基于組態(tài)王的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于組態(tài)王kingview6.53的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：主要介紹了基于組態(tài)王Kingview6.53實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手控制系統(tǒng)的動畫設(shè)計(jì)，開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控界面。組態(tài)王通過設(shè)備驅(qū)動程序從現(xiàn)場硬件設(shè)備獲取實(shí)時數(shù)據(jù)并處理，以動畫的方式在上位機(jī)屏幕上顯示，同時按照組態(tài)要求和操作人員的指令使機(jī)械手按照設(shè)定的軌跡運(yùn)行，并且將現(xiàn)場數(shù)據(jù)以報表的形式在監(jiān)控界面中顯示出來。該系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動控制和管理。關(guān)鍵詞：機(jī)械手； S7-200 PLC； 組態(tài)王0 引言在工業(yè)生產(chǎn)中,人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及各種輻射等因素的危害,增加了操作人員的勞動強(qiáng)度,甚至于危及生命。機(jī)械手的問世,相應(yīng)的各種難題迎刃而解。本機(jī)械手

2、控制系統(tǒng)采用THFJX-1型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型。用西門子S7-200 PLC控制。 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用組態(tài)王kingview6.53組態(tài)軟件設(shè)計(jì)，組態(tài)王6.53是由亞控科技有限公司研制的組態(tài)軟件,是運(yùn)行于Microsoft Windows2000XP 中文平臺的中文界面的人機(jī)界面軟件,為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺,能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、曲線和報表輸出、企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等功能。通過對本監(jiān)控系統(tǒng)的分析，主要實(shí)現(xiàn)了以下兩個功能，一、充分利用了組態(tài)王的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示機(jī)械手的運(yùn)行的狀態(tài) 二、生

3、成實(shí)時報表和歷史報表并保存到指定的文件夾下，還可以對指定的變量進(jìn)行查詢。1 機(jī)械手的控制系統(tǒng)工作原理THFJX-1型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型，其主體由底板、實(shí)驗(yàn)桌（型材結(jié)構(gòu)）、旋轉(zhuǎn)底盤、氣動部分、手爪、三維（X、Y、Z）運(yùn)動機(jī)械及電氣控制等四部分組成。氣動部分由電磁閥和汽缸組成；三維運(yùn)動機(jī)械部分是一個采用滾珠絲杠傳動和齒輪傳動相結(jié)合的模塊化結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)定位功能。電氣控制是由西門子S7-200小型PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源模塊、開關(guān)電源、光電傳感器等器件組成。通過傳感器信號采集，PLC編程，對步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、電磁閥進(jìn)行較復(fù)雜的開關(guān)量控制、位置控制、時序邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手在工作臺面范圍內(nèi)物體抓取

4、、移、放的功能。具體的控制要求是：（1）按下上電按鈕后，機(jī)械手得電進(jìn)入工作狀態(tài)。（2）按下復(fù)位按鈕后，復(fù)位指示燈閃爍，不管機(jī)械手在什么位置，都將回到原始位置。（3）按下啟動按鈕后，啟動燈閃爍，當(dāng)按下運(yùn)行按鈕時，機(jī)械手臂伸出下移抓緊上升手臂收入左擺伸出下移放開上移手臂收入右擺，進(jìn)行一次循環(huán)運(yùn)行，最后回到原始位置，等待下一次運(yùn)行啟動。2 輸入輸出端子分配該機(jī)械手的控制為純開關(guān)控制，且所需I/O點(diǎn)數(shù)不多，一共使用了9個輸入量和9個輸出量。同時，為了確保今后系統(tǒng)的擴(kuò)展，本系統(tǒng)采用性價比較高的西門子S7-200的CPU226CN模塊，該模塊是具有40個I/O 點(diǎn)，包括24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)。其I/O

5、分配如表1所示。表1.PLC的I/O地址分配表輸入橫軸正限位I0.0輸出橫軸脈沖Q0.0豎軸正限位I0.1豎軸脈沖Q0.1橫軸反限位I0.2橫軸方向Q0.2豎軸反限位I0.3豎軸方向Q0.3旋轉(zhuǎn)脈沖I0.4手正轉(zhuǎn)Q0.4手正轉(zhuǎn)限位I0.5手反轉(zhuǎn)Q0.5手反轉(zhuǎn)限位I0.6底座正轉(zhuǎn)Q0.6底座正限位I0.7底座反轉(zhuǎn)Q0.7底座反限位I1.0電磁閥動作Q1.03 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn) 下面介紹利用組態(tài)王kingview6.53對機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)，其步驟如下：（1） 設(shè)備連接打開組態(tài)王軟件，進(jìn)入工程管理器，新建一個工程，選擇他的存儲路徑并設(shè)定項(xiàng)目名稱為“機(jī)械手”。進(jìn)入工程瀏覽器后，首先進(jìn)

6、行設(shè)備的連接。上位機(jī)COM1與PLC之間通過PC/PPI編程電纜連接，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А保嚓P(guān)配置如圖1所示 圖1 設(shè)備配置向?qū)В?）通訊設(shè)備參數(shù)設(shè)置在組態(tài)王工程瀏覽器的工程目錄顯示區(qū)，點(diǎn)擊“設(shè)備”大綱項(xiàng)下PLC 與上位計(jì)算機(jī)所連串口，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。PLC 的通信參數(shù)與組態(tài)王設(shè)置應(yīng)一致，同時組態(tài)王系統(tǒng)的COM1口設(shè)置要與PLC 一致。PLC 采用默認(rèn)的通信參數(shù)1如下：波特率為9600bps，通信協(xié)議為PPI，模式為十一位。（3）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王軟件的核心部分。建立在數(shù)據(jù)庫中的各種變量負(fù)責(zé)和各種外部

