基于PLC和WINCC的机械手监控系统设计.doc

基于基于 PLCPLC 和和 WINCCWINCC 的机械手监控系统设计的机械手监控系统设计 摘摘 要要 当今社会 科学技术飞速发展 人类活动给世界带来了巨大的改变 在科 技进步的同时 以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越 多的被人们所应用 机械手在不同的作业场合 尤其是在特殊的环境背景下 为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处 尤为明显的是在工业及 军事领域内 工业中大量的生产活动 存在着很多不便于人类操纵的环节 特 别是在工作环境较危险的情况下 如果使用具有远程控制功能的机械手 则可 以增加系统的安全性 大大的节约损耗 提高效率 可见 在自动化 工业化 进程中 在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势 在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及 PLC 的研究发展趋势 描述了 机械手控制系统的工作原理和动作实现过程 研究了基于 PLC 的机械手模型控 制系统的设计 还研究了 WINCC 在机械手控制系统中的应用 利用组态软件 WINCC 设计了机械手模型控制系统监控界面 提供了较为直观 清晰 准确的 机械手运行状态 进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性 充分提高了 系统的工作效率 关键词关键词 机械手 PLC WINCC 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 I 目录 第一章 绪 论 1 1 1 课题背景 1 1 2 设计目的和意义 1 第二章 系统方案论证 3 2 1 使用 PLC 控制 3 2 2 使用微机控制 3 2 3 使用继电器控制 3 2 4 系统框图 3 第三章 设计硬件 5 3 1 PLC 的结构 5 3 2 PLC 的选型 5 3 3 西门子 PLC 的选型 6 3 4 限位开关 7 3 5 机械手的分类及选型 8 3 6 I 0 分配表 10 3 7 PLC 外部接线图 11 3 8 元器件清单 11 第四章 软件设计 14 4 1 程序流程图 14 4 2 控制要求 14 4 3 程序设计 15 4 4 流程图 15 4 5 梯形图 17 第五章 仿真软件应用 19 5 1 仿真软件的设置 19 5 2 程序的仿真 20 第六章 系统的组态 23 6 1 WINCC 的介绍 23 6 2 软件的通信与下载 23 6 3 创建 WINCC 的项目 27 6 3 1 建立 OPC 外部变量 27 6 3 2 寻找通讯伙伴 28 6 4 在 WINCC 中建立机械手监控画面 29 第七章 系统的调试 32 7 1 硬件调试 32 7 2 系统调试 32 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 II 结 论 34 参考文献 35 致 谢 36 附 录 37 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 1 第一章第一章 绪绪 论论 1 11 1 课题背景课题背景 随着计算机技术的飞速发展 PLC 即可编程逻辑编程器的简称 已经进入 日常生产 生活的各个方面 PLC 的应用在各行各业已成为必不可少的内容 PLC 作为通用的工业计算机 其功能日益强大 已经成为工业控制领域的主流 控制设备 PLC 从诞生至今 仅有 30 年的历史 但是得到了异常迅猛的发展 并与 CAD CAM 机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱 在现代工业中生产过程的机械化 自动化已成为突出的主题 随着工业化 的进一步发展 自动化已经成为现代企业中的重要支柱 无人车间 无人生产 流水线等等 已经随处可见 同时 现在生产中 存在着各种各样的生产环境 如高温 放射性 有毒气体 有害气体场合以及水下作业等 这些恶劣的生产 环境不利于人工进行操作 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的 技术 是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物 并以现代机械制 造生产系统中的一个重要组成部分 工业机械手是提高生产过程自动化 改善 劳动条件 提高产品质量和生产效率的有效率的有效手段之一 尤其在高温 高压 粉尘 噪声以及带有放射和污染的场合 应用更为广泛 在我国 近几 年来也有较快发展 并取得一定效果 受到机械工业和铁路部门的重视 