基于PLC和WINCC的機械手監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、基于 PLC 和 WINCC 勺機械手監(jiān)控系統(tǒng)設計摘要當今社會，科學技術飛速發(fā)展，人類活動給世界帶來了巨大的改變。 在科技 進步的同時，以各種控制器控制的不同類型的機械手以其突出的性能越來越多的 被人們所應用。機械手在不同的作業(yè)場合，尤其是在特殊的環(huán)境背景下，為人類 活動的順利快速進行帶來了極大的方便和益處，尤為明顯的是在工業(yè)及軍事領域 內(nèi)。工業(yè)中大量的生產(chǎn)活動，存在著很多不便于人類操縱的環(huán)節(jié)， 特別是在工作 環(huán)境較危險的情況下，如果使用具有遠程控制功能的機械手， 則可以增加系統(tǒng)的 安全性，大大的節(jié)約損耗，提高效率。可見，在自動化、工業(yè)化進程中，在特殊 背景環(huán)境中使用機械手已成為一種必然的趨勢

2、。在本設計中介紹了國內(nèi)外機械手研究現(xiàn)狀及 PLC 的研究發(fā)展趨勢，描述了機 械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程。 研究了基于 PLC 的機械手模型控制系 統(tǒng)的設計，還研究了 WINC（在機械手控制系統(tǒng)中的應用。禾 I用組態(tài)軟件 WINCC 設計了機械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準確的機械手運 行狀態(tài)，進而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性， 充分提高了系統(tǒng)的工作 效率。關鍵詞：機械手，PLC，WINCC精品文檔I歡迎。下載目錄第一章 緒 論. 11.1 課題背景 . 11.2 設計目的和意義 . 1第二章 系統(tǒng)方案論證 . 32.1 使用 PLC 控制. 32.2 使用微

3、機控制 . 32.3 使用繼電器控制 . 32.4 系統(tǒng)框圖 . 3第三章 設計硬件 . 53.1 PLC 的 結構. 53.2 PLC 的選型. 53.3 西門子 PLC 的選型 . 63.4 限位開關 . 73.5 機械手的分類及選型 . 83.6 I/0 分配表 . 103.7 PLC 外部接線圖. 103.8 元器件清單 . 11第四章 軟件設計 . 134.1 程序流程圖 . 134.2 控制要求 . 144.3 程序設計 . 154.4 流程圖 . 154.5 梯形圖 . 17第五章 仿真軟件應用 . 195.1 仿真軟件的設置 . 195.2 程序的仿真 . 20第六章 系統(tǒng)的組

4、態(tài) . 236.1 WN NCC 的介紹. 236.2 軟件的通信與下載 . 236.3 創(chuàng)建 WN NCC 的項目 . 276.3.1建立 OPC#部變量. 276.3.2尋找通訊伙伴 . 286.4 在 WN NCC 中建立機械手監(jiān)控畫面 . 29第七章 系統(tǒng)的調試 . 317.1 硬件調試 . 317.2 系統(tǒng)調試 . 32結 論 . 33精品文檔II歡。迎下載參考文獻 . 34致 謝 . 35附 錄 . 36精品文檔1歡。迎下載第一章 緒 論1.1 課題背景隨著計算機技術的飛速發(fā)展，PLC （即可編程邏輯編程器的簡稱）已經(jīng)進入 日常生產(chǎn)、生活的各個方面，PLC 的應用在各行各業(yè)已成為必

5、不可少的內(nèi)容。 PLC 作為通用的工業(yè)計算機， 其功能日益強大， 已經(jīng)成為工業(yè)控制領域的主流控制設 備。 PLC從誕生至今，僅有 30 年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與 CAD/CA M 機器人技術一起被譽為當代工業(yè)自動化的三大支柱。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機械化、 自動化已成為突出的主題。 隨著工業(yè)化的 進一步發(fā)展， 自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱， 無人車間、 無人生產(chǎn)流水 線等等，已經(jīng)隨處可見。同時，現(xiàn)在生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高 溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不 利于人工進行操作。 工業(yè)機械手是近代自動控制領域中出現(xiàn)的一項新的

6、技術， 是 現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結合的產(chǎn)物， 并以現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng) 中的一個重要組成部分。 工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、 改善勞動條件、 提 高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪 聲以及帶有放射和污染的場合， 應用更為廣泛。 在我國，近幾年來也有較快發(fā)展， 并取得一定效果，受到機械工業(yè)和鐵路部門的重視。1.2 設計目的和意義機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識。 其一，它能部 分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時間和位置 來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機具進行焊接和裝配。因此， 它能

