臂研究概況工業(yè)機械臂的產(chǎn)生是伴隨著近代工業(yè)自動化水平的突飛猛進以及實際生產(chǎn)中的需要發(fā)展而來的，如今已經(jīng)成為實際生產(chǎn)中必不可少的自動化裝置。工業(yè)機械臂的加入顯著提高了生產(chǎn)過程的自動化程度并且改善了勞動條件、提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。近年來在我國工業(yè)機械臂的發(fā)展也是非常迅速的，需求量也是越來越大。自二十世紀(jì)六十年代初第一套機械臂系統(tǒng)的誕生，經(jīng)過將近40年的發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色。目前，正式服役

12、于生產(chǎn)中的機械臂大多屬于比較老式的一種，即程序開環(huán)控制機械臂。這種機械臂大多采用點位控制，也就是沒有反饋系統(tǒng)，不能根據(jù)實際情況的變化作出調(diào)整，這類機械臂主要應(yīng)用于焊接、噴漆和上下料等用途。如今使用比較廣泛的機械臂已經(jīng)和以前大有不同，他加入了反饋系統(tǒng)，也就是說有個感覺，雖然它仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但它能夠根據(jù)實際生產(chǎn)中的偏差來調(diào)整動作。這種機械臂廣泛應(yīng)用接觸傳感器一類的簡單傳感器和相應(yīng)的自適應(yīng)控制算法來實現(xiàn)。而現(xiàn)在最新的機械臂則是在前兩種的基礎(chǔ)上進行改良可再造，它既能夠感知外界環(huán)境和操作對象，又具有對復(fù)雜信息進行收集和處理的能力，能夠?qū)ψ陨淼膭幼鲗崿F(xiàn)自我智能化控制。用擬人的方法來說，它具有觸覺、

13、視覺、力覺、聽覺、味覺等多種感覺，就像工人一樣能實現(xiàn)搜索、追蹤、辨識等多種仿生功能，而且就像專家一樣，十分專業(yè)。目前機械臂的發(fā)展較為多元化，出現(xiàn)了仿人型機械臂、微型機械臂、智能機械臂等多種各具特色的機械臂。機械臂的應(yīng)用領(lǐng)域正由以前主攻工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)，而且現(xiàn)在加入更多尖端科技的軍事機械臂也廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在歐美等發(fā)達(dá)國家近幾年機械臂的發(fā)展趨勢迅猛，伴隨著機械臂性能不斷提高，價格的不斷下降，機械結(jié)構(gòu)模塊化、可重構(gòu)化以及控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器，越來越多的滿足各種需要的機械臂如雨后春筍般涌現(xiàn)。在國內(nèi)，目前機械臂的應(yīng)用主要在噴涂機械臂、裝配機械臂、弧焊機械臂、搬運機械臂、

14、點焊機械臂、特種機械臂，基本掌握了機械臂的設(shè)計制造，控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置以及軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆、弧焊以及周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)和控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機械臂焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來看，我國目前在自行設(shè)計和制造機械臂的方面已經(jīng)沒有技術(shù)障礙。1.3 課題研究的內(nèi)容本課題以啤酒瓶的抓取為研究對象，應(yīng)用PLC進行控制設(shè)計為主要內(nèi)容，對緩沖區(qū)的成品啤酒進行抓取裝箱，應(yīng)用PLC指令對伺服驅(qū)動器、步進電機驅(qū)動器以及直流電機三個對象進行算法控制，通過各個環(huán)節(jié)上相應(yīng)傳感器的反饋信息進行算法調(diào)節(jié)達(dá)到精確可靠抓取啤酒瓶并放入箱內(nèi)的功

15、能。第二章 機械臂控制方式的選擇和可編程序控制器簡介2.1 機械臂控制方式的選擇2.1.1 控制方式的分類較早的工業(yè)自動控制主要基于繼電器和一些分離的電路原件進行，這種控制器投資相對少一些，目前這種設(shè)備僅存的一些都服役于老企業(yè)和自動化程度很低的小企業(yè)，由于這種設(shè)備存在很多缺陷，如僅適合于簡單的邏輯控制，通用性差，不便于優(yōu)化和改造等，已遭到淘汰。我國在邏輯控制器為主力的自動化控制的大背景下，正以迅猛的步伐進行改造。邏輯控制器控制有硬件上至少有一個微處理器、通過軟件實現(xiàn)控制思想的特點。在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用最多也對為廣泛的有三種，即可編程序邏輯控制器（PLC）；工業(yè)控制計算機（IPC）；集散控制