1 21 2 设计目的和意义设计目的和意义 机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识 其一 它能 部分代替人工操作 其二 它能按照生产工艺要求 遵循一定的程序 时间和 位置来完成工件的传送和装卸 其三 它能操作必要的机具进行焊接和装配 因此 它能大大地改善工人的劳动条件 显著地提高劳动生产率 加快实现工 业生产机械化和自动化的步伐 因而 受到各先进工业国家的重视 并投入了 大量的物力和财力加以研究和应用 尤其在高温 高压 粉尘 噪音以及带有 放射性和污染场合 应用得更为广泛 在我国 近几年来也有较快的发展 并 取得一定的成果 受到各工业部门的重视 本项目要求设计的机械手模型可以 归为一类 即通用机械手 在现代生产企业中 自动化程度较高 大量应用机 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 2 械手 通过本次设计 可以增强对工业机械手的认识 同时并熟悉掌握 PLC 技 术 位置控制技术 气动技术等工业常用的技术 本次课题主要是应用西门子公司 S7 200 系列 PLC 为例 对机械手的上下 左右以及抓取运动进行控制 该装置机械部分有滚珠丝杠 滑轨 机械抓手等 电气方面由交流电机 操作台等部件组成 我们利用可编程技术 结合相应的 硬件装置 控制机械手完成各种动作 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 3 第二章第二章 系统方案论证系统方案论证 2 12 1 使用使用 PLCPLC 控制控制 机械手控制系统若采用 PLC 控制 体积小 重量轻 控制方式灵活 可靠 性高 操作简单 维修容易 由于 PLC 所具有的灵活性 模块化 易于扩展等 特点 可以根据现场要求实现机械手控制的不同工作要求 机械手控制采用 PLC 控制技术 可以大大提高该系统的自动化程度 减少了大量的中间继电器 时间继电器和硬件接线 提高了控制系统的可靠性 2 22 2 使用微机控制使用微机控制 微机控制 成本比 PLC 低 逻辑针对性高 所以要在对整个系统非常了解的 时候才会使用 智能化比 PLC 高 专业应用的时候 实现的功能要比 PLC 多 具有安全性可靠性最高的特点 输入输出信号还可以实现一体化隔离 通讯组 态模式最多 开发周期最长 一旦要有变化修改比较麻烦 2 32 3 使用继电器控制使用继电器控制 继电器 动作有寿命限制 一个元件故障可能造成整个系统崩溃 会将故 障扩大化 传统继电器触点接触不良容易出现故障 并且接线复杂抗干扰能力 差 难以实现模块化和智能化 性价比较低 所以这种控制方式已经逐渐被淘 汰 综上所述 PLC 控制具有体积小 重量轻 控制方式灵活 可靠性高 操 作简单 维修容易等特点 所以本设计采用 PLC 来进行控制 2 42 4 系统框图系统框图 本次设计的系统中 通过监控机械手不同的位置会产生不同的值 经过限 位开关传感器将信号传送给 PLC 传送的信号通过 PLC 处理后将处理的信号传 送给执行器 执行器根据传送的数字量改变位置 从而控制了机械手 使机械 手工作 控制过程可以通过组态软件进行监控 系统框图见图 2 1 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 4 图 2 1 系统框图 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 5 第三章第三章 设计硬件设计硬件 3 13 1 PLCPLC 的结构的结构 PLC 和一般的微型计算机基本相同 也是由硬件系统和软件系统两大部分 组成的 PLC 的硬件系统由微处理器 CPU 存储器 EPROM ROM 输入输出 I O 部件 电源部件 编程器 I O 扩展单元和其他外围设备组成 各部分通 过总线 电源总线 控制总线 地址总线 数据总线 连接而成 其结构简图如 下 图 2 1 PLC 硬件结构图 3 23 2 PLCPLC 的选型的选型 1 欧姆龙 PLC 是一种功能完善的紧凑型 PLC 能为业界领先的输送分散 控制等提供高附加值机器控制 它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力 大程序容量和存储器单元 以 Windows 环境下高效的软件开发能力 欧姆龙 PLC 也能用于包装系统 并支持 HACCP 寄生脉冲分析关键控制点 过程处理 标准 2 三菱 FXPLC 是小形化 高速度 高性能和所有方面都是相当 FX 系列 中最高档次的超小程序装置 除输入出 16 25 点的独立用途外 还可以适用于 多个基本组件间的连接 模拟控制 定位控制等特殊用途 是一套可以满足多 存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器 