7、大大地改善工人的勞動條件， 顯著地提高勞動生產(chǎn)率， 加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機 械化和自動化的步伐。 因而，受到各先進工業(yè)國家的重視， 并投入了大量的物力 和財力加以研究和應用。尤其在高溫、高壓、 、粉塵、噪音以及帶有放射性和污 染場合，應用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成 果，受到各工業(yè)部門的重視。 本項目要求設計的機械手模型可以歸為一類， 即通 用機械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應用機械手。通過本次設 計，可以增強對工業(yè)機械手的認識，同時并熟悉掌握PLC 技術、 位置控制技術、氣精品文檔2歡。迎下載動技術等工業(yè)常用的技術。本次課題主要是應用西門子公司 S7-

8、200 系列 PLC 為例，對機械手的上下、 左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等； 電氣方面由交流電機、 操作臺等部件組成。 我們利用可編程技術， 結合相應的硬 件裝置，控制機械手完成各種動作。精品文檔3歡。迎下載第二章 系統(tǒng)方案論證2.1 使用 PLC 控制機械手控制系統(tǒng)若采用 PLC 控制，體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性 高、操作簡單、維修容易。由于 PLC 所具有的靈活性、模塊化、易于擴展等特點，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械手控制的不同工作要求。機械手控制采用 PLC 控制技術，可以大大提高該系統(tǒng)的自動化程度， 減少了大量的中間繼電器、 時間繼電器 和

9、硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。2.2 使用微機控制微機控制，成本比 PLC 低,邏輯針對性高，所以要在對整個系統(tǒng)非常了解的 時候才會使用，智能化比 PLC 高，專業(yè)應用的時候，實現(xiàn)的功能要比 PLC 多，具 有安全性可靠性最高的特點， 輸入輸出信號還可以實現(xiàn)一體化隔離， 通訊組態(tài)模 式最多。開發(fā)周期最長，一旦要有變化修改比較麻煩。2.3 使用繼電器控制繼電器，動作有壽命限制， 一個元件故障可能造成整個系統(tǒng)崩潰， 會將故障 擴大化，傳統(tǒng)繼電器觸點接觸不良容易出現(xiàn)故障，并且接線復雜抗干擾能力差， 難以實現(xiàn)模塊化和智能化，性價比較低。所以這種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰。綜上所述：PLC 控制具有體積

10、小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作 簡單、維修容易等特點，所以本設計采用 PLC 來進行控制。2.4 系統(tǒng)框圖本次設計的系統(tǒng)中， 通過監(jiān)控機械手不同的位置會產(chǎn)生不同的值， 經(jīng)過限位 開關傳感器將信號傳送給 PLC，傳送的信號通過 PLC 處理后將處理的信號傳送給 執(zhí)行器，執(zhí)行器根據(jù)傳送的數(shù)字量改變位置， 從而控制了機械手， 使機械手工作， 控制過程可以通過組態(tài)軟件進行監(jiān)控，系統(tǒng)框圖見圖 2-1 。精品文檔4歡迎下載圖 2-1 系統(tǒng)框圖精品文檔5歡迎下載第三章設計硬件3.1 PLC 的結構PLC 和一般的微型計算機基本相同， 也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組 成的。PLC 的硬件系統(tǒng)由微

11、處理器（CPU）、存儲器（EPROM ROM、輸入輸出（I/O）部件、電源部件、編程器、I/O 擴展單元和其他外圍設備組成。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。其結構簡圖如下：圖 2-1 PLC 硬件結構圖3.2 PLC 的選型（1） 歐姆龍 PLC 是一種功能完善的緊湊型 PLC 能為業(yè)界領先的輸送分散 控制等提供高附加值機器控制；它還具有通過各種高級內(nèi)裝板進行升級的能力，大程序容量和存儲器單元，以 Win dows 環(huán)境下高效的軟件開發(fā)能力。歐姆龍 PLC 也能用于包裝系統(tǒng)，并支持 HACCP（寄生脈沖分析關鍵控制點）過程處理標準。（2） 三菱 FXPLC 是

12、小形化， 高速度， 高性能和所有方面都是相當 FX 系列中 最高檔次的超小程序裝置，除輸入出 1625 點的獨立用途外，還可以適用于多 個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化 廣泛需要的PLC（3） 德國西門子（SIEMEN）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。西門子（SIEMENS 公司存儲器EPROM精品文檔6歡迎下載的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO S7-200（CN）, S7-1200, S7-300, S7-400,工業(yè)網(wǎng)絡，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。西門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標準化

13、，具有網(wǎng)絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC （如S7-200），小規(guī)模性能要求的 PL（如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC 如 S7-400）等。因為德國西門子公司公司生產(chǎn)的 PLC 在工業(yè)化領域有很高的占有率，絕大多 數(shù)廠商都使用的是西門子公司的 PLC，西門子公司的 PLC 配套設施齊全從 PLC 到 擴展模塊以及本設計所需要的執(zhí)行器，配套設施的兼容性好，有非常好的技術支 持，學習的資料較多，通訊效果非常好，抗干擾能力強，經(jīng)過性價比以及上述的 原因，本次設計使用 PLC 為西門子公司所生產(chǎn)的 PLG3.3 西門子 PLC 的選型（1） S