7、設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換, 以及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲, 它將組態(tài)的工程的各個部分連接成有機(jī)的整體2。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對話框，創(chuàng)建機(jī)械手控制系統(tǒng)各個變量數(shù)據(jù)。這些變量與PLC 內(nèi)部變量一一對應(yīng)，PLC的輸入輸出完全由組態(tài)王內(nèi)部變量代替。通過建立動畫連接，這樣PLC的實(shí)際輸入輸出狀態(tài)就以動畫的形式都反映在組態(tài)監(jiān)控界面上。變量的定義如圖2所示圖2 變量定義（4） 監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)和動畫連接 進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)，新建一個畫面。在畫面上創(chuàng)建機(jī)械手控制示意圖，畫中主要繪制了機(jī)械手，開始/復(fù)位按鈕和機(jī)械手位置指示燈。除此之外，畫面中

8、還增加了實(shí)時報表和指定查詢報表，在報表中插入要查詢的變量，以便用戶方存儲和查看。主畫面如圖3 所示 建立變量數(shù)據(jù)庫中的變量與組態(tài)畫面中各個對象間的聯(lián)系，從而使畫面能夠根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)的變化產(chǎn)生動畫效果。編寫應(yīng)用程序，用戶定義類似C語言的命令語言來驅(qū)動應(yīng)用程序。下面是部分應(yīng)用程序命令語言。if(本站點(diǎn)開關(guān)=1&&本站點(diǎn)橫軸反限位=1 &&本站點(diǎn)豎軸反限位=1) 本站點(diǎn)水平移動=本站點(diǎn)水平移動+1;if(本站點(diǎn)水平移動>=100) 本站點(diǎn)水平移動=100;if(本站點(diǎn)水平移動=100&&本站點(diǎn)手正轉(zhuǎn)限位=1&&本站點(diǎn)手反轉(zhuǎn)限位=1)

9、 本站點(diǎn)垂直移動=本站點(diǎn)垂直移動+1;if( 本站點(diǎn)垂直移動>=100) 本站點(diǎn)垂直移動=100;if(本站點(diǎn)手正轉(zhuǎn)限位=0&&本站點(diǎn)手反轉(zhuǎn)限位=0) 本站點(diǎn)垂直移動=本站點(diǎn)垂直移動-1;本站點(diǎn)木塊垂直移動=本站點(diǎn)木塊垂直移動+1;圖3 機(jī)械手監(jiān)控界面 (5) 系統(tǒng)運(yùn)行按照要求將上位機(jī)，PLC和機(jī)械手連接好以后，啟動組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVIEW,運(yùn)行機(jī)械手控制系統(tǒng)。將PLC開關(guān)指向RUN狀態(tài)，觀察組態(tài)畫面是否與機(jī)械手運(yùn)行一致，否則，檢查組態(tài)畫面動畫隱含連接正確與否，直至組態(tài)動畫正常運(yùn)行為止。4 設(shè)計(jì)過程遇到的問題及解決方法組態(tài)監(jiān)控過程中 PLC 和計(jì)算機(jī)之間是通過RS

10、232 串行口進(jìn)行通信3的，實(shí)驗(yàn)室中的PLC 和編程軟件STEP-7之間也是通過RS232 串行口進(jìn)行通信的，同一時刻只能有一個設(shè)備使用RS232串行口，所以在PLC梯形圖編輯完并下載到PLC上后，應(yīng)斷開編程軟件STEP-7和PLC之間的通信，否則組態(tài)監(jiān)控軟件是無法對PLC中各個寄存器的狀態(tài)進(jìn)行采樣監(jiān)控的。在進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)時，機(jī)械手的上移下移都很容易實(shí)現(xiàn)，但底座的旋轉(zhuǎn)需要要考慮到視角的變化，因此需要設(shè)計(jì)多組橫軸手臂，建立隱含連接。對在條件符合時，對應(yīng)的圖像才會顯現(xiàn)出來。程序控制為：if(本站點(diǎn)水平移動=100&&本站點(diǎn)垂直移動=0&&本站點(diǎn)木塊垂直移動=10

11、0)本站點(diǎn)隱含標(biāo)志=1;本站點(diǎn)木塊隱含標(biāo)志=1;if(本站點(diǎn)下降按鈕=1)本站點(diǎn)垂直移動1=本站點(diǎn)垂直移動1+1;本站點(diǎn)木塊垂直移動2=本站點(diǎn)木塊垂直移動2+1;if(本站點(diǎn)下降按鈕=0&&本站點(diǎn)木塊垂直移動2=100)本站點(diǎn)垂直移動1=本站點(diǎn)垂直移動1-1;if(本站點(diǎn)垂直移動1=0&&本站點(diǎn)木塊垂直移動2=100)本站點(diǎn)隱含標(biāo)志=05 結(jié)束語本機(jī)械手自動控制系統(tǒng)，其物理對象層控制采用西門子S7-200小型PLC是機(jī)械設(shè)備更靈活有效，動作準(zhǔn)確，易于維護(hù)和擴(kuò)展。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用組態(tài)王kingview6.53 組態(tài)軟件開發(fā)，操作界面友好，自動化程度高，監(jiān)控可靠4。本機(jī)械手控制系統(tǒng)的研制，