电源 输 入 部 件 I O 扩 展 接 口 I O 扩 展 单 元 受 控 元 件 输 入 信 号 外 部 设 备 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 6 样化广泛需要的 PLC 3 德国西门子 SIEMENS 公司生产的可编程序控制器在我国的应用也 相当广泛 在冶金 化工 印刷生产线等领域都有应用 西门子 SIEMENS 公 司的 PLC 产品包括 LOGO S7 200 CN S7 1200 S7 300 S7 400 工业网络 HMI 人机界面 工业软件等 西门子 S7 系列 PLC 体积小 速度快 标准化 具有网络通信能力 功能更强 可靠性更高 S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC 如 S7 200 小规模性能要求的 PLC 如 S7 300 和中 高性能要求的 PLC 如 S7 400 等 因为德国西门子公司公司生产的 PLC 在工业化领域有很高的占有率 绝大 多数厂商都使用的是西门子公司的 PLC 西门子公司的 PLC 配套设施齐全从 PLC 到扩展模块以及本设计所需要的执行器 配套设施的兼容性好 有非常好的技 术支持 学习的资料较多 通讯效果非常好 抗干扰能力强 经过性价比以及 上述的原因 本次设计使用 PLC 为西门子公司所生产的 PLC 3 33 3 西门子西门子 PLCPLC 的选型的选型 1 SIMATIC S7 200 S7 200 PLC 是超小型化的 PLC 它适用于各行各业 各种场合中的自动检 测 监测及控制等 S7 200 PLC 的强大功能使其无论单机运行 或连成网络都 能实现复杂的控制功能 S7 200PLC 可提供 4 个不同的基本型号与 8 种 CPU 可 供选择使用 2 SIMATIC S7 300 S7 300 是模块化小型 PLC 系统 能满足中等性能要求的应用 各种单独的 模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统 与 S7 200 PLC 比较 S7 300 PLC 采用模块化结构 具备高速 0 6 0 1 s 的指令运算速度 用浮点数运 算比较有效地实现了更为复杂的算术运算 3 SIMATIC S7 400 S7 400 PLC 是用于中 高档性能范围的可编程序控制器 S7 400 PLC 采 用模块化无风扇的设计 可靠耐用 同时可以选用多种级别 功能逐步升级 的 CPU 并配有多种通用功能的模板 这使用户能根据需要组合成不同的专用 系统 当控制系统规模扩大或升级时 只要适当地增加一些模板 便能使系统 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 7 升级和充分满足需要 机械手控制属于小型控制系统不需要中大型控制器 所以从性价比上考虑 德国西门子 S7 200 PLC 完全能够胜任 S7 200 是一种小型的可编程序控制器 适用于各行各业 各种场合中的检测 监测及控制的自动化 S7 200 系列的强 大功能使其无论在独立运行中 或相连成网络皆能实现复杂控制功能 4 PLC CPU 的选型 根据 S7 200 各 CPU 型号的性能见表 3 1 表 3 1 CPU 性能图 CPU 型号输入点输出点订货号 CPU 221646ES7 211 0AA23 0XB0 CPU 222866ES7 212 1AB23 0XB8 CPU 22414106ES7 214 1AD23 0XB8 CPU 22624166ES7 216 2AD23 0XB8 根据机械手控制需求 从 I O 点数和转换模块来看 CPU 224 能够满足本次 设计需求 CPU224 具体参数见附录 3 43 4 限位开关限位开关 1 接近开关传感器的概念 在各类开关中 有一种对接近它物件有 感知 能力的元件 位移传感器 利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制 开关通或断的目的 这就是接近开关 当有物体移向接近开关 并接近到一定距离时 位移传感器才有 感知 开关才会动作 通常把这个距离叫 检出距离 不同的接近开关检出距离也 不同 2 接近传感器的选型和检测对于不同的材质的检测体和不同的检测距离 应选用不同类型的接近传感器 以使其在系统中具有高的性能价格比 为此在 选型中应遵循以下原则 1 当检测体为金属材料时 应选用高频振荡型接近传感器 该类型接 近传感器对铁镍 A3钢类检测体检测最灵敏 对铝 黄铜和不锈钢类检测体 其检测灵敏度就低 2 当检测体为非金属材料时 如 木材 纸张 塑料 玻璃和水等 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 8 