基于组态王的机械手监控系统设计

基于组态王 kingview6 53 的机械手监控系统设计 摘要 主要介绍了基于组态王 Kingview6 53 实现对机械手控制系统的动画设计 开发上位机监控界面 组态王通过设备驱动程序从现场硬件设备获取实时数据 并处理 以动画的方式在上位机屏幕上显示 同时按照组态要求和操作人员的 指令使机械手按照设定的轨迹运行 并且将现场数据以报表的形式在监控界面 中显示出来 该系统可以很好的实现机械手的自动控制和管理 关键词 机械手 S7 200 PLC 组态王 0 引言 在工业生产中 人们经常受到高温 腐蚀及各种辐射等因素的危害 增加了操 作人员的劳动强度 甚至于危及生命 机械手的问世 相应的各种难题迎刃而解 本机械手控制系统采用 THFJX 1 型机械手实物教学模型 用西门子 S7 200 PLC 控制 上位机监控系统采用组态王 kingview6 53 组态软件设计 组态王 6 53 是由 亚控科技有限公司研制的组态软件 是运行于 Microsoft Windows2000 XP 中文平 台的中文界面的人机界面软件 为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开 发平台 能够完成现场数据采集 实时和历史数据处理 报警和安全机制 流程 控制 动画显示 曲线和报表输出 企业监控网络系统等功能 通过对本监控 系统的分析 主要实现了以下两个功能 一 充分利用了组态王的图形编辑功 能 方便地构成监控画面 并以动画方式显示机械手的运行的状态 二 生成实 时报表和历史报表并保存到指定的文件夹下 还可以对指定的变量进行查询 1 机械手的控制系统工作原理 THFJX 1 型机械手实物教学模型 其主体由底板 实验桌 型材结构 旋 转底盘 气动部分 手爪 三维 X Y Z 运动机械及电气控制等四部分组 成 气动部分由电磁阀和汽缸组成 三维运动机械部分是一个采用滚珠丝杠传 动和齿轮传动相结合的模块化结构 用于实现定位功能 电气控制是由西门子 S7 200 小型 PLC 步进电机驱动电源模块 开关电源 光电传感器等器件组成 通过传感器信号采集 PLC 编程 对步进电机 直流 电机 电磁阀进行较复杂的开关量控制 位置控制 时序逻辑控制 实现对机 械手在工作台面范围内物体抓取 移 放的功能 具体的控制要求是 1 按下上电按钮后 机械手得电进入工作状态 2 按下复位按钮后 复位指示灯闪烁 不管机械手在什么位置 都将回到原 始位置 3 按下启动按钮后 启动灯闪烁 当按下运行按钮时 机械手臂伸出 下移 抓紧 上升 手臂收入 左摆 伸出 下移 放开 上移 手臂收入 右摆 进行一次循环运行 最后回到原始位置 等待下一次运行启动 2 输入输出端子分配 该机械手的控制为纯开关控制 且所需 I O 点数不多 一共使用了 9 个输 入量和 9 个输出量 同时 为了确保今后系统的扩展 本系统采用性价比较高 的西门子 S7 200 的 CPU226CN 模块 该模块是具有 40 个 I O 点 包括 24 个 输入点和 16 个输出点 其 I O 分配如表 1 所示 表 1 PLC 的 I O 地址分配表 横轴正限位 I0 0 横轴脉冲 Q0 0 竖轴正限位 I0 1 竖轴脉冲 Q0 1 横轴反限位 I0 2 横轴方向 Q0 2 竖轴反限位 I0 3 竖轴方向 Q0 3 旋转脉冲 I0 4 手正转 Q0 4 手正转限位 I0 5 手反转 Q0 5 手反转限位 I0 6 底座正转 Q0 6 底座正限位 I0 7 底座反转 Q0 7 输 入 底座反限位 I1 0 输 出 电磁阀动作 Q1 0 3 系统组态设计及功能实现 下面介绍利用组态王 kingview6 53 对机械手控制系统进行组态的设计 其步 骤如下 1 设备连接 打开组态王软件 进入工程管理器 新建一个工程 选择他的存储路径并 设定项目名称为 机械手 进入工程浏览器后 