基于plc的多关节机械手控制系统设计

毕业设计说明书基于PLC的多关节机械手控制系统设计专业自动化学生姓名胡秋原班级B自动化081学号0810603117指导教师张胜超完成日期2012年6月5日COMMENT微微微微1图表格式有错误2、目录格式错误3、图的后面都要有说明，不能简单就是一张图而已4、所有软件设计采用梯形图5、提交论文需提交梯形图和组态基于PLC的多关节机械手控制系统设计摘要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制、位置控制、检测等技术。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。关键词机械手；PLC系统；组态王DESIGNOFMULTIJOINTROBOTCONTROLSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTMANIPULATORISOFTENENCOUNTEREDINTHEFIELDOFINDUSTRIALAUTOMATION,ACONTROLOBJECTWITHTHEDEVELOPMENTOFINDUSTRIALAUTOMATIONINRECENTYEARS,ROBOTGRADUALLYBECOMEANEWSUBJECT,ANDHASBEENARAPIDDEVELOPMENTMANIPULATORWIDELYUSEDANDFORGING,STAMPING,FORGING,WELDING,ASSEMBLY,MACHINING,PAINTING,HEATTREATMENTANDOTHERINDUSTRIESESPECIALLYINTHEHEAVY,HIGHTEMPERATURE,TOXIC,HAZARDOUS,RADIOACTIVE,ANDMOREDUSTANDOTHERHARSHWORKENVIRONMENT,THEROBOTBECAUSEOFITSSIGNIFICANTADVANTAGESANDSPECIALATTENTIONINSHORT,THEMECHANICALHANDISTOINCREASELABORPRODUCTIVITY,IMPROVINGWORKINGCONDITIONS,REDUCELABORINTENSITYANDTOACHIEVEINDUSTRIALPRODUCTIONOFANIMPORTANTMEANSOFAUTOMATIONATTACHGREATIMPORTANCETOITSDOMESTICANDINTERNATIONALAPPLICATIONSANDDEVELOPMENTMANIPULATORISMODELEDONTHEPARTOFSTAFFINGTHEDEPARTMENTACTION,ACCORDINGTOAGIVENPROGRAMTOAUTOMATICALLYTRACKANDTOCAPTURE,HANDLINGOROPERATIONOFTHEAUTOMATICMECHANICALDEVICESTHISPAPERINTRODUCESTHEMANIPULATORRESEARCHANDPLCSRESEARCHANDDEVELOPMENTTRENDS,DESCRIBESTHEROBOTCONTROLSYSTEMWORKSANDACTIONSTOACHIEVETHEPROCESSOFRESEARCHBASEDPLC,ROBOTCONTROLSYSTEMDESIGN,ALSOSTUDIEDKINGVIEWROBOTCONTROLSYSTEMAPPLICATIONCONFIGURATIONSOFTWAREDESIGNEDBYAMECHANICALHANDCONTROLMONITORINGINTERFACETHATPROVIDESAMOREINTUITIVE,CLEAR,ACCURATEROBOTOPERATIONSTATE,WHICHINTURNPROVIDESMAINTENANCEANDTROUBLESHOOTINGOFAWIDERANGEOFPOSSIBILITIESTOFULLYENHANCETHEEFFICIENCYOFTHESYSTEMTHEDESIGNOFMULTIJOINTROBOTINABEARINGASSEMBLY,THROUGHTHES7200PLCCONTROLSTHEMANIPULATORMOVESTOTAKEBACKTHEBEARING,SEALANDTRANSFERTHEWORKPIECE,ANDFINALLYCONTROLTHECAPPINGMACHINETOCOMPLETETHEWHOLEPROCESSOFTHEGLANDCOMPLETETHESEACTIONSMAINLYUSINGPLCTOCONTROLTHEMOTORROTATIONANDONOFFSOLENOIDVALVE,ELECTRICMOTORTODRIVETHEROTATIONOFTHEROTATINGMECHANICALARM,THEELECTROMAGNETICVALVECONTROLROBOTUPANDDOWNCONFIGURATIONWITHTHEHOSTCOMPUTERTODISPLAYTHEMACHINECONTROLPARAMETERSANDALARMSIGNALS,MONITORINGOFVARIOUSMACHINECONTROLPARAMETERSKEYWORDSMANIPULATORPROGRAMLOGICALCONTROLKINGVIEWCOMMENT微微微微2目录字体都不对，自己通篇看了一遍么目录1绪论111课题的意义112设计要求113PLC的发展由来22系统总体设计221系统总体原理设计2211系统的组成2212系统的工艺流程322机械手控制方式的选择3211控制方式的分类3212机械手控制方式的选定33硬件设计431PLC的介绍432PLC的硬件结构733PLC的I/O资源配置84PLC程序设计941程序流程942控制程序设计10421手动工作方式11422自动工作方式125组态仿真与测试1451组态王的概述1452机械手监控画面设计146系统调试2061手动运行2062自动运行2263调试分析27参考文献28致谢29附录30附录1PLC机械手控制外部接线图30附录2PLC程序31基于PLC的多关节机械手控制系统设计1绪论11课题的意义工业生产的操作方式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐步演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成某些生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具机械手。机械手也被称为自动手，能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手多关节机械手模型由机械与电气两部分组成。机械部分由底盘、五个关节及气动抓手组成。机械传动系统采用了丝杠副、定位杆等机械零件；电气控制采用了PLC，开关电源，步进电机及驱动模块及传感器等技术。该装置适用于大、中专院校学生毕业设计、课程设计、实习实验等工程实践的实验设备，其基于PLC的编程（多轴连动）可作为研究生毕业设计项目。借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。12设计要求本课题主要研究的是基于PLC的机械手控制系统的设计，并通过组态软件设计出人机界面并进行设备和数据对象的连接，实现动画显示。其中设计部分包括硬件和软件设计两大部分，软件部分主要是应用PLC编程软件编写出控制机械手运作的程序，硬件设计部分主要是设计出PLC控制器的供电电路和控制器本身的IO连接图。本课题用到的组态软件是组态王，它是一套基于WINDOWS平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。13PLC的发展由来1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台可编程序控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，简称PLC），在美国通用汽车公司的自动装配线上使用，取得了巨大的成功。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。例如，在世界第一台可编程控制器的诞生地美国，1982年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的工业厂家占美国重点工业行业厂家总数的82，可编程控制器的应用数量已位于众多的工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都的到了长足的发展。2系统总体设计21系统总体原理设计211系统的组成多关节机械手控制系统在生产线上的主要任务是，将轴承从传送带1转移至传送带2上，然后将盖放置于轴承之上，最后经压盖机加工，完成轴承装配的一部分加工。整个工作过程机械手包括以下动作COMMENT微微微微3图名图中字体要比正文小一号手臂上升手臂下降手爪抓紧手爪放松手臂左旋手臂右旋多关节机械手完成以上动作主要是通过机械控制来实现的，即利用PLC控制电动机的转动和电磁阀的通断，电动机的转动来驱动机械手臂的左右旋转，电磁阀驱动气缸的升降控制机械手臂的上升和下降。多关节机械手的工作过程如图21所示手爪放松传送带2手臂下降启动手臂上升手臂抓紧手臂下降传送带1手爪抓紧手臂右旋手臂上升图21多关节机械手简单工作过程示意图212系统的工艺流程机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图如图22所示。