应选用电容型接近传感器 3 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时 应选用光电型接近传 感器或超声波型接近传感器 4 对于检测体为金属时 若检测灵敏度要求不高时 可选用价格低廉 的磁性接近式传感器或霍尔式接近传感器 从经济和性能来看 磁性接近式传感器完全能够达到对机械手的测量和信 号传送所以本次设计采用磁性接近式传感器 3 53 5 机械手的分类机械手的分类及选型及选型 工业机械手的种类很多 关于分类的问题 目前在国内尚无统一的分类标 准 在此暂按使用范围 驱动方式和控制系统等进行分类 1 按用途分 机械手可分为专用机械手和通用机械手两种 1 专用机械手它是附属于主机的 具有固定程序而无独立控制系统的机 械装置 专用机械手具有动作少 工作对象单一 结构简单 使用可靠和造价 低等特点 适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手 如自动机床 自动 线的上 下料机械手 2 通用机械手它是一种具有独立控制系统的 程序可变的 动作灵活多 样的机械手 格性能范围内 其动作程序是可变的 通过调整可在不同场合使 用 驱动系统和控制系统是独立的 通用机械手的工作范围大 定位精度高 通用性强 适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产 通用机械手按 其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种 简易型以 开一关 式控制 定位 只能是点位控制 可以是点位的 也可以实现连续轨控制 同时还可分为 伺服型和一般型的机械手 伺服型具有伺服系统定位控制系统 一般的伺服型 通用机械手属于数控类型 专用机械手具有动作少 工作对象单一 结构简单等缺点 而通用机械手 的工作范围大 定位精度高 通用性强 适用于不断变换生产品种的中小批量 自动化的生产 适合于本设计系统 所以采用通用机械手 2 按驱动方式分 1 液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手 其主 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 9 要特点是 抓重可达几百公斤以上 传动平稳 结构紧凑 动作灵敏 但对密封 装置要求严格 不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响 且不宜在高 温 低温下工作 若机械手采用电液伺服驱动系统 可实现连续轨迹控制 使 机械手的通用性扩大 但是电液伺服阀的制造精度高 油液过滤要求严格 成 本高 2 气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手 其主要特点是 介质李源极为方便 输出力小 气动动作迅速 结构简单 成本 低 但是 由于空气具有可压缩的特性 工作速度的稳定性较差 冲击大 而 且气源压力较低 抓重一般在30公斤以下 在同样抓重条件下它比液压机械手 的结构大 所以适用于高速 轻载 高温和粉尘大的环境中进行工作 3 机械传动机械手即由机械传动机构 如凸轮 连杆 齿轮和齿条 间 歇机构等 驱动的机械手 它是一种附属于工作主机的专用机械手 其动力是由 工作机械传递的 它的主要特点是运动准确可靠 用于工作主机的上 下料 动作频率大 但结构较大 动作程序不可变 4 电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机 直线电机或功率步进电 机直接驱动执行机构运动的械手 因为不需要中间的转换机构 故机械结构简 单 其中直线电机机械手的运动速度快和行程长 维护和使用方便 此类机械 手目前还不多 但有发展前途 综上所述 气压传动由于空气具有可压缩的特性 工作速度的稳定性较差 冲击大 而且气源压力较低 不宜采用 机械传动动作频率大 但结构较大 动作程序不可变 不宜采用 电力传动机械手需有特殊结构的感应电动机 直 线电机等 也不宜采用 液压传动能抓重可达几百公斤以上 传动平稳 结构 紧凑 动作灵敏 故采用液压传动 三 按控制方式分 1 点位控制它的运动为空间点到点之间的移动 只能控制运动过程中几 个点的位置 不能控制其运动轨迹 若欲控制的点数多 则必然增加电气控制 系统的复杂性 目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类 2 连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线 其特点是设定点 为无限的 整个移动过程处于控制之下 可以实现平稳和准确的运动 并且使 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 