14、IMATIC S7-200S7-200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實 現(xiàn)復雜的控制功能。S7-200PLC 可提供 4 個不同的基本型號與 8 種 CPU 可供選擇 使用（2） SIMATIC S7-300S7-300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的 模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統(tǒng)。與 S7-200 PLC 比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.60.1 卩 s）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較 有效地實現(xiàn)了更為

15、復雜的算術運算；（3） SIMATIC S7-400S7-400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC 采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的 CPU并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。 當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充 分滿足需要。機械手控制屬于小型控制系統(tǒng)不需要中大型控制器，所以從性價比上考慮，德國西門子 S7-200 PLC 完全能夠勝任。S7-200 是一種小型的可編程序控制器， 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200 系列的

16、強精品文檔7歡迎下載大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。(4)PLC CPU 勺選型根據(jù) S7-200 各 CPL 型號的性能見表 3-1。表 3-1 CPU 性能圖CPU 型號輸入點輸出點訂貨號CPU-221646ES7 211-0AA23-0XB0CPU-222866ES7 212-1AB23-0XB8CPU-22414106ES7 214-1AD23-0XB8CPU-22624166ES7 216-2AD23-0XB8根據(jù)機械手控制需求，從 I/O 點數(shù)和轉換模塊來看 CPU-224 能夠滿足本次設 計需求。CPU224 具體參數(shù)見附錄。3.4 限位開關1、 接

17、近開關傳感器的概念 在各類開關中，有一種對接近它物件有“感知” 能力的元件一一位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開 關通或斷的目的，這就是接近開關。當有物體移向接近開關，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”， 開關才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。不同的接近開關檢出距離也不 同。2、 接近傳感器的選型和檢測對于不同的材質的檢測體和不同的檢測距離， 應選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選 型中應遵循以下原則：(1) 當檢測體為金屬材料時，應選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接 近傳感器對鐵鎳、A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不

18、銹鋼類檢測體，其 檢測靈敏度就低。(2) 當檢測體為非金屬材料時，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等， 應選用電容型接近傳感器。(3) 金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器（4）對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉 的磁性接近式傳感器或霍爾式接近傳感器。精品文檔8歡。迎下載從經(jīng)濟和性能來看，磁性接近式傳感器完全能夠達到對機械手的測量和信號 傳送所以本次設計采用磁性接近式傳感器。3.5 機械手的分類及選型工業(yè)機械手的種類很多， 關于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標準， 在此暫按使用范圍、驅動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。1、按用

19、途分 機械手可分為專用機械手和通用機械手兩種 :（1）專用機械手它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機 械裝置。專用機械手具有動作少、工作對象單一、結構簡單、使用可靠和造價低 等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機械手， 如自動機床、 自動線的 上、下料機械手。（2）通用機械手它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多 樣的機械手。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的， 通過調整可在不同場合使用， 驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。 通用機械手的工作范圍大、 定位精度高、 通用性 強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。 通用機械手按其控制定 位的方式不同可分為簡易型

20、和伺服型兩種 : 簡易型以“開一關”式控制定位，只 能是點位控制 : 可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制；同時還可分為伺服型和 一般型的機械手， 伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)， 一般的伺服型通用機械手 屬于數(shù)控類型。專用機械手具有動作少、 工作對象單一、 結構簡單等缺點， 而通用機械手的 工作范圍大、定位精度高、 通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動 化的生產(chǎn)。適合于本設計系統(tǒng)，所以采用通用機械手。2、按驅動方式分（1）液壓傳動機械手是以液壓的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。其主 要特點是 : 抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、動作靈敏。但對密封 裝置要求嚴格，不然油的泄漏

21、對機械手的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機械手采用電液伺服驅動系統(tǒng)， 可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制， 使機械手 的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴格，成本高。（2）氣壓傳動機械手是以壓縮空氣的壓力來驅動執(zhí)行機構運動的機械手。 其主要特點是 : 介質李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結構簡單，成本 低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性， 工作速度的穩(wěn)定性較差， 沖擊大，而且 氣源壓力較低，抓精品文檔9歡。迎下載重一般在 30 公斤以下， 在同樣抓重條件下它比液壓機械手的結 構大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。（3）機械傳動機械手即由機械傳動