机械手的初始位置停在原点，按下启动按钮后，机械手将依次完成下降夹紧上升右移再下降放松再上升左移8个动作。机械手的下降、上升、右移、左移等动作的转换，是由相应的限位开关来控制的，而夹紧、放松动作的转换是由时间来控制的。图22搬运机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图为保证安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上无工件时才能下降，若上一次搬到右工作台上工件尚未移走，机械手应自动暂时等待，为此设置了一个光电开关，以检测“无工件”信号。由于PLC的抗干扰能力强，所以能在恶劣的工作环境中，可靠地完成控制任务，为了使设备便于安装、调试，以及从经济角度考虑，设计出如图23所示的机械手控制系统的功能框图。电气控制柜多关节工业机械手22机械手控制方式的选择211控制方式的分类A可编程序逻辑控制器（PLC）；B工业控制计算机（IPC）；C集散控制系统（DCS）。212机械手控制方式的选定由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。PLC自问世以来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求高可靠性、强抗各种干扰的能力。编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。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的不同工作要求。机械手采用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。同时，用PLC控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能综上所述，机械手的控制方式选择PLC控制。3硬件设计31PLC的介绍根据系统功能概述，多关节机械手控制系统的硬件框图如图31所示。COMMENT微微微微4图名字体不应该是黑体COMMENT微微微微5标题标号前后不一致，要统一，前面是A这里变成了A控制按钮传感器传送带B电磁阀右旋限位开关左旋限位开关下降限位开关右旋限位开关光电开关抓紧电磁阀上升电磁阀下降电磁阀左旋限位开关松开电磁阀上升限位开关PLC图31多关节机械手控制系统的硬件连线图下面将依次详细介绍硬件系统中的各个部分。APLC的选型选择西门子S7200系列PLC来作为多关节机械手控制系统的控制主机。在西门子S7200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等。多关节机械手控制系统总共有8个数字输入，7个数字量输出，共需15个I/O，根据I/O点数及程序容量，选择CPU226作为本控制系统的主机。CPU226具有以下特性A8KB的程序存储器。B25K字数字存储器。C1个可插入的存储器子模块。D14个数字量输入，有4个可用作硬件中断，I0个用于高速功能。EI0个数字量输出，其中2个可用作本机集成功能。F2个8位分辨率的模拟电位器。G数字量输入/输出，最多可以扩张成94个数字量输入，74个数字量输出。H模拟量输入/输出，最多可以扩展成28个模拟量输入与7个模拟量输出，或者是14个模拟量输出。I256个计数器，技术范围为032767J具有256个内部标志位。K具有256个定时器，其中分辨率为1MS的有4个，其定时范围为1MS30S；分辨率为10MS的有16个，其定时范围为10MS5MIN；分辨率为100MS的有236个，其定时范围为100MS54MIN。L具有4个中断输入。M6个32位的高速计数器，可作为加减计数器用，或将增量编码器的两个相互之间相移为90度的脉冲序列连接到高速计数器输入端。N2个高速脉冲输出，可产生中断，脉冲宽度和频率可调。O1个RS485通信接口。PAS接口最大输入/输出有496个，可以扩展7个模块。B各种限位开关在多关节机械手控制系统中，总共用了5个限位开关；上升限位开关、下降限位开关、左旋限位开关、右旋限位开关、抓紧限位开关。限位开关主要是用来控制机械手在运动过程中的停止时刻和位置。A上升限位开关。上升限位开关用于控制机械手能在整体上升时的位置，事先在机械工作平台上方的合适位置上安装好限位开关，当机械手上升到能接触到上升限位开关时，PLC控制机械手停止上升。B下降限位开关。下降限位开关用于控制机械手能在整体下降时的位置，事先在机械工作平台下方的合适位置上安装好限位开关，当机械手下降到能接触到下降限位开关时，PLC控制机械手停止下降。C左旋限位开关。