10 用范围广 但电气控制系统复杂 这类工业机械手一般采用小型计算机进行控 制 综上所述 连续轨迹类机械手一般采用小型计算机进行控制 故不宜采用 点位控制它的运动为空间点到点之间的移动 符合本设计 所以采用点位控制 3 63 6 I 0I 0 分配表分配表 输入 输出端子地址分配表 3 2 因为所需的 PLC 输入触点为 17 个 为了可以有富余的输入触点 所以总 共需要 18 个输入触点 所需的输出触点为 6 个 根据以上所以选择的是 S7 200 CPU224 型号的 PLC 机型和数字量扩展模块为 EM 223 CN DC RELAY 2 I O 分配表 表 3 2 I O 地址分配表 输入信号输入信号输出信号输出信号 操作功能操作功能地址地址操作功能操作功能地址地址 启动按钮 SB1 I0 0 下降电磁阀 YV1 Q0 0 停止按钮 SB2 I0 1 加紧电磁阀 YV2 Q0 1 手动方式 SA3 1 I0 2 上升电磁阀 YV3 Q0 2 单步方式 SA3 2 I0 3 右移电磁阀 YV4 Q0 3 单周期方式 SA5 1 I0 4 左移电磁阀 YV5 Q0 4 连续周期方式 SA5 2 I0 5 放松电磁阀 YV6 Q0 5 手动下降 SB3 I0 6 放松指示灯 HL0 Q0 7 手动加紧 SB4 I0 7 下降指示灯 HL1 Q1 0 手动上升 SB5 I1 0 加紧指示灯 HL2 Q1 1 手动右移 SB6 I1 1 上升指示灯 HL3 Q2 0 手动放松 SB7 I1 2 右移指示灯 HL4 Q2 1 手动左移 SB8 I1 3 左移指示灯 HL5 Q2 2 光电开关 SP1 I1 4 下限开关 SQ1 I2 0 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 11 上限开关 SQ2 I2 1 右限开关 SQ3 I2 2 左限开关 SQ4 I2 3 3 73 7 PLCPLC 外部接线图外部接线图 S7 200 外部接线电路图 3 1 图 3 1 外部接线图 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 12 3 83 8 元器件清单元器件清单 所需元器件见表 3 3 表 3 3 原件清单表 元件名称符号型号规格数量功能 隔离开关 QSHZ15 63 3011 线路主电源控制 熔断器 FU1 RL1 60 40 熔 座 60A 熔体 40A 3 主电路短路保护 电磁阀 YV1 CJ40 16 03 380V 1 下降 电磁阀 YV2 CJ40 16 03 380V 1 夹紧 电磁阀 YV3CJ40 9 03 380V1 上升 电磁阀 YV4CJ40 9 03 380V1 右移 电磁阀 YV5CJ40 9 03 380V1 左移 电动机 M1 J02 51 4 5 5kW 1410r min 1 上下电动机 电动机 M2 J02 22 4 1 5kW 1410r min 1 左右电动机 电动机 M3 J02 22 0 0 125kW 2790r min 1 夹紧放松电动机 可编控制器 S7 200 S7 CPU224 CN AC DC RLY 1 系统控制 可编控制器数字 量扩展模块 EM 223 CN DC RELAY 1 系统控制 低压断路器 QF1DZ5 20 230 3A1 PLC 电源开关 隔离变压器 T1 380 220V 功率 500W 1 PLC 供电电源 按钮 SB1 HBY5 红 1 启动 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 13 按钮 SB2 HBY5 绿 1 停止 按钮 SB3 HBY5 红 1 手动下降 按钮 SB4 HBY5 绿 1 手动夹紧 按钮 SB5 HBY5 绿 1 手动上升 按钮 SB6 HBY5 绿 1 手动右移 按钮 SB7 HBY5 绿 1 手动放松 按钮 SB8 HBY5 绿 1 手动左移 光电开关 SP11 有无工件检测 组合开关 SA3 HZ1 10 3J 10A 500V 1 手动 单步切换 组合开关 SA5 HZ1 10 3J 10A 500V 1 单周期 循环切 换 行程开关 SQ1LX1 11K1 下限 行程开关 SQ2LX3 11K1 上限 行程开关 SQ3LX2 13L1 右移 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 14 第四章第四章 软件设计软件设计 4 14 1 程序流程图程序流程图 系统流程图是整个设计的重点 整个设计都是按着系统流程图来设计 本 设计的系统流程图见图 4 1 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 15 图 4 1 程序顺序流程图 4 24 2 