16、系統(tǒng)（DCS）。2.1.2可編程序邏輯控制器（PLC）、工業(yè)控制計算機（IPC）以及集散控制系統(tǒng)（DCS）的比較1、各自技術(shù)發(fā)展的起源計算機可以滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求。其標(biāo)準(zhǔn)的硬件配置，標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議，以及超前的兼容性，豐富的軟件資源無一不是它的優(yōu)勢所在，加之實時操作系統(tǒng)的支持，使它在控制模型復(fù)雜和數(shù)據(jù)量巨大的控制對象時如魚得水。DCS在工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計算機為中心，所以它在模擬處理，控制一定的優(yōu)勢，最初主要應(yīng)用于連續(xù)過程控制。PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)成長而來，在工序控制方面應(yīng)用較多，早期PLC產(chǎn)品主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，其功能以開關(guān)量的順序控制為

17、主。近年來伴隨著各種高新技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的新技術(shù)加入到了PLC中，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了質(zhì)的飛躍。在早期邏輯開關(guān)量控制的基礎(chǔ)上，增加了算數(shù)運算、反饋調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量輸入輸出和PID調(diào)節(jié)算法等功能模塊；運算速度有了提高，中央處理單元的能力趕上了工業(yè)控制計算機的水平；而且隨著通信能力的提高，衍生了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，應(yīng)用這些也可構(gòu)成為一個集散系統(tǒng)。最重要的是個人機算機也引入到了PLC系統(tǒng)當(dāng)中，PLC在過程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場總線，暨向下拓展功能，開放總線。2、相同點在硬件方面，PLC、工業(yè)計算機、集散系統(tǒng)之間的界限逐漸模糊，各自的功能差異也在逐步縮小，都將由類

18、似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點。3、不同點雖然在硬件方面的差距逐漸縮小，但畢竟PLC和計算機是不同種類的兩種產(chǎn)品，經(jīng)過了多年的優(yōu)化和發(fā)展都形成了各自獨立的生態(tài)環(huán)境，尤其在各自的軟件資源方面區(qū)別很大。在編程環(huán)境方面，PLC主要使用編程器或者計算機軟件編寫程序，編程語言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)本身或用計算機布局形成組態(tài)形成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。需要特別之處的是PLC于STD總線工控機之間的區(qū)別，他們無論從維修、安裝和模塊組件功能都相差不多。PLC在脫機模式下運行表現(xiàn)出色，但當(dāng)它在線運行時如果想對他進行較大數(shù)據(jù)量的修改，其

19、能力比于STD工控機稍差，但是單純從開關(guān)量的控制來說，PLC則是不二選擇。在選擇控制器的時候，首先要從控制精度，控制需求，控制對象和經(jīng)濟節(jié)能的要求考慮。沒有一種控制器可以用于各種環(huán)境，也沒一種控制器一無是處，我們只可以根據(jù)不同的需要和不同的工作環(huán)境選擇一種最適合的來蠻子我們的需要即可。2.1.3 機械臂控制方式的選定PLC是通過在電腦上的專用軟件編寫控制程序然后通過下載線將程序下載到控制器來實現(xiàn)控制的。這種軟件繼承了PLC廠家的指令系統(tǒng)，而且廠家針對各自的PLC特點進行相應(yīng)的修改和功能增強。公司自成立以來，經(jīng)過20年的發(fā)展，在發(fā)達(dá)國家，歐洲，日本和其他美國目前已經(jīng)成為一個重要的行業(yè)，PLC已成

20、為國際市場的最流行的工業(yè)控制產(chǎn)品，應(yīng)用PLC編程實現(xiàn)程序控制設(shè)備已經(jīng)是但僅世界的大潮流。之所以PLC可以勝任各種工業(yè)場合的控制要求，離不開他針對工業(yè)場合的專門設(shè)計和優(yōu)化：高可靠性、高抗干擾的能力。編程安裝使用簡便、低價格長壽命。相比于單片機，他的輸入輸出更加的接近工業(yè)現(xiàn)場，不需要再在控制器與設(shè)備之間加更多的轉(zhuǎn)換以及驅(qū)動單元，這樣大大節(jié)省了設(shè)備組建的時間和工程量。PLC輸入是一個繼電器，晶體管和可控硅控制單元，上端與一般微機用戶連接。當(dāng)人們想要對PLC驚醒應(yīng)用是，不需要花大量時間進行專門的計算機應(yīng)用培訓(xùn)就能對可編程控制器進行編程操作和下載，并應(yīng)用他來實現(xiàn)自己想要的難易不同的工業(yè)控制任務(wù)。PLC的

