基于组态软件的机械手监控系统的设计

基于组态软件的机械手监控系统的设计内容摘要：

即共有 18个输入信号，且均为开关量。 输出信号端 :用来驱动三个气缸及夹紧 /放松的电磁阀需要 7个输出信号。 也就是，本控制系统有 18个输入信号， 7个输出信号，并考虑到今后调整和扩充，一般应加上 10%~15%的备用量。 电源部分 PLC一般使用 220V的交流电源，内部的开关电源为 PLC的中央处理器、存储器等电路提 6 供 5V、 177。 12V等直流电源，使 PLC能正常工作。 电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的 PLC，通常电源封装到机壳内部；对于模块式 PLC有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU封装到一个模块中。 本文中的电源属于上述最后一种情况。 PLC控制系统的软件设计 系统采用 STEP7— Micro/WIN32编程软件进行编程。 它是西门子公司专门为 S7200系列可编程控制器设计开发的。 编程软件的安装与项目的组成 1．编程软件的安装 安装编程软件的计算机应为 Windows操作系统，为了实现 PLC与计算机的通信，必须配备一条 PC/PPI电缆或 PPI多主站电缆。 图 3是 程软件的界面，项目包括下列基本组件： 1程序快， 2数据块， 3系统快， 4符号表， 5状态表， 6交叉引用表， 7项目中各部分的参数设置。 图 3 编程软件界面 通信参数的设置与在线连接的建立 1. 通信设置 PLC 软件的通讯设置包括：（图 4） ① 传输速率即（波特率）设置。 ② 串行通信方式设置如（ ppi、 usb 等）。 ③ 最高站地址 7 ④ 可编程控制器 PLC 地址，固定值 2. ⑤ 超时时间设置。 ⑥ 通信串口设置，与 PLC 接入的电脑并行串口一致。 本站地址设置，与 PLC 外接口保持一致。 图 4 通信设置 2 通信调试 1. 在 STEP 7Micro/WIN 中，点击浏览条中的 通讯 图标，或从菜单选择检视 组件 通讯。 （图 5） 图 5 通信调试 通讯 对话框的右侧窗格，单击显示 双击刷新 的蓝色文字。 如果成功地 在 个人计算机与设备之间建立了通讯，会显示一个设备列表（及其模型类型和站址）。 STEP 7Micro/WIN在同一时间仅与一个 PLC通讯。 会在 PLC周围显示一个红色方框，说明该 PLC 目前正在与 STEP 7Micro/WIN 通讯。 您可以双击另一个 PLC，更改为与 该 8 PLC 通讯。 如下图所示：（图 6） 图 6 通信调试 程序的编写与传送 1．编程的准备工作 在为控制系统编制程序前，首先创建一个项目。 执行菜单命令“文件”→“新建”，或者点击工具条最左边的“新建项目”按钮，生成一个新的项目。 执行菜单命令“文件” →“另存为”，可以修改项目的名称和项目文件所在的文件夹。 执行菜单命令“文件” →“打开”，或者直接点击对应的打开按钮，可以打开已有的项目。 项目存放在扩展名为 mwp的文件中。 PLC的型 号 在给 PLC编程之前，应正确的设置其型号，执行菜单命令“ PLC” →“类型”出现如图 7的对话框。 如果已经建立，单击确定，如果不知道 PLC的型号，单击“读取 PLC”，然后在单击确定。 图 7 PLC类型选择 编写与传送用户程序 选择梯形图语言编写用户程序。 梯形图程序被划分为若干个网络，一个网络中只能有 9 一块独立电路，有时一条指令也算一个网络。 如果一个网络中有两个独立的电路时，在编译时将会显示“无效网络或网络太复杂无法编译。 ” PLC 计算机与 PLC建立起通信连接后，可以将程序下载到 PLC 中。 单击工具栏中的“下载”按钮，出现如图 8 所示的对话框，单击下载，开始下载数据。 图 8 下载程序到 PLC 下载应在 STOP 模式进行，下载时可以将 CPU 自动切换到 STOP 模式，下载结束后可以自动转换到 RUN模式。 程序的编制 由于本控制系统为开关量的顺序控制，本文采用逻辑流程图设计程序。 梯形图编程语言 (LD)， 该语言习惯上叫梯形图。 梯形图沿袭了继电一接触器控制电路的形式，也可以说，梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制电路基 础上演变而来的，形象、直观、实用，电气技术人员容易接受，是目前用得最多的一种 PLC编程语言。 PLC 的梯形图是形象化的编程语言，梯形图左右两端的母线是不接任何电源的。 梯形图中并没有真实的物理电流流动，而仅仅是概念电流 (虚电流 )，或称为假想电流。 把 PLC 梯形中左边母线假想为电源相线，而把右边母线假想为电源零线，假想电流只能从左向右流动，层次改变只能先上后下。 假想电流是执行用户程序时满足输出执行条件的形象理解。 本论文的控制对象是具有搬运功能的机械手，可以完成 8个基本动作，上移、下移、伸出、收入、抓紧、放松、左摆 、右摆。 机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。 限 位开关检测机械手是否到达固定位置。 可编程控制器 (PLC)控制每个机械手的动作，实现机械手的自动运行。 本论文可编程控制器 (PLC)选用西门子（ SIEMENS）公司 S7200 系 10 列的 CPU226，机械手的开关量信号直接输入 PLC， PLC 通过中间继电器对电磁阀加以控制。 机械手的动作顺序依次是： 伸出 下移 抓起 右摆 伸出 下移 放下 上移 编程时，需要考虑到机械手能否在任何位置复位（即回到初始位置） ，上电清零（保证机械手初始状态始终为关闭）。 以下程序可以实现：当按下上电，机械手状态清零，接着按下开始，机械手处于准备状态，当按下运行后，程序开始运行，机械手动作（按照上面的动作顺序依次执行），执行完程序后，按下复位按钮，机械手回到初始状态，等待下一次命令。 该机械手控制程序较复杂， 运用模块化设计思想，采用“化整为零” 的方法， 将机械手控制程序分为： 公用程序、手动程序和自动程序， 分别编出这些程序段后， 再“积零为整”， 用条件跳转指令进行选择， 该控制程序运行效率高，可读性好。 整个程序流程图如图 9所示。 图 9 程序流程图 下面这段程序为手动方式下的程序。 初始化 启动 自动 /手动 手动程序 自动程序 停止 复位 11 自动方式控制程序在编程时应设置一些必要的联锁，例如上升与下降之间，以防止功能相反的两个输出同时为 ON。 自动方式流程图如图 10所示。 图 10 自动程序流程图 完整程序清单见附录 用编程软件监控与调试程序 用编程软件把程序写好后，把程序下载到 PLC 中，在菜单命令中选择“调试”→“开始程序状态监控”，可以用程序状态监控功能监控程序运行状况。 如果想在软件上进行强制改变数值，在运 行模式下，可以对程序中的某些变量强制性地赋值。 用鼠标右键单击状态表中的某个操作数，从弹出的对话框中可以选择对该操作数的强制或取消强制。 12 如 图 11所示。 图 11 通过强制 V、 M、 T或 C，强制功能可以用来模拟逻辑条件。 通过强制 I/O 点，可以用来模拟物理条件。 在写入或者强制输出时，如果 S72OO 与其他设备相连，可能导致系统出现无法预料的状况，引起人员伤亡或设备损坏，只有合格人员才能进行强制操作。 本程序也通过软件进行了调试，使用强制条件使程序运行一遍，其试验结果正确，如图12 所示。 图 12 编程软件监控 4 组态软件的工程设计与实现。