控制要求控制要求 1 完成把左工位的工件搬运到右工位 2 机械手有两种控制方式 手动方式和自动方式 其中自动方式设有单步 单周期 连续三种工作方式 3 手动方式 用按钮对机械手的每步进行单独控制 类似于点动操作 当 按住右行按钮时 机械手右行 松开或碰到右限位开关时 右行停止 此方式 用于检修 4 单步操作 每按一下启动按钮 机械手完成一步动作后自动停止 此方 式用于系统的调试 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 16 5 单周期操作 机械手从原点开始 按下启动按钮 机械手自动完成一个周 期的动作后停止 在工作中若按一下停止按钮 则机械手动作停止 重新启动 时需用手动操作方式将机械手移回到原点 然后按一下启动按钮 机械手又开 始重新单周期操作 6 连续操作 机械手从原点开始 按一下启动按钮 机械手将自动地 连续 地周期性循环 在工作中若按下停止按钮 则机械手将继续完成一个周期的动 作后 回到原点自动停止 4 34 3 程序设计程序设计 图 4 1 顺序功能图是 S7 200 系列 PLC 重要的编程语言 主要用于设计具有 明显阶段性工作顺序的系统 假如将一个控制过程分为若干工序 或阶段 在 顺序功能图的设计方法中可将这些工序称为状态 则状态与状态之间由转换条 件分隔 相邻的状态具有不同的动作形式 在 PLC 中 每个状态用状态软元件 状态继电器 S 表示 S7 200 PLC 的状态继电器编号从 S0 0 S31 7 4 44 4 流程图流程图 该系统采用顺序控制法 在顺序功能图中 在实现转换时使前级步的活动结 束而使后续步的活动开始 步之间没有重叠 这是系统中大量复杂的连锁关系在 步的转换中得以解决 如图 4 2 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 17 Sm0 1 0 2 1 3 4 5 6 8 7 9 原原始始等等待待 下下降降YV1 夹夹紧紧YV2 上上升升YV3 右右移移YV4 YV4停停止止 下下降降YV5 放放松松YV6 上上升升YV3 左左移移YV5 启启动动SB1 下下线线开开关关SQ1 2S后后 上上限限开开关关SQ2 右右限限开开关关SQ3 光光电电开开关关SP 下下线线开开关关SQ1 3S后后 上上限限开开关关SQ2 左左限限开开关关SQ4 图 4 2 程序顺序图 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 18 4 54 5 梯形图梯形图 梯形图的设计本着简单 可靠的设计原则 将所学知识运用到设计任务 当中 启动信号 I0 0 为启动按钮 实现最简单的起保停功能 如图 4 3 所示 图 4 3 起保停电路 初始步开始 程序等待 看选择的工作方式 如图 4 4 所示 图 4 4 选择工作方式 当确定了工作方式后 机械手便开始执行程序 下行抓紧工件 延时 2S 延时时间到 机械手上行 如图 4 5 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 19 图 4 5 顺序执行 机械手手动控制程序梯形图如图 4 6 所示 图 4 6 手动程序 详细梯形图及语句表见附录表 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 20 第五章第五章 仿真软件应用仿真软件应用 5 15 1 仿真软件的设置仿真软件的设置 打开仿真软件 如图 5 1 输入密码 6596 进入仿真软件 和所有基于 Windows 的软件一样 仿真软件最上方是菜单 仿真软件的所有功能都有对应 的菜单命令 在工件栏中列出了部分常用的命令 图 5 1 打开仿真软件 进入软件后在配置目录中选择正确的 CPU 如图 5 2 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 21 图 5 2 选择 CPU 然后对程序进行加载 如图 5 3 图 5 3 加载程序 5 25 2 程序的仿真程序的仿真 加载后的所写梯形图的语句表会出现在窗口之上 方便进行核对如图 5 4 图 5 4 载入后窗口 机械手控制器启动时对应的输出点见图 6 5 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 22 图 6 5 仿真启动 启动手动方式 手动上升如图 6 6 图 6 6 手动上升 由此可见 手动程序能够执行 接下来仿真以单周期方式工作 按下启动 按钮 选择单周期运行方式 按下 I0 4 则开始运行 如图 6 7 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 23 图 6 7 单周期仿真运行 仿真是判断程序是否正确的一个关键 我们运行了手动及单周期的工作方 