21、優(yōu)點還有很多。機械臂的控制器如果選用PLC，不僅能夠減小體積和重量，而且控制方式靈活、可靠性高、操作簡單、維修容易，更重要的是可以便于以后的擴展和改造。正因為PLC所具有的靈活性、模塊化、易于擴展等優(yōu)點，才能夠很據(jù)現(xiàn)場的不同需要完成用戶的控制需求。機械臂采用PLC作為控制器，大大提高了系統(tǒng)的集成度，介紹呢過了空間，避免了繁雜的接線與工作量巨大的弊端，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，用PLC作為控制器可以方便的對系統(tǒng)流程進行更改和優(yōu)化。綜上所述，機械臂的控制方式選擇PLC進行控制最高效可靠。2.2 可編程序控制器簡介可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡

22、稱PLC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)進化而來，它不斷地改進增強優(yōu)化，不斷地向微型計算機靠攏，從而逐步的適應(yīng)了復(fù)雜控制任務(wù)的處理。2.2.1 PLC的結(jié)構(gòu)PLC很像一般的微型計算機，都是有硬件軟件系統(tǒng)組成。PLC的硬件系統(tǒng)由中央微處理器(CPU)、存儲器(EPROM，ROM)、輸入輸出口(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴展單元和其他外圍設(shè)備以模塊的形式拼接而成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成9。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：外設(shè)I/O接口 輸出部件存儲器 EPROM 微處理器 運算器 控制器電源 輸入部件I/O擴展接口 I/O擴展單元 受控元件輸入信號外部設(shè)備圖2-

23、1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種軟件和指令的集合，一般可分為系統(tǒng)固化程序和用戶下載程序兩大部分。系統(tǒng)固化程序是PLC產(chǎn)品必須包括的部分，由PLC的制造商提供的，用來控制PLC的操作和運行，系統(tǒng)程序存儲在EPROM。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件程序合二為一組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，他們相輔相成，缺了那一部分都不能正常工作。2.2.2 PLC的特點可編程序邏輯控制器簡稱PLC，它的主要核心部件是一種類似于微機處理器的中央處理單元，因此它相當(dāng)于專門用作自動化控制的計算機。當(dāng)今國內(nèi)國外普遍應(yīng)用可編程邏輯控制器作為機械臂的控制器，在智能化要求高控制

24、容量大的機械臂控制系統(tǒng)中更是離不開PLC。主要是因為PLC具有以下幾點優(yōu)勢：1、靈活、通用在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，應(yīng)用的主要控制部件是繼電器，整個系統(tǒng)需要預(yù)先設(shè)計好，然后根據(jù)設(shè)計好的圖紙進行布線焊接施工，所用設(shè)備固定，每套系統(tǒng)只對應(yīng)一種設(shè)備，如果工藝上出現(xiàn)一些小的改進或者調(diào)整，需要對控制系統(tǒng)加以調(diào)整的話，那么之前裝好的整個控制系統(tǒng)都要進行拆除，然后對其重新進行布線焊接施工等工作，浪費了大量的人力、物力、精力和時間。可編程邏輯控制器的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，它是將程序存儲在自身內(nèi)置的存儲芯片上，根據(jù)用戶存儲在芯片中的程序進行控制，如果遇到控制對象改變或者工藝流程改進的話，不需要將整個系統(tǒng)拆除，只需

25、要將相應(yīng)的線接好然后根據(jù)需要編寫控制程序即可。而且PLC更為強大的是如果當(dāng)前控制系統(tǒng)需要改變，只需要對PLC進行編程不需要再進行復(fù)雜的改造了，因此PLC作為控制器具有很大的靈活性、通用性。2、可靠性高、抗干擾能力強對于工業(yè)現(xiàn)場中的機械臂來說，高可靠性、強抗干擾能力是非常重要的一項指標(biāo)，這與生產(chǎn)安全和人員安全息息相關(guān)，如何讓控制器適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場各種復(fù)雜惡劣的環(huán)境是研制每一種控制系統(tǒng)必須要考慮的問題?，F(xiàn)代化的PLC設(shè)備普遍采用技術(shù)成熟的微電子原件和芯片，傳統(tǒng)的繼電器開關(guān)量輸入輸出由無損耗無誤觸發(fā)的半導(dǎo)體原件替代，其可靠性程度是使用傳統(tǒng)以繼電器來實現(xiàn)的機械結(jié)構(gòu)所無法比及的。而且為了讓PLC在環(huán)境極為惡