左旋限位开关用于控制机械手手臂间向左运动时的定位，事先在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，当机械手手臂向左运动接触到左旋限位开关时，PLC控制机械手手臂停止向左运动。D右旋限位开关。右旋限位开关用于控制机械手手臂间向右运动时的定位，事先在机械工作平台的合适位置上安装好限位开关，当机械手手臂向右运动接触到右旋限位开关时，PLC控制机械手手臂停止向右运动。E抓紧限位开关。抓紧限位开关用于控制机械手手指在从传送带A上取物品时抓物品的松紧程度，事先在机械手的合适位置上安装好限位开关，安装的根据是既要保证物品能够被机械手抓牢，又不能抓的太紧而损坏物品本身。当机械手手指抓紧接触到抓紧限位开关时，PLC控制机械手手指停止动作。C光电开关在传送带A的旁边两侧的合适位置，安装有光电开关。光电开关主要用来指示传送带A上的物品到达了适合机械手抓起物品的位置，这个也是安装光电开关的依据，既要保证机械手能抓起物品，又要使得机械手抓物品时所受的力不至于过大。D各种电磁阀在机械手控制系统中，应用液压系统来驱动机械手，而液压是由电磁阀来控制的，即PLC控制电磁阀，从而控制液压系统，再由液压系统来驱动机械手。根据机械手不同的动作，主要有上升电磁阀、下降电磁阀、左旋电磁阀、右旋电磁阀、抓紧电磁阀、放开电磁阀。A上升电磁阀控制液压驱动机械手作上升运动。B下降电磁阀控制液压驱动机械手作下降运动。C左旋电磁阀控制液压驱动机械手手臂作向左旋转运动。D右旋电磁阀控制液压驱动机械手手臂作向右旋转运动。E放开电磁阀控制液压驱动机械手手臂作松开动作。E传送带的电动机接触器传送带并不需要时刻连续的运转传送，而且也不可能一直连续的传送物品，而是根据机械手的当前工作情况由控制机械手的控制系统来一同控制传送带A的工作与否，该在什么时刻启动传送，该在什么时刻停止传送。因此，就必须要在传送带的电动机部分安装一个可以控制电动机是运转还是停止的接触器，再通过PLC来控制接触器，最后达到控制的目的。32PLC的硬件结构可编程控制器简称PC（英文全称PROGRAMMABLECONTROLLER），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）和可编程序控制器PC几个不同时期。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。其结构简图如下口输出部件外设I/O接存储器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COMMENT微微微微6表名与表格不空行图32PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的。33PLC的I/O资源配置表31数字量输入地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备I00高速脉冲输入I11自动启动I01急停按钮I12上升限位开关I02手动/自动I13下降限位开关I03手臂上升I14左旋限位开关I04手臂下降I15右旋限位开关I05手臂左旋I20传送带1光开关I06手臂右旋I21传送带2光开关I07手爪抓紧I22传送带2启动I10手爪放松I23压盖机启动表32模拟量输入地址分配输入地址输入设备输入地址输入设备ATW0传感器1ATW0传感器4ATW0传感器2ATW0传感器5ATW0传感器3表33数字量输出地址分配输出地址输出设备输出地址输出设备Q00高速脉冲输出Q05抓紧电磁阀Q01上升电磁阀Q06松开电磁阀Q02下降电磁阀Q07传送带2继电器Q03左旋电磁阀Q10压盖机继电器COMMENT微微微微7字体不对2、图缩小点Q04右旋电磁阀根据系统的控制要求，硬件框图及I/O分配情况，三自由度工业机械手控制系统PLC控制部分的硬件接线如图32所示。图32多关节机械手控制系统PLC控制部分硬件连接图I00I01Q00Q01I02I03Q02I04I05Q03S7200I06CPU224Q04I07EM223Q05I10I11Q06I12Q07I13I14Q10I15I20I21I22I23高速脉冲输出上升电磁阀下降电磁阀左旋电磁阀右旋电磁阀抓紧电磁阀松开电磁阀传送带2继电器压盖机电磁阀高速脉冲输入急停按钮手动/自动手臂上升手臂下降手臂右旋手臂左旋手爪抓紧手爪松开自动启动上升限位开关下降限位开关左旋限位开关右旋限位开关传送带1光电开关传送带2启动压盖机启动COMMENT微微微微8图不能作为章节的结束，每一图后面要有解释4PLC程序设计41程序流程根据机械手动作和所要实现的功能，设计出如图41所示的多关节机械手控制系统流程图。图41多关节机械手控制系统流程图42控制程序设计当软件总体流程图设计完成后，就需要对各个控制过程进行分解细化，这样在程序便携式就会简洁明了，最后联合起来调试也便于发现问题。当控制过程特别复杂的时候，采用模块化设计，就显得尤为重要。