式 PLC 仿真所对应的输出点都亮了 所以 PLC 仿真成功 也可以看出所写梯 形图没有错误 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 24 第六章第六章 系统的组态系统的组态 6 16 1 WinCCWinCC 的介绍的介绍 西门子公司的 WinCC 是 WindowsControIConter 视窗控制中心 的简称 它集成了 SCADA 组态 脚本 Script 语言和 OPC 等先进技术 具有丰富的设 置项目 可视窗口和菜单选项 使用方式灵活 功能齐全 用户在其友好的界 面下进行组态 编程和数据管理 可形成所需的操作画面 监视画面 控制画 面 报警画面 实时趋势曲线 历史趋势曲线和打印报表等 它为操作者提供 了图文并茂 形象直观的操作环境 不仅缩短了软件设计周期 而且提高了工 作效率 WinCC 的另一个特点在于其整体开放性 它可以方便地与各种软件和 用户程序组合在一起 建立友好的人机界面 满足实际需要 用户也可将 WinCC 作为系统扩展的基础 通过开放式接口 开发其自身需要的应用系统 6 26 2 软件的通信与下载软件的通信与下载 第一步 将 S7 200 的 PLC 用数据线连接然后然后设置 PG PC 的通讯口 如 6 1 图所示 图 6 1 设置 PG PC 通讯口 第二步 选择属性 在选择本地连接 然后将本地连接中连接到选择口选 择到 COM1 如图 6 2 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 25 图 6 2 选择通讯口 第三步 在查看中选择通讯 出现通讯窗口 再窗口右侧双击刷新地址 如图 6 3 和图 6 4 所示 图 6 3 刷新 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 26 图 6 4 刷新开始 第四步 点击下载选项 弹出下载窗口点击下载 如图 6 5 所示 图 6 5 下载 这样就完成了 PLC 与 PC 之间的通讯并将梯形图下载到了 PLC 中 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 27 为 Access 创建变量 打开 Access 并选择新建 PLC 然后在新建项目 在项目属性中设置个项目 的属性 如图 6 6 所示 图 6 6 设置属性 重复上述步骤 建立机械手启动到上下左右运行的项目 如图 6 7 所示 图 6 7 建立项目 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 28 6 36 3 创建创建 WinCCWinCC 的项目的项目 点击新建项目 弹出新建项目的窗口 填写创建项目的名字与其他参数 见图 7 8 所示 图 6 6 新建项目 6 3 1 建立 OPC 外部变量 因为 WinCC 是与外部变量进行监控所以需要建立外部变量 点击 Tag Management 右键选择 Add new driver 在窗口中选择 OPC chn 见图 6 7 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 29 图 6 7 建立外部变量 6 3 2 寻找通讯伙伴 将外部变量建立好后 我们要将外部变量与 PC Access 建立通信 找到已 建好 OPC 点击鼠标左键打开 然后在打开的内容中容里点击鼠标右键选择寻找 伙伴就会弹出窗口 打开 LOCAL 选项 选中 S7 200 OPCServer 再点击 Brows Server 见图 6 8 图 6 8 寻找通讯伙伴 点击 Brows Server 后会弹出另一个窗口在 弹出的窗口中 Next 就会出现 刚才建立的变量 打开变量 见图 6 9 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 30 图 6 9 打开变量 6 46 4 在在 WinCCWinCC 中建立机械手监控画面中建立机械手监控画面 没有启动前的监控画面见图 6 10 所示 图 6 10 未启动 启动开关后机械手下行并抓紧工件 见图 6 11 所示 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 31 图 6 11 下行并抓紧工件 抓紧后 机械手上行 如图 6 12 图 6 12 抓紧并上行 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 32 然后 机械手右行 如图 6 13 图 6 13 机械手右行 最后 机械手下行并释放工件 系统完成动作并返回 如图 6 14 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 