26、劣的工業(yè)現(xiàn)場穩(wěn)定工作，工程師們還在其設(shè)計和制造過程中對PLC的硬件層面和軟件層面采用了一系列可靠的抗干擾措施，讓其在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場也能游刃有余。3、操作方便、維修容易PLC的編程采用的語言是電氣操作人員普遍熟悉的的梯形圖和功能助記符，用戶可以很方便快速的掌握PLC的編程。對于使用者來說，幾乎不需要在進行專門的計算機知識培訓(xùn)便可完成簡單的編程控制。工程師編好的程序也能十分清晰直觀的展現(xiàn)在使用者面前，只需要將操作說明書寫清楚，操作人員經(jīng)短期的學(xué)習(xí)就可以使用。4、功能強現(xiàn)代化的PLC不僅具有傳統(tǒng)條件控制、計時、計數(shù)和步進等控制功能，而且更加強大的是它能夠完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理

27、以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等任務(wù)。因此在開關(guān)量和模擬量的混合控制中無需再增加單獨的設(shè)備進行改造。PLC既可以對對象控制也能對整套生產(chǎn)線進行控制，還能實現(xiàn)本地設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種復(fù)雜的任務(wù)。5、體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機電一體化由于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需要應(yīng)用大量的繼電器等元件，導(dǎo)致其體積、重量很難縮減，現(xiàn)如今，PLC的出現(xiàn)使用了大量的微電子元件，這樣一來無論從體積還有質(zhì)量上都大大減小，而且PLC是為了工業(yè)控制而設(shè)計的專用控制器，在結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用、體積小巧等方面都進行了專門優(yōu)化和設(shè)計，再加上PLC超強的抗干擾能力，讓其成為了工業(yè)生產(chǎn)控制中不二的選擇。但是，可編程序邏輯控制器控制也有其不足的地方，在價格

28、上高于繼電器，在開發(fā)易用性上不如單片機，而且程序不通用，不同廠家的PLC程序不能通用，都需要各自的編程軟件和配套的功能模塊。2.2.3 PLC的主要功能PLC是一種應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的工業(yè)自動化控制裝置，尤其在工廠自動化(FA)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要地位。PLC系統(tǒng)主要有以下功能：1) 多種控制功能；2) 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能；3) 通信聯(lián)網(wǎng)功能；4) 輸入、輸出接口調(diào)理功能；5) 人機界面功能；6) 編程、調(diào)試功能。如今PLC的重量、體積、功耗在原有基礎(chǔ)上不斷改進，硬件價格也逐漸走低，雖然在配套軟件上價格較高，但是各廠商為了使自己的產(chǎn)品推廣開也都地自己的軟件價

29、格進行了較大幅度的調(diào)整。另外，工業(yè)生產(chǎn)中采用PLC還可以大大縮短設(shè)計施工周期，盡快投入生產(chǎn)。PLC產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求11?？傊?，在各種環(huán)境中，PLC控制機械設(shè)備的使用在自動化生產(chǎn)線和生產(chǎn)過程的控制將更加廣泛。2.2.4 PLC的經(jīng)濟分析對PLC的經(jīng)濟分析，應(yīng)從以下幾方面考慮：1、從影響成本的各個因素綜合考慮目前生產(chǎn)設(shè)備的控制裝置有三種類型：繼電器控制；半導(dǎo)體器件控制；PLC控制。價格相對于其他兩種控制系統(tǒng)來說不能作為選擇PLC品牌的一個因素，而可靠性和易用性則是選擇PLC無可挑剔的重要原因。2、從設(shè)計、生產(chǎn)周期長短考慮對舊設(shè)備進行改造，設(shè)計新的生產(chǎn)