22、機構 （ 如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇 機構等 ）驅動的機械手。它是一種附屬于工作主機的專用機械手，其動力是由工 作機械傳遞的。它的主要特點是運動準確可靠，用于工作主機的上、下料。動作 頻率大，但結構較大，動作程序不可變。（4 ）電力傳動機械手即有特殊結構的感應電動機、 直線電機或功率步進電機 直接驅動執(zhí)行機構運動的械手，因為不需要中間的轉換機構，故機械結構簡單。 其中直線電機機械手的運動速度快和行程長， 維護和使用方便。 此類機械手目前 還不多，但有發(fā)展前途。綜上所述，氣壓傳動由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差， 沖擊大，而且氣源壓力較低，不宜采用。機械傳動動作頻率大，但結構較

23、大，動 作程序不可變， 不宜采用。 電力傳動機械手需有特殊結構的感應電動機、 直線電 機等，也不宜采用。液壓傳動能抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結構緊湊、 動作靈敏，故采用液壓傳動。（ 三 ） 按控制方式分（1） 點位控制它的運動為空間點到點之間的移動， 只能控制運動過程中幾個 點的位置， 不能控制其運動軌跡。 若欲控制的點數(shù)多， 則必然增加電氣控制系統(tǒng) 的復雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機械手均屬于此類。（2） 連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線， 其特點是設定點為 無限的，整個移動過程處于控制之下， 可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準確的運動， 并且使用范 圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復雜。這類工業(yè)機械

24、手一般采用小型計算機進行控制。綜上所述，連續(xù)軌跡類機械手一般采用小型計算機進行控制，故不宜采用， 點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，符合本設計，所以采用點位控制。精品文檔10歡迎下載3.6 I/O 分配表輸入/輸出端子地址分配表 3-2因為所需的 PLC 輸入觸點為 17 個，為了可以有富余的輸入觸點，所以總共 需要18 個輸入觸點，所需的輸出觸點為 6 個。根據(jù)以上所以選擇的是 S7-200CPU22 理號的 PLC 機型和數(shù)字量擴展模塊為 EM 223 CN DC/RELAY（2）I/O 分配表表 3-2 I/O 地址分配表輸入信號輸出信號操作功能地址操作功能地址啟動按鈕 SB1I0

25、.0下降電磁閥 YV1Q0.0停止按鈕 SB2I0.1加緊電磁閥 YV2Q0.1手動方式 SA3-1I0.2上升電磁閥 YV3Q0.2單步方式 SA3-2I0.3右移電磁閥 YV4Q0.3單周期方式 SA5-1I0.4左移電磁閥 YV5Q0.4連續(xù)周期方式 SA5-2I0.5放松電磁閥 YV6Q0.5手動下降 SB3I0.6放松指示燈 HL0Q0.7手動加緊 SB4I0.7下降指示燈 HL1Q1.0手動上升 SB5I1.0加緊指示燈 HL2Q1.1手動右移 SB6I1.1上升指示燈 HL3Q2.0手動放松 SB7I1.2右移指示燈 HL4Q2.1手動左移 SB8I1.3左移指示燈 HL5Q2.

26、2光電開關 SP1I1.4下限開關 SQ1I2.0上限開關 SQ2I2.1右限開關 SQ3I2.2左限開關 SQ4I2.33.7 PLC 外部接線圖S7-200 外部接線電路圖 3-1精品文檔11歡迎下載1L1L2L2LIMIM2M2M2424 V V下降QD3M3M啟動停止于動單步單周期連續(xù)手動下降手動夾緊手動上升手動右移手動放松手動左移有/無王件檢稱下眼上限右限左限$4S45-2SO-IXSQJ3.8 元器件清單所需元器件見表 3-3Jfl.OJfl.O10.2附附S7-20010.710.711.011.012.212.2圖 3-1 外部接線圖夾緊上升百移左移放松

27、放松放松放松下降夾緊上升左移Q03QDJQDJQ0.5Q0.7Q1.0Q1.0Q1.1Q1.1Q2.DQ2.D元件名稱符號型號規(guī)格數(shù)量功能表 3-3 原件清單表精品文檔12歡迎下載精品文檔13歡迎下載隔離開關QSHZ15-63/3011線路主電源控制熔斷器FU1RL1-60/40 （熔座60A/ 熔體 40A）3主電路短路保護電磁閥YV1CJ40-16/03 380V1下降電磁閥YV2CJ40-16/03 380V1夾緊電磁閥YV3CJ40-9/03 380V1上升電磁閥YV4CJ40-9/03 380V1右移電磁閥YV5CJ40-9/03 380V1左移電動機M1J02-51-45.5kW

