基于PLC和MCGS的采摘机械手控制系统设计

◎邵长友 刘鹏厚

（青岛工学院，山东胶州 266300）

PLC作为通用的工业计算机，已经成为工业控制领域的主流控制设备，与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。采摘机械手是作物采摘机器人的执行末端，为了得到较高的采摘效率，往往在执行末端采用液压控制系统，本次拟采用PLC气动控制系统设计采摘机器人，并采用MCGS系统对机械手的作业状态进行监测，以达到快速准确的采摘效果。

一、PLC和MCGS在机械手控制系统中应用

机械手是自动控制领域最常遇到的控制对象，是提高劳动生产率和改善工人作业条件的一种重要手段，被广泛应用在各种机械和农业等领域。PLC是专门为工业环境下自动控制设计的控制装置，随着计算机技术和微电子技术的发展，PLC在硬件和软件编程、通讯联网等方面得到了较大的改善，已经成为机械手自动化控制的最重要配置之一。

MCGS是一套主要对PLC系统进行监控的软件，它可以快速地在计算机平台上构建和生成监控系统组态软件，通过对监控数据的处理，在监控到系统故障时可以进行预警，还可以通过流程控制与报表输出等多种方式为客户提供解决实际问题的方案，在机械手自动化控制过程中发挥重要的作用。本研究将MCGS应用到采摘机器人气动机械手快速控制系统的监控过程中，可对机械手的动作状态进行检测，为优化机械手的作业性能提供数据支持。

二、PLC和MCGS组态软件控制系统设计

对采摘机器人的动作和动作进行预定义编码，然后嵌入到硬件开关中，通过开关的动作来执行动作编码。每个动作指令都对应于相应的开关，对于动作的执行与否以及执行的好坏需要利用专门的软件进行监控。本次采用MCGS组态软件对PLC系统进行监测。

监测系统共分为两部分：一部分是组态环境；一部分是运行环境。其中，组态环境可以帮助用户构造系统，运行环境以用户个性化设计需求为依据，完成用户需求的目标和功能。

MCGS组态软件建立的应用系统包括主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5部分。主控窗口是本次采摘机械手监控的主体框架部分，可以加入一个设备窗口和多个用户窗口。设备窗口主要用来连接和驱动采摘机器人的机械手等末端设备，可以采集不同功能的末端设备的作业数据，将数据传输到数据库进行数据分析，并管理和调度设备的正常运行。用户窗口可以实现采摘机器人和人之间的交互功能。实时数据库是MCGS系统的核心，可以将采集的采摘机器人作业环境进行数据处理，是数据采集和信息输出的关键部分。其采集的数据利用实时数据库进行报警处理和存盘，还可以为系统的其他部分提供数据共享。运行策略主要是针对系统的运行流程而设计的，包括编程控制程序和功能构件的选择，使系统可以顺利的运行。

采摘机械手的PLC控制系统设计完成后，可以利用MCGS组态软件的监测功能对系统进行监测，根据监测到的机械手作业性能，对其进行结构优化，使采摘机械手能够发挥最大的采摘作用。

三、采摘机械手组态软件系统测试

基于PLC的采摘机械手控制系统完成后，可以利用 MCGS组态软件对其作业性能进行监测，同时利用MCGS系统对机械手的动作进行管理和调度，使采摘机械手的性能发挥到最佳状态。利用MCGS系统对实时数据进行采集，为了实现PLC气动采摘机械手的快速控制和监测，需要对系统进行实时数据采集，采集的数据可以直接输出，也可以以动画的形式输出。

对基于PLC气动采摘机械手的果实抓取和松开等功能进行了测试，测试的项目包括采摘的破损率和采摘时间等，并利用MCGS系统对作业情况进行了统计。从采摘的破损率来看，基于PLC控制的气动采摘机械手具有较高的控制精度，采摘的破损率较小。

四、结论

为了提高采摘机器人机械手的控制效率，将PLC控制和MCGS组态软件引入到了采摘机械手控制系统中，实现了采摘机械手的快速控制和状态监测，从而提高了机械手的控制效率。MCGS可以成功地监测机械手的作业状态数据，采用PLC控制系统具有较高的控制效率和准确性，可以满足采摘机械手快速控制的设计需求。