30、機械設(shè)備，優(yōu)先考慮的就是生產(chǎn)、設(shè)計周期問題，生產(chǎn)、設(shè)計周期越短，投入生產(chǎn)越早，盈利的時間就早。甚至希望設(shè)計、安裝、調(diào)試的同時就能夠進行生產(chǎn)，特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造的時候，原有的生產(chǎn)流程不能停止，增加的流程也要在之前的基礎(chǔ)上施工，因為工業(yè)生產(chǎn)中時間就是金錢，使用PLC就能輕松實現(xiàn)這一點。毫無疑問，就憑借這一點，PLC就可稱為工業(yè)領(lǐng)域中的佼佼者。而且這些功能都是在傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中無法實現(xiàn)的。使用PLC無需要對原有的布線進行大量改造，主要在程序上進行調(diào)整就可以完成，也就是說按照新的工藝流程對PLC程序重新進行設(shè)計和編寫就能夠?qū)ιa(chǎn)線進行改造。2.2.5 PLC發(fā)展?fàn)顩r及趨勢現(xiàn)代化PLC

31、的發(fā)展主要面向兩個方向：一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展12。1、大型網(wǎng)絡(luò)化主要向集散控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，具有一定功能的DCS系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)化程度高通信能力強是PLC的發(fā)展目標(biāo)，向下可與多個PLC相連，向上可以接入計算機、以太網(wǎng)等來構(gòu)成整個工廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。2、多功能隨著自調(diào)整、步進電機控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。第三章 機械臂模型控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1 機械臂控制系統(tǒng)構(gòu)件概述本課題設(shè)計使用的是校研究室啤酒生產(chǎn)線機械臂抓瓶裝箱環(huán)節(jié)的三自由度機械臂。機械臂使用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、

32、氣夾等部件按照相應(yīng)的功能進行組裝來組成；使用的電器元件有步進電機、伺服電機、直流電機、步進電機驅(qū)動器、伺服放大器、光電傳感器、金屬接近開關(guān)、開關(guān)電源、電磁閥、氣動閥等安裝在相應(yīng)的位置完成了實物裝置的組裝。3.1.1 步進電機采用二相八拍混合式步進電機來控制機械臂的動作，相比直流電機有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機械臂的運動更加穩(wěn)定。主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖3-1所示：圖3-1 步進電機電氣接線圖3.1.2 步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動器參數(shù)如下表3-1

33、、表3-2、表3-3、表3-4所示。PLC控制器與步進電機驅(qū)動器連接及工作原理，如圖3-2所示。步進電機驅(qū)動器有電源輸入部分、信號輸入部分、信號輸出部分等，利用驅(qū)動器可以很方便的對步進電機的轉(zhuǎn)速、方向進行控制。驅(qū)動器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動器信號端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見圖3-2中1.5K電阻）。驅(qū)動器輸入端為低電平有效。PLC通過控制其輸出點來控制驅(qū)動器光耦的開合，當(dāng)PLC輸出線圈得電表3-1 電氣規(guī)格說明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時間51s表3-2 電流

34、設(shè)定電流值SW1SW2SW30.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF表3-3 細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF表3-4 接線信號描述信 號功 能PUL脈沖信號：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時電機走一步DIR方向信號：

35、用于改變電機轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動OPTO光耦驅(qū)動電源ENA使能信號：禁止或允許驅(qū)動器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機A相A-電機A相B+電機B相B-電機B相時，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動器光耦導(dǎo)通，當(dāng)PLC輸出線圈失電時，晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動器光耦截止。另外若不采用驅(qū)動器，而采用PLC輸出觸點直接驅(qū)動步進電機，會占用很多的輸出觸點，同時給編程帶來不便。圖3-2 PLC控制器與步進電機驅(qū)動器連接及工作原理3.1.3 伺服電機伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置

36、。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。3.1.4 伺服放大器伺服放大器 即伺服驅(qū)動器（servo drives）又稱為“伺服控制器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。

37、一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達(dá)進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。功

38、率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐?。伺服進給系統(tǒng)的要求1、調(diào)速范圍寬2、定位精度高3、有足夠的傳動剛性和高的速度穩(wěn)定性4、快速響應(yīng)，無超調(diào)為了保證生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，除了要求有較高的定位精度外，還要求有良好的快速響應(yīng)特性，即要求跟蹤指令信號的響應(yīng)要快，因為數(shù)控系統(tǒng)在啟動、制動時，要求加、減加速度足夠大，縮短進給系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。5、低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強一般來說，伺服驅(qū)動器具有數(shù)分鐘甚至半小時內(nèi)1.5倍以上的過載能力，在短時間內(nèi)可以過載46倍而不損壞。6、可靠性高要求數(shù)控機床的進給驅(qū)動系統(tǒng)可靠