28、1410r/min1上下電動機電動機M2J02-22-41.5kW 1410r/min1左右電動機電動機M3J02-22-00.125kW2790r/mi n1夾緊放松電動機可編控制器S7-200S7-CPU224 CNAC/DC/RLY1系統(tǒng)控制可編控制器數(shù)字 量擴展模塊EM 223 CNDC/RELAY1系統(tǒng)控制低壓斷路器QF1DZ5-20/230-3A1PLC 電源開關隔離變壓器T1380/220V，功率500W1PLC 供電電源按鈕SB1HBY5（紅）1啟動按鈕SB2HBY5 （綠）1停止按鈕SB3HBY5（紅）1手動下降按鈕SB4HBY5 （綠）1手動夾緊按鈕SB5HBY5 （綠）1

29、手動上升按鈕SB6HBY5 （綠）1手動右移按鈕SB7HBY5 （綠）1手動放松按鈕SB8HBY5 （綠）1手動左移光電開關SP11有無工件檢測組合開關SA3HZ1-10/3J 10A500V1手動/單步切換組合開關SA5HZ1-10/3J 10A500V1單周期/循環(huán)切 換精品文檔14歡迎下載行程開關SQ1LX1-11K1下限行程開關SQ2LX3-11K1上限行程開關SQ3LX2-13L1右移第四章軟件設計4.1 程序流程圖系統(tǒng)流程圖是整個設計的重點，整個設計都是按著系統(tǒng)流程圖來設計，本設精品文檔15歡迎下載計的系統(tǒng)流程圖見圖 4-1精品文檔16歡迎下載圖 4-1 程序順序流程圖4.2 控制

30、要求（1） 完成把左工位的工件搬運到右工位；（2） 機械手有兩種控制方式：手動方式和自動方式；其中自動方式設有單步、單周期、連續(xù)三種工作方式。（3） 手動方式： 用按鈕對機械手的每步進行單獨控制， 類似于點動操作 住右行按鈕時，機械手右行，松開或碰到右限位開關時，右行停止于檢修。（4） 單步操作：每按一下啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。 用于系統(tǒng)的調試。下停止按下停止按豐豐r曰I 3E;當按此方式用此方式機械機械手在手在杏杏動啟動按動啟動按機械手向下運動機械手向下運動機械機械手向手向E E 械手右行運轉械手右行運轉否否夾緊工件夾緊工件否否機械手向上運動機械手向上運動否否宜動宜動到最到最

31、是是計時計時3S否否否否是是愆愆開工開工機械手向上運動機械手向上運動否否機械手左行運動機械手左行運動21否否否否（結束（結束J精品文檔17歡。迎下載（5）單周期操作：機械手從原點開始，按下啟動按鈕，機械手自動完成一個周 期的動作后停止。 在工作中若按一下停止按鈕， 則機械手動作停止。 重新啟動時 需用手動操作方式將機械手移回到原點， 然后按一下啟動按鈕， 機械手又開始重 新單周期操作。（6）連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手將自動地、連續(xù) 地周期性循環(huán)。 在工作中若按下停止按鈕， 則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作 后，回到原點自動停止。4.3 程序設計圖 4-1 順序功能圖是

32、S7-200 系列 PLC 重要的編程語言，主要用于設計具有 明顯階段性工作順序的系統(tǒng)。假如將一個控制過程分為若干工序（或階段） ，在 順序功能圖的設計方法中可將這些工序稱為狀態(tài)， 則狀態(tài)與狀態(tài)之間由轉換條件 分隔，相鄰的狀態(tài)具有不同的動作形式。 在 PLC 中， 每個狀態(tài)用狀態(tài)軟元件一狀 態(tài)繼電器 S 表示。 S7-200 PLC的狀態(tài)繼電器編號從 S0.0S31.7。4.4 流程圖該系統(tǒng)采用順序控制法，在順序功能圖中 , 在實現(xiàn)轉換時使前級步的活動結 束而使后續(xù)步的活動開始 ,步之間沒有重疊。這是系統(tǒng)中大量復雜的連鎖關系在 步的轉換中得以解決。如圖 4-2 所示。精品文檔18歡迎下載圖 4

33、-2 程序順序圖精品文檔19歡迎下載4.5 梯形圖梯形圖的設計本著簡單、可靠的設計原則，將所學知識運用到設計任務 當中。啟動信號，10.0 為啟動按鈕，實現(xiàn)最簡單的起保停功能，如圖 4-3 所示當確定了工作方式后，機械手便開始執(zhí)行程序，下行抓緊工件，延時2S,延時時間到，機械手上行，如圖 4-5 所示。M2.1I I1100M2_103I, I1圖 4-3起保停精品文檔20歡迎下載M22MQ4II(:)MO3C叭叭1圖 4-5 順序執(zhí)行機械手手動控制程序梯形圖如圖4-6所示。M0.0( (町町10M2.0(R)斗）桶1加緊圖 4-6 手動程序詳細梯形圖及語句表見附錄表上升右移左移放松精品文檔2