33 图 6 14 释放工件 从 WinCC 的监控画面可以看出 实现了基于 PLC 和 WinCC 的机械手监控 与控制 通过 WinCC 对机械手进行监控使控制变得更加方便 通过触摸屏就可 以对动作进行监控 减少了人力节约了资源 第七章第七章 系统的调试系统的调试 7 17 1 硬件调试硬件调试 1 硬件检测调试 从硬件方面检查系统的各个方面 保证系统的硬件接线正确 2 机械手控制程序的调试 程序的模拟调试 将设计好的程序写入 PLC 后 首先逐条仔细检查 并改正写入出现错误 用户程序一般先在实验室模拟调试 实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来 模拟 各输出量的通 断状态用 PLC 上有关的法官二极管来显示 一般不用接 PLC 实际的负载 可以根据功能表 在适合的时候用开关或按钮来模拟实际的 反馈信号 如限位开关触点的接通和断开 对于顺序控制程序 调试程序的主 要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定 即在某一转换条件是现实 时 是否发生的活动状态的正确变化 即该转换所有的前级初步是否变为不活 动步 所有的后续步是否变为活动步 以及各步被驱动的负载是否发生相应的 变化 在程序调试过程中出现了一系列的问题 但最终都一一解决了 在使用 STL 指令编程时 刚开始由于对 STL 指令掌握的不是很好 所以犯了不少错误 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 34 加上机械手模型装置本身存在的一些问题 所以在调试程序时 机械手动作不 符合控制要求 经过不断查阅资料 研究 改进 最终程序调试成功 机械手 运行良好 动作正确 符合控制要求 7 27 2 系统调试系统调试 1 机械手位于初始位置 压合 SQ2 SQ4 时 按下启动按钮 SB 下降电磁阀 YV1 得电 机械手下降直至压合 SQ1 为止 2 夹紧电磁阀 YV2 得电 同时启动定时器 2s 后工件夹紧 3 上升电磁阀 YV3 得电 机械手抓起工件上升 直至压合 SQ2 为止 4 机械手右移电磁阀 YV4 得电 机械手右移直至压合 SQ3 5 对工作台进行检查 确认上面无工件才允许机械手下降 采用光电开关进 行无工件检测 6 YV1 得电 机械手下降直至压合 SQ1 7 夹紧电磁阀 YV2 失电 放工件到 B 台 2s 后认定已放松 8 YV3 得电 机械手上升 直至压合 SQ2 9 机械手向左电磁阀 YV5 得电 机械手左移 直至压合 SQ4 机械手回到原 点 完成一个循环 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 35 结结 论论 在本次课题设计中 机械手模型控制系统采用 PLC 进行控制 大大提高了 该系统的自动化程度 减少了大量的中间继电器 时间继电器和硬件接线 提 高了控制系统的可靠性 同时 使用 PLC 进行控制可方便更改生产流程 增强 控制功能 通过本次设计 可以根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相 关参数 实现机械手控制系统的不同工作需求 机械手控制系统具有了很大的 灵活性和可操作性 利用组态软件 WINCC 对机械手控制系统进行监控 可以以最少的人员配置 来加强对机械手的管理 提供较为直观 清晰 准确的机械手运行状态 进而 为维修和故障诊断提供多方面的可能性 充分提高系统的工作效率 WINCC 是 一种比较新颖的软件 将 WINCC 应用于机械手的自动控制对我来说是一次新的 体验 本文中介绍的机械手模型控制系统对于教学有很好的辅助作用 机械手控 制技术是一项综合型的技术 机械手控制系统又是一个复杂的随机系统 本次 设计的机械手模型控制系统与真正的机械手控制系统之间还有很大的差距 由 西南科技大学应用型自学考试毕业设计 论文 36 于对组态软件 WINCC 掌握的不熟练 软件的一些功能没有能应用到监控系统中 另外 本文中的机械手模型控制系统比较简单 还需要不断改进和加强 参考文献参考文献 1 赵金荣 叶真编 可编程序控制器原理及应用 上海应用技术学院 2003 2 董儒胥主编 电工电子选训教程 上海交通大学出版社 2006 3 王兆义主编 可编程序控制器教程 机械工业出版社 2003 4 钟肇新 彭侃编 华南理工大学出版社 2001 5 王永华主编 现代电气及可编程技术 北京航空航天大学出版社 6 汤以范主编 电气与可编程序控制器技术 机械工业出版社 2004 7 苗常初编 PLC编程及应用 机械工业出版社 2003 8 廖常初 PLC编程及应用机械工业出版社 1999 9 贺哲荣 石帅军 流行PLC实用程序及设计 西门子S7 200系列 西安科技 大学出版社 2006 1