39、性高、工作穩(wěn)定性好，具有較強的溫度、濕度、振動等環(huán)境適應(yīng)能力和很強的抗干擾的能力。對電機的要求1、從最低速到最高速電機都能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速時，仍有平穩(wěn)的速度而無爬行現(xiàn)象。2、電機應(yīng)具有大的較長時間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。一般直流伺服電機要求在數(shù)分鐘內(nèi)過載46倍而不損壞。3、為了滿足快速響應(yīng)的要求，電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓。4、電機應(yīng)能承受頻繁啟、制動和反轉(zhuǎn)。3.1.4 傳感器本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開關(guān)（金屬傳感器），通過調(diào)整基座和氣夾上的金屬

40、塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變基座圖3-3 傳感器工作原理圖和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。機械臂的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運動范圍。1、接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。與PLC之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動作時，輸出端對地接通。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號輸入有效，工作原理如圖3-3所示。2、行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時，常開點閉合。3.1.4 直流電機驅(qū)動單元本裝置中直流電機驅(qū)動模塊是由兩個繼電器的吸合與斷開來控制電機的轉(zhuǎn)動方向的，

41、從而實現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。本模型所用輸入、輸出均為低電平有效。其中IN端接PLC的輸出端口，OUT端接模型的信號輸入端。COM端接PLC的傳感器電源負(fù)端。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖3-4所示。圖3-4 電平轉(zhuǎn)換板原理圖3.2 機械臂的動作實現(xiàn)過程機械臂的全部動作由步進電機和直流電機進行驅(qū)動控制。機械臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-5所示。步進電機的運動需要驅(qū)動器，有脈沖輸入時步進電機才會動作，且每當(dāng)脈沖由低變高時步進電機走一步；改變電機轉(zhuǎn)向時，需要加方向信號。機械臂的上升/下降、前伸/后縮動作就是通過控制這兩個步進電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的?；D(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機的

42、轉(zhuǎn)動方向來實現(xiàn)的。機械臂的放松/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時，機械臂放松；該線圈斷電時，機械臂夾緊13。打開電源，按下起動按鈕時，開機復(fù)位。機械臂的動作示意圖如圖3-6所示機械臂若不在原點則PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械臂上升。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械臂下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機械臂夾緊。夾緊后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，

43、機械臂上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一只輸入圖3-5 機械臂結(jié)構(gòu)示意圖圖3-6 機械臂的動作示意圖脈沖信號，步進電機一正轉(zhuǎn)，機械臂前伸，前伸到位時，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。主機向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械臂下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械臂放松。放松后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械臂上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。PLC向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機械臂后縮，當(dāng)后縮到底時碰到后限位開關(guān)，然后主機向

44、驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械臂下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點。至此，機械臂經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán)14。3.3 PLC程序設(shè)計3.3.1 I/O點數(shù)的確定及PLC類型的選擇本次設(shè)計使用的是啤酒生產(chǎn)線機械臂實物教學(xué)實驗裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進電機驅(qū)動器，控制步進電機運行。由于機械臂系統(tǒng)的輸入/輸出點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對PLC進行監(jiān)控和管理，該機械臂的控制為純開關(guān)量控制，且I/O點數(shù)不多，僅需11個輸入點和9個輸出點，考慮留有一定的裕量。故選用和利時LM-3106A主機，該機

45、輸入點為14個，輸出點為10個。3.3.2 PLC的I/O分配 根據(jù)機械臂動作的要求及機械臂實物教學(xué)實驗裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點分配如表3-5所示。表3-5 PLC的I/O分配表名稱輸入名稱輸出右限位1I0.4步進電機 PULO1.1右限位2I0.3步進電機DIRO1.0右限位3I0.1步進電機 ENAO0.7左限位I0.5伺服電機方向O0.2下限位I1.1伺服電機使能O0.4上限位I1.2伺服電機脈沖O0.3步進限位I1.3夾瓶氣動閥O0.5啟動按鈕I0.0直流電機+O0.1復(fù)位按鈕I0.2直流電機-O0.03.3.3 編程指令的選擇方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅

46、僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點，但因為存在大量的自保持觸點，使程序代碼較長。方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時，會有很大幫助。方案三：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進梯形指令）是三菱廠家設(shè)計的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護，且代碼較短。經(jīng)論證本次設(shè)計采用的編程方式選用方案三。3.3.4 PLC程序的設(shè)計梯形圖見附錄3.4 PLC程序的調(diào)試由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，因此一般不需要采