34、1歡迎下載第五章仿真軟件應用5.1 仿真軟件的設置打開仿真軟件，如圖 5-1 輸入密碼 6596,進入仿真軟件。和所有基于 Windows 的軟件一樣，仿真軟件最上方是菜單，仿真軟件的所有功能都有對應的菜單命令；圖 5-1 打開仿真軟件進入軟件后在配置目錄中選擇正確的CPU 如圖 5-2b 1沐臼羽-j pT 1.0 da CFUDirrei4Bi CVV精品文檔22歡迎下載圖 5-2 選擇 CPU精品文檔陰23歡迎下載SMB酊酊圖 5-3 加載程序5.2 程序的仿真加載后的所寫梯形圖的語句表會出現(xiàn)在窗口之上，方便進行核對如圖5-4L-. r勺1 a-二叮-.H fijJT L4FLELt 3

35、 L OH_“：I dA A Q3t g 該刪 ym期孟苗囂ISMHZ 0 11rSMB 29 _|0 1j圖 5-4 載入后窗口機械手控制器啟動時對應的輸出點見圖6-5然后對程序進行加載，如圖 5-3搖Gi SF 里jC. M K&r w蘇就苗?Cwctlur花Ph er Him 312IIAii IIIiil001CPU 214CPU 214冋16jp.c2 Slcqu.fr dt ill*iMpDTtfiJ* d.4simtirsCaraz cnCPUMLcrwiii V3,-1 :精品文檔24歡迎下載i- LnI.bMU廠w- jJ- 101i圖 6-5 仿真啟動啟動手動方式，

36、手動上升如圖 6-6圖 6-6 手動上升由此可見，手動程序能夠執(zhí)行，接下來仿真以單周期方式工作，按下啟動按 鈕，ITW卯陰ngJf*r ijrj4*n 0卜-屯紳暢盟 W 萌十精品文檔25歡迎下載選擇單周期運行方式，按下 10.4，則開始運行，如圖 6-7 所示。精品文檔26歡迎下載圖 6-7 單周期仿真運行仿真是判斷程序是否正確的一個關鍵，我們運行了手動及單周期的工作方式，PLC 仿真所對應的輸出點都亮了，所以 PLC 仿真成功。也可以看出所寫梯形 圖沒有錯誤。tS flto* 1 11 11 11 11_ _ _t JL ft M A ft J卜口河曲TU-FUC Vw出理ST 20DSJ

37、EMENSSMA1ICr-m精品文檔27歡迎下載第六章系統(tǒng)的組態(tài)6.1 WinCC 的介紹西門子公司的 WinCC 是 WindowsControlConter（視窗控制中心）的簡稱。 它集成了 SCADA 組態(tài)、腳本（Script）語言和 OPC 等先進技術，具有豐富的設置項 目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進 行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警 畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、 形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性

38、，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一 起,建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將 WinCC 乍為系統(tǒng)擴展的基 礎，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應用系統(tǒng)。6.2 軟件的通信與下載第一步：將 S7-200 的 PLC 用數(shù)據(jù)線連接然后然后設置 PG/PC 的通訊口，女口6-1 圖所示圖 6-1 設置 PG/PC 通訊口tJ STEP T-Ei rrEo/TTH -唳冃NSTVATTC I.ABJ匚阿伏耳文憚d）誼也IQ直暑MXCEJ週.乂皿 工Kg STL-I （J）*5Wj（K）J鼻 國B|a土二睥1 |IE |卜IJ5S1 *特性aCPU 22fi AELai.23FR ,U

39、黑I卉:典列簾號U-iU-CKffiTF左垃握哇+-磴i文寰引用姑歹an出型阿號 評孑XM-血能帝.+ ijjj:+ jj時f4 3 il-tlg tusHd*理挖嗣i創(chuàng)i十盤!醫(yī):+辺再盧.0?計If-1 HLtWLUU于財?shù)锰枛肆眶~加的S5擺型醫(yī)澤rTEMPTEMPTEMPTEMP程髙FG/re岳口徑LLBTEfflULiS問點域=31工i持口革加丿喚：ift算業(yè)二|電債I flg冊 ij r妙|r4 T Jh _tl FFi-zd i.M-血科 Jj il fla jq 賊 e 翳噪-jjjik+BIM*4疸點討1 jiQ SKitM血|中!耳貝廐圍WWI1KI1K揉ErEr點 r r耶

40、揖匡序倫珂*民WWWW枝ll lls sSJSJii ii口工P P吆曲眄晨ktkts;s;計母串申蜃倩輕母干豪曲陣盤msms MBMB皿強才疳亠衛(wèi) Q剖迪 QTIPPil曲曲 a* * + + + + + + + + + + * + + + + + + + + + +* * * * T-T-視EfpE3J金0曲直por ierbi+隹*1WTJI二I *1*11& ZPUH6RE*M+引哥號便* Q 校如 !SL：-怎:磁* EF交泄引用+歹通厘，濁鬥導+鼻工良JJ擔常jjrKW-刁炕-M卄444T-1事口THlA-I刑刪3祁i|n5：iRSnNQFMWi i p下霍rri HS知i