采用模块化的设计，调试时先调试摸个模块的功能，可以及早发现问题，到最后联调试若出现问题就可以很快找出原因及时解决。基于本课题涉及到组态王模拟，所以在设计PLC程序的时候要考虑到组态王实际模拟时的情况，机械手运动控制方式分为手动和自动两种工作方式。421手动工作方式首先按下开关I00启启动模式，只有在这种模式下才能进行手动或自动模式的运作。手动按下下降开关I1始下降，下降至设定位置后，手臂停止运动。按下008停止按钮后按下抓紧按钮I17械手抓起物体。然后按下上升按钮I14物体开始上升。上升至设定位置后按下右行按钮I15抓紧物体右移，移动至设定位置停止。按下下降按钮I13开始下降，下降至指定位置后停止。按下放松开关I20开物体。松开后按下上升按钮I14上升至设定位置后停止运动，此时按下左移按钮I16向左移动。移至设定位置后手臂停止运动，至此手臂完成一个工作流程。程序中用到的元件及设置如表42所示。表42元件设置编号意义内容备注M00急停标志ON有效M01手动标志ON有效M02自动标志ON有效M10机械手上升标志ON有效M11手臂左旋标志ON有效M12机械手下降标志ON有效M13手爪抓紧工件标志ON有效M14机械手上升标志ON有效M15手臂右旋标志ON有效M16机械手下降标志ON有效M17手爪松开标志ON有效M20机械手上升标志ON有效M21手爪抓紧工件标志ON有效M22机械手下降标志ON有效M23手爪松开端盖标志ON有效M24传送带2启动标志ON有效M25压盖机启动标志ON有效T37一个循环结束后等待的时间101SVW01传感器值存储单元VW22传感器置存储单元VW43传感器置存储单元COMMENT微微微微9图要有图名，给出梯形图，不要程序清单2、图后要有解释VW64传感器置存储单元VW85传感器置存储单元VW10抓取工件的标志压力值存储单元VW20抓取盖端的标准压力值手动控制程序如下LDI13ANII01ANDQ02OUTQ00LDI14ANII02ANIQ00OUTQ02LDI02MPSLDI15ANII03ANIQ04ANBOUTQ03MPPLDI16ANII04ANIQ03ANBOUTQ04LDI17SETQ01LDI20RSTQ01LDI13ORQ00ANII06ANII01ANIQ00OUTQ00LD14ORQ02ANII06ANII02ANIQ00OUTQ02LDI02ANII06MPSLDI15ORQ03ANII03ANIQ04ANBOUTQ03MRDLDI16LDQ04ORBANII04ANIQ03ANBOUTQ04422自动工作方式由于在组态王模拟部分不好实现限位开关自动控制机械手运动所以在这里用了定时器来让机械手达到自动运行的目的。其操作流程为按下启动按钮I00打开启动模式，然后按下连续运动按钮I12，则机械手会按照手动控制的运动流程一步一步运动，最后回到原位停止。自动操作流程图如图43所示原点左移上升放松下降右移上升夹紧下降原点指示夹紧延时夹紧电磁阀下降电磁阀上升电磁阀右移电磁阀下降电磁阀夹紧电磁阀上升电磁阀左移电磁阀放松延时有工件否无工件启动12654387下限位夹紧延时上限位右限位下限位放松延时上限位左限位单周期连续图43自动操作流程图5组态仿真与测试51组态王的概述组态王（KINGVIEW）65是一款面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标而开发的一套产品。该产品可以运行在WINDOWS98/NT/2000/XP等操作系统下，组态王软件包本身由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统、画面运行系统和信息窗口组成。通过单击“开始”“程序”“组态王65”“组态王”或桌面快捷图标进入工程管理器。工程管理器可以新建工程、搜索工程、工程备份、工程恢复、变量导入和导出以及定义工程属性等。工程浏览器是组态王软件的核心部分，它具有管理开发系统的功能。将画面制作系统中设计的图形画面、命令语言、设备管理、网络配置、配方管理、系统配置、工程资源进行了集中的管理，在一个窗口中进行树形结构的排列，界面上与WINDOWS操作系统的管理器相近。52机械手监控画面设计A配置设置A）单击工程浏览中设备，出现下拉菜单，双击“COM1”，对串口进行参数设置（如图51所示）。设置波特率为“9600”、“偶校验”；数据位为7，停止位为2，通信方式为“RS485”。图51新建工程配置图B）双击右边的“新建”，在下拉菜单中单击PLC左边的“”，弹出下拉菜单，选择“西门子”“S7200系列”“PPI”，如图52所示图52PLC连接图A设置PLC的逻辑名称为“机械手”或别的名称。B选择串口号“COM1”，与前面的串口选择相同。C设置PLC的地址为“0”。D其他参数按照默认进行设置。E单击”完成”。