47、取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運行。因此，討論PLC設(shè)計調(diào)試就具有十分重要的意義。3.4.1 PLC控制的安裝與布線1、 輸入接線（1）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當(dāng)長些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號干擾，使PLC輸入信號大大增強。2、電源接線電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源，這對提高PLC的可靠性有很大幫助

48、。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機等）分開。為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級和次級之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個接地抽頭。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。在選用交流穩(wěn)壓器時，一般可按照實際最大需求容量的130%計算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠16。PLC供電電源為50Hz、220V±10%的交流電。由于本

49、設(shè)計使用的是FX1N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。3、接地正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。3.4.2 機械臂控制系統(tǒng)的外部接線圖PLC外部電氣接線圖見附錄5。3.4.3

50、機械臂控制程序的調(diào)試在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用梯形圖指令編程時，剛開始由于對梯形圖指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機械臂模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時，機械臂動作不符合控制要求。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進，最終程序調(diào)試成功。機械臂運行良好，動作正確、符合控制要求。第四章 組態(tài)王在機械臂控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.1 組態(tài)王的概述4.1.1 組態(tài)王的簡介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。組態(tài)王kingview6.55是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面

51、向低端自動化市場及應(yīng)用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺為目標(biāo)，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效地獲取信息，及時地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強大、運行穩(wěn)定且使用方便的特點，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進行了完善和擴充。組態(tài)王kingview6.55提供了豐富的、簡捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫精靈，同時也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供了簡單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史曲線、報表

52、及web發(fā)布功能進行了大幅提升與改進，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。組態(tài)王在保留了原報表所有功能的基礎(chǔ)上新增了報表向?qū)Чδ?，能夠以組態(tài)王的歷史庫或KingHistorian為數(shù)據(jù)源，快速建立所需的班報表、日報表、周報表、月報表、季報表和年報表。此外，還可以實現(xiàn)值的行列統(tǒng)計功能。組態(tài)王在web發(fā)布方面取得新的突破，全新版的Web發(fā)布可以實現(xiàn)畫面發(fā)布，數(shù)據(jù)發(fā)布和OCX控件發(fā)布，同時保留了組態(tài)王Web的所有功能：IE瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫面，IE客戶端與Web服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過網(wǎng)絡(luò)您可以在任何地方獲得與Web服務(wù)器上相同的畫面和數(shù)據(jù)顯示、報表顯示、報警顯示等

53、，同時可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場發(fā)布控制命令，實現(xiàn)實時控制的功能。組態(tài)王集成了對KingHistorian的支持，且支持?jǐn)?shù)據(jù)同時存儲到組態(tài)王歷史庫和工業(yè)庫，極大地提高了組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲能力，能夠更好地滿足大點數(shù)用戶對存儲容量和存儲速度的要求。KingHistorian是亞控新近推出的獨立開發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。具有單個服務(wù)器支持高達(dá)100萬點、256個并發(fā)客戶同時存儲和檢索數(shù)據(jù)、每秒檢索單個變量超過20,000 條記錄的強大功能。能夠更好地滿足高端客戶對存儲速度和存儲容量的要求，完全滿足了客戶實時查看和檢索歷史運行數(shù)據(jù)的要求。4.1.2組態(tài)王的構(gòu)成組態(tài)王系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。用戶的所有組

54、態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng)。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了組態(tài)王系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運行環(huán)境的過渡，它們之間的關(guān)系如圖4-1所示。組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)運行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫圖4-1 組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境關(guān)系圖由組態(tài)王生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分組成，如圖4-2所示。主控窗口設(shè)備窗口用戶窗口實時數(shù)據(jù)庫運行策略姿態(tài)網(wǎng)工控組態(tài)軟件菜單設(shè)計設(shè)置工程屬性設(shè)定存盤結(jié)構(gòu)添加工程設(shè)備連接設(shè)備變量注冊設(shè)備驅(qū)動創(chuàng)建動畫顯示設(shè)置報警窗口人機交互界面定義數(shù)據(jù)變量編寫控制流程使用功能構(gòu)件圖4-2 組態(tài)王用戶應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.1.3 組態(tài)王的主要特性和功能(1)實驗全部用軟件來實現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機界面友好、結(jié)