41、w理忸血再常農(nóng)白）：P盤呼宣P衣朋r也r油晝H誥至一壬一王j 7. ?J：）tjsnr TMihgi*iiuj3c.w IE*1-1A佃冃X.INT.O/ | 仆I叮：護|n b H卜七13-?B1l 9*丨，誦精品文檔圖 6-7 建立項目32歡迎下載菱1:D 0HDLTMJttCFCan(DJIl)l上掃HO 1B09LKfl0卞 G00 DKOLVBDBTR旳右石YBDnnWYEDS3TERM為 Access 創(chuàng)建變量打開 Access 并選擇新建 PLC 然后在新建項目，在項目屬性中設置個項目 的屬性，如圖 6-6 所示。圖 6-6 設置屬性重復上述步驟，建立機械手啟動到上下左右運行的項

42、目，如圖6-7 所示wtrhu謝匚i*a*a q 日高電Frajeqt-|綣牡| MdgfflaTT-t.iv精品文檔33歡迎下載6.3 創(chuàng)建 WinCC 的項目點擊新建項目，彈出新建項目的窗口，填寫創(chuàng)建項目的名字與其他參數(shù)見圖 7-8 所示。DUcanusa thisd.3 al o g L oxcre .TAttrn*! t*sIin0C匚Danijrd ca-tionDTL TT(E)義|團|解NaeC cwipul erStruicture tag Gr-I.n 機應豐住行Si-BwrTag二i機h?F右釘更給FT郵3/12/SMJ 1Q 33.3/ffiLl IdS.3/12./S3

43、1J io：ie.i/ii/anio：s.I/IZ/ZOL ID 13.Dni-iprAlu1* Lui-C t LdjEDhi:PtKLIhRTSerLptT-fligt tihraryVttr ftdtiiiu-Er fcttCTIXELfik4 Qblkllil: CluctxCwuUr IN孤塞lot arn-alarc QIC&啊護GWIhutl)SISTIlfl 1BT0Sjraten Lni a tftvCoiiectLiiLac 4ri：( (KLo*b-al ScriptTrt Lihrarj-VEITAdnKiutrk.tr C rV-XT-AVf-irv-niz

44、LdChtfKe s書富i;軒；廠爭自Wier-Etfl TtrnLnuicriEAft VindjQiVE. ITbi-varlr甜OLMitworkTD鈕股呼* LJVHMETb ST-Jj OfCSFTITJCOOKStHLh即“! 詐OreSferwiViiJZCOTCVAIitil1 Ji JEniOFC Itca. lanucrEil.卑肝i ni Qiip精品文檔36歡迎下載6.4 在 WinCC 中建立機械手監(jiān)控畫面沒有啟動前的監(jiān)控畫面見圖 6-10 所示圖 6-10 未啟動啟動開關后機械手下行并抓緊工件，見圖6-11 所示圖 6-11 下行并抓緊工件精品文檔37歡迎下載抓緊后

45、，機械手上行，如圖 6-12圖 6-12 抓緊并上行然后，機械手右行，如圖 6-13圖 6-13 機械手右行精品文檔38歡迎下載最后，機械手下行并釋放工件，系統(tǒng)完成動作并返回，如圖6-14圖 6-14 釋放工件從 WinCC 勺監(jiān)控畫面可以看出， 實現(xiàn)了基于 PLC 和 WinCC 勺機械手監(jiān)控與控 制。通過 WinCC 對機械手進行監(jiān)控使控制變得更加方便， 通過觸摸屏就可以對動 作進行監(jiān)控，減少了人力節(jié)約了資源。第七章系統(tǒng)的調試7.1硬件調試(1)硬件檢測調試精品文檔39歡。迎下載從硬件方面檢查系統(tǒng)的各個方面，保證系統(tǒng)的硬件接線正確（2）機械手控制程序的調試程序的模擬調試將設計好的程序寫入

46、PLC 后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入出現(xiàn)錯誤。用 戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模 擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用 PLC 上有關的法官二極管來顯示，一般不用接 PLC 實際的負載。 可以根據(jù)功能表， 在適合的時候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信 號，如限位開關觸點的接通和斷開。 對于順序控制程序， 調試程序的主要任務是 檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定， 即在某一轉換條件是現(xiàn)實時， 是否發(fā) 生的活動狀態(tài)的正確變化， 即該轉換所有的前級初步是否變?yōu)椴换顒硬剑?所有的 后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑?以及各步被驅動的負載是否發(fā)生相應的變化。 在程序調 試過程中出現(xiàn)了

