焦 譯 袁新鋒邱 梁

（1.濟南大學泉城學院，山東 濟南250001；2.濟南大學 土木建筑學院，山東 濟南250001）

0 引言

炸藥作為一種易燃易爆危險品，一旦遇到明火或者是碰撞就會產(chǎn)生爆炸，對人類的生產(chǎn)、生活帶來災(zāi)難。特別是在軍用上，炸藥搬運是項很危險的工作，多以間斷生產(chǎn)方式，體力勞動強度大、生產(chǎn)條件惡劣、生產(chǎn)效率不高。為提高炸藥搬運與篩選過程中的自動化水平，本文采用氣動技術(shù)驅(qū)動的機械手系統(tǒng)完成對炸藥筒的搬運，通過將PC與PLC系統(tǒng)應(yīng)用于炸藥搬運機械手的監(jiān)控系統(tǒng)中，以PLC實現(xiàn)氣動搬運機械手的自動控制，以計算機對機械手系統(tǒng)實現(xiàn)實時檢測控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度。

1 氣動機械手遠程控制技術(shù)

由于炸藥搬運與篩選過程中，TNT炸藥屬于易燃、易爆危險品，因此，執(zhí)行元件采用氣動元件有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性。為了實現(xiàn)對氣動搬運機械手工作過程的監(jiān)控及遠程操作，控制系統(tǒng)分為兩級：管理級計算機和控制級計算機。該氣動炸藥機械手及其遠程控制原理如圖1所示。管理級計算機主要包括系統(tǒng)由上位機PC、PLC、驅(qū)動電路、執(zhí)行元件以及傳感器、外部控制信號等幾部分組成。

圖1 氣動機械手及其控制原理

從圖1可知，管理級計算機主要包括上位機PC及用戶程序兩個部分，計算機通過RS232通信接口與PLC相連，實現(xiàn)計算機與PLC的數(shù)據(jù)傳輸，而用戶界面由編程語言VB編寫，主要實現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機交互及對搬運系統(tǒng)的遠程控制。而控制級計算機PLC通過I/O接口與電磁閥、外部控制按鈕等連接，完成對氣動執(zhí)行元件的控制輸出以及相應(yīng)傳感器信號的反饋輸入等。

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)控點的運行狀態(tài)，以便實現(xiàn)實時監(jiān)控。上位機與下位機的通信采用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、停止位等，實現(xiàn)實時通信。本系統(tǒng)采用三菱FX2n－40MR系列可編程控制器，通過RS232/422編程電纜與上位機進行連接通信。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個通信命令，即讀命令（0）、寫命令（1）、強制通命令（7）、強制斷命令（8）。同時FX系列PLC采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到5個通信控制字符：

ENQ——計算機發(fā)出請求（05H）；

ACK——PLC對ENQ的確認回答（06H）；

NAK——PLC對ENQ的否認回答（15H）；

STX——信息幀開始標記（02H）；

ETX——信息幀結(jié)束標記（03H）。

PC機向PLC發(fā)送的報文格式如下：

PLC向PC機發(fā)送的報文格式如下：

因VB具有強大的圖形顯示功能，可以開發(fā)出界面良好的Windows標準風格的用戶圖形界面。同時，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與上位機之間數(shù)據(jù)傳輸信息：

3 氣動炸藥搬運機械手監(jiān)控軟件的實現(xiàn)

圖2 機械手控制界面

氣動炸藥搬運機械手計算機用戶界面主要包括手動操作界面與自動控制界面兩部分，該利手動控制界面與自動控制界面如圖2所示。

上位計算機主要完成運動命令的生成，在獲取機械手傳感器信息的基礎(chǔ)上，完成機械手動作在計算機屏幕上的實時顯示。在機械手出現(xiàn)故障時，允許通過手動控制界面的按鈕來遙控機械手。下位機PLC完成對電磁閥的控制從而驅(qū)動氣動執(zhí)行元件。

手動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)、時間顯示區(qū)、報警區(qū)以及日志報告區(qū)等。如圖2（b）所示。

4 結(jié)束語

該機械手采用PC、PLC兩級計算機控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對炸藥搬運過程的自動控制及各種狀態(tài)遠程監(jiān)測，能夠滿足炸藥氣動搬運機械手運行可靠性和效率、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，實現(xiàn)了氣動炸藥搬運機械手遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)運行結(jié)果表明，用VB通信控件編寫的實時通訊程序可靠、穩(wěn)定，很好地滿足了簡單的實時監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

［1］于洋，陳乃建，徐霞.基于 PLC的氣動炸藥搬運機械手研制[J].液壓與氣動, 2007,1:021.

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

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