首先进行设备的连接 上位机 COM1 与 PLC 之间通过 PC PPI 编程电缆连接 选择工程浏览器左侧大纲项 设备 COM1 在工程浏览器右侧用鼠标左键双击 新建 图标 运行 设备 配置向导 相关配置如图 1 所示 图 1 设备配置向导 2 通讯设备参数设置 在组态王工程浏览器的工程目录显示区 点击 设备 大纲项下 PLC 与上 位计算机所连串口 进行参数设置 PLC 的通信参数与组态王设置应一致 同 时组态王系统的 COM1 口设置要与 PLC 一致 PLC 采用默认的通信参数 1 如 下 波特率为 9600bps 通信协议为 PPI 模式为十一位 3 构造数据库 数据库是组态王软件的核心部分 建立在数据库中的各种变量负责和各种 外部设备进行数据交换 以及相关数据的存储 它将组态的工程的各个部分连接 成有机的整体 2 选择工程浏览器左侧大纲项 数据库 数据词典 在工程浏 览器右侧用鼠标左键双击 新建 图标 弹出 变量属性 对话框 创建机械 手控制系统各个变量数据 这些变量与 PLC 内部变量一一对应 PLC 的输入 输出完全由组态王内部变量代替 通过建立动画连接 这样 PLC 的实际输入输 出状态就以动画的形式都反映在组态监控界面上 变量的定义如图 2 所示 图 2 变量定义 4 监控界面的设计和动画连接 进入组态王的开发系统 新建一个画面 在画面上创建机械手控制示意图 画中主要绘制了机械手 开始 复位按钮和机械手位置指示灯 除此之外 画面 中还增加了实时报表和指定查询报表 在报表中插入要查询的变量 以便用户 方存储和查看 主画面如图 3 所示 建立变量数据库中的变量与组态画面中各个对象间的联系 从而使画面能够 根据实际数据的变化产生动画效果 编写应用程序 用户定义类似 C 语言的命 令语言来驱动应用程序 下面是部分应用程序命令语言 if 本站点 开关 1 if 本站点 水平移动 100 本站点 水平移动 100 if 本站点 水平移动 100 if 本站点 垂直移动 100 本站点 垂直移动 100 if 本站点 手正转限位 0 本站点 木块垂直移动 本站点 木块垂直移动 1 图 3 机械手监控界面 5 系统运行 按照要求将上位机 PLC 和机械手连接好以后 启动组态王运行系统 TOUCHVIEW 运行机械手控制系统 将 PLC 开关指向 RUN 状态 观察组态画 面是否与机械手运行一致 否则 检查组态画面动画隐含连接正确与否 直至 组态动画正常运行为止 4 设计过程遇到的问题及解决方法 组态监控过程中 PLC 和计算机之间是通过 RS232 串行口进行通信 3 的 实 验室中的 PLC 和编程软件 STEP 7 之间也是通过 RS232 串行口进行通信的 同一时刻只能有一个设备使用 RS232 串行口 所以在 PLC 梯形图编辑完并下载 到 PLC 上后 应断开编程软件 STEP 7 和 PLC 之间的通信 否则组态监控软件 是无法对 PLC 中各个寄存器的状态进行采样监控的 在进行监控界面的设计时 机械手的上移下移都很容易实现 但底座的旋 转需要要考虑到视角的变化 因此需要设计多组横轴手臂 建立隐含连接 对 在条件符合时 对应的图像才会显现出来 程序控制为 if 本站点 水平移动 100 本站点 木块隐含标志 1 if 本站点 下降按钮 1 本站点 垂直移动 1 本站点 垂直移动 1 1 本站点 木块垂直移动 2 本站点 木块垂直移动 2 1 if 本站点 下降按钮 0 if 本站点 垂直移动 1 0 本站点 木块垂直移动 2 100 本站点 隐含标志 0 5 结束语 本机械手自动控制系统 其物理对象层控制采用西门子 S7 200 小型 PLC 是机械设备更灵活有效 动作准确 易于维护和扩展 上位机监控软件采用组 态王 kingview6 53 组态软件开发 操作界面友好 自动化程度高 监控可靠 4 本机械手控制系统的研制 对工业现场货物的搬运具有较强