47、一系列的問題，但最終都一一解決了。在使用STL 指令編程時，剛開始由于對 STL 指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯誤，加上機械手模型裝 置本身存在的一些問題， 所以在調試程序時， 機械手動作不符合控制要求。 經(jīng)過 不斷查閱資料，研究、改進，最終程序調試成功。機械手運行良好，動作正確、 符合控制要求。7.2系統(tǒng)調試（1） 機械手位于初始位置（壓合 SQ2 SQ4）時，按下啟動按鈕 SB,下降電磁閥 YV1得電，機械手下降直至壓合 SQ1 為止。（2） 夾緊電磁閥 YV2 得電，同時啟動定時器，2s 后工件夾緊。（3） 上升電磁閥 YV3 得電，機械手抓起工件上升，直至壓合 SQ2 為止。（4）

48、 機械手右移電磁閥 YV4 得電，機械手右移直至壓合 SQ3（5） 對工作臺進行檢查，確認上面無工件才允許機械手下降，采用光電開關進 行無工件檢測。（6） YV1 得電，機械手下降直至壓合 SQ1。（7） 夾緊電磁閥 YV2 失電，放工件到 B 臺，2s 后認定已放松。（8） YV3 得電，機械手上升，直至壓合 SQ2。（9） 機械手向左電磁閥 YV5 得電，機械手左移，直至壓合 SQ4 機械手回到原 點，完成一個循環(huán)。精品文檔40歡。迎下載結論在本次課題設計中，機械手模型控制系統(tǒng)采用 PLC 進行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動化程度， 減少了大量的中間繼電器、 時間繼電器和硬件接線， 提高了

49、控精品文檔41歡。迎下載制系統(tǒng)的可靠性。同時，使用 PLC 進行控制可方便更改生產(chǎn)流程，增強控制功 能。通過本次設計，可以根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)， 實現(xiàn)機械手控制系統(tǒng)的不同工作需求， 機械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可 操作性。利用組態(tài)軟件 WINCC 寸機械手控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，可以以最少的人員配置來 加強對機械手的管理，提供較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(tài)，進而為維 修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。WINC（是 一種比較新穎的軟件，將 WINCC 應用于機械手的自動控制對我來說是一次新的體驗。本文中介紹的機械手模型控制系統(tǒng)寸于教學有很好的

50、輔助作用。 機械手控制 技術是一項綜合型的技術， 機械手控制系統(tǒng)又是一個復雜的隨機系統(tǒng)， 本次設計 的機械手模型控制系統(tǒng)與真正的機械手控制系統(tǒng)之間還有很大的差距。 由于對組 態(tài)軟件WINC（掌握的不熟練，軟件的一些功能沒有能應用到監(jiān)控系統(tǒng)中。另外， 本文中的機械手模型控制系統(tǒng)比較簡單，還需要不斷改進和加強。參考文獻1趙金榮,葉真編. 可編程序控制器原理及應用 ,上海應用技術學院 ,20032董儒胥主編 . 電工電子選訓教程，上海交通大學出版社，20063王兆義主編 . 可編程序控制器教程 ，機械工業(yè)出版社， 20034鐘肇新， 彭侃編 . 華南理工大學出版社， 20015王永華主編 . 現(xiàn)代電

51、氣及可編程技術，北京航空航天大學出版社6湯以范主編 . 電氣與可編程序控制器技術，機械工業(yè)出版社， 2004精品文檔42歡。迎下載7苗常初編 . PLC 編程及應用，機械工業(yè)出版社， 20038廖常初. PLC 編程及應用機械工業(yè)出版社 ，19999賀哲榮 石帥軍.流行 PLC 實用程序及設計（西門子 S7-200 系列），西安科技 大學出版社， 200610袁秀英 石梅香主編 . 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與調試組態(tài)控制技術（第六 版） ,電子工業(yè)出版社， 201011北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.Win CC 用戶12張偉林主編.電氣控制與 PLC 應用，人民郵電出版社，200713朱紹祥.可編程序控制器（PC）原理與應用，上海交大出版社,2004致謝光陰似箭，日月如梭，時間過得很快，大學時光即將結束，轉眼間就要 畢業(yè)了。大學最后一個學期有一個任務就是做畢業(yè)設計。 畢業(yè)設計是對我們大學 所學知識的總結升華，同時也是對我們的一次檢測 。這次我的課題是基于 WINC （和 PLC 的機械手控制系統(tǒng)組態(tài)設計， 主要運用我 們所學的知識 PLC 和 WINC（組態(tài)軟件來完成這次畢業(yè)設計，在設計的過程中從最 初的設