B设备测试选择工程浏览器中的“机械手”设备，单机鼠标右键，则弹出菜单，选择“测试PLC”，则弹出“串口设备测试”对话框。选择“设备测试”界面，在寄存器选项中添加“V”，数据类型中选择“LONG”，然后单机“添加”按钮，则在“采集列表”中加入测试的寄存器名称及数据类型，最后单机“读取”按钮，则弹出如图所示的界面。其中显示了PLC通道1的数据位0，“质量戳”为“192”，表示PLC和组态王之间的通信正常。C创建新画面A在组态王工程浏览器的工具目录显示区中，单击“文件”下的“画面”成员名，然后在右边的目录内容显示区中双击“新建”图标，则弹出新建画面对话框，输入画面名称“机械手1”。B点击“确定”按钮。C按照机械手实际图形大致画出如下画面，并添加所需指示灯和按钮，画面如图53所示图53组态王模拟机械手画面D变量设置在工程浏览器中，左键单击数据词典，再双击右边的新建变量，则会出现添加变量的对话框。然后输入变量名“启动按钮”，选择变量类型为“I/O实数”，连接设备为“机械手”，寄存器为“IR1”，数据类型为“USHORT”，读写属性为“读写”，单机“确定”按钮，完成变量“启动”的设置。其他所需变量按上述步骤完成如图54，其中所有的内部灯变量为“内部离散型”变量，运动变量为“内部实数型”变量，按钮变量为“IO实数型”变量。图54组态王内部变量表E建立动画连接A）在“机械手1”画面中双击“启动”按钮，会出现对话框，单击“按下时”按钮，出现命令语言框，在里面输入内容如下BITSET本站点启动按钮,1,1如图55所示图55按钮“启动”按下时命令语言输入界面单击“确认”按钮后，再在“命令语言连接”中选择“弹起时”，在随后弹出的命令语言编辑界面，编写命令语句如下BITSET本站点启动按钮,1,0编辑界面如图56所示图56按钮“启动”弹起时命令语言输入界面单击“确认”按钮，完成了对“启动”按钮的动作设置。用相同的方法，完成对“停止”等其它按钮的动作设置。在“机械手1”画面中双击指示灯控件，弹出对话框，在对话框中单击“”，选择对应灯的离散变量。在“闪烁”复选框中打勾，给出闪烁条件为本站点启动灯1，并设定闪烁速度为1S/间隔（如图57所示）图57内部灯向导界面B）在“机械手1”画面中双击所要移动的机械臂部位，弹出对话框，若需要水平移动，则单击“水平移动”按钮，弹出“水平移动连接”对话框，单击“”选择机械臂变量，并设置移动距离和对应值，设置画面如图58所示，单击“确定”后完成设定。图58机械手水平运动设置界面若需要物体垂直运动则在“动画连接”对话框中单击“垂直移动”按钮，其它设置同水平移动，设置画面如图59所示图59机械手垂直运动设置界面C）在“机械臂1”画面中右击选择“页面属性”，在页面属性中单击“命令语言”按钮，弹出“画面命令语言”对话框，在里面编写出动画运动过程中所需程序如下本站点启动灯BIT本站点启动电机,16本站点上行灯BIT本站点上行电机,1IF本站点下降灯1本站点竖臂垂直运动本站点竖臂垂直运动30IF本站点上行灯1本站点物体运动本站点物体运动30IF本站点上行灯1本站点竖臂垂直运动本站点竖臂垂直运动30IF本站点右行灯1本站点竖臂水平运动本站点竖臂水平运动50本站点物体水平运动本站点物体水平运动50IF本站点下降灯1IF本站点左行灯1本站点竖臂水平运动本站点竖臂水平运动50本站点下降灯BIT本站点下降电机,2本站点左行灯BIT本站点左行电机,3本站点右行灯BIT本站点右行电机,4IF本站点暂停按钮1本站点上行电机0本站点下降电机0本站点左行电机0本站点右行电机0本站点抓紧电机0本站点松开电机0本站点抓紧灯BIT本站点抓紧电机,5本站点放松灯BIT本站点抓紧电机,6本站点QDANBIT本站点启动按钮,1D保存信息完成上述所有工作后，一定要注意保存信息。具体操作在每个画面的菜单下，选择“文件”“全部存”。少量的编辑改动，可以选择“文件”“保存”。E写梯形图程序到PLC打开PLC程序，联机PLC，此时PLC的通信设置要与组态王通信设置一致通信方式为SYMACWAY，波特率9600BIT/S，7位数据位，2位停止位，偶校验，站号为0。通信方式在CXP软件界面菜单“文件”下“新建”中有相应的选项；通信参数在CXP软件菜单“PLC”下“选项”中有设置。将设计好的程序写入到PLC中，然后断开PC与PLC的链接。这是因为PC和组态王与PLC的连接都是通过一个RS232串口来完成的，任何时刻只有其中的一个与PLC进行通信。6系统调试检查PLC外部接线正确无误后，把PLC程序出送至PLC中。在组态王开发画面中单击“文件”“切换到VIEW”，进入组态王运行系统。61手动运行A）按下“启动”按钮，可看到启动指示灯亮如图61所示图61按钮“启动”按下时组态画面B）按下“下降”按钮，可看到机械手下降，下降指示灯亮，如图62所示图62机械手下降时组态画面C）下降到位时按下“暂停”按钮，下降指示灯灭，按下“抓紧”按钮，抓紧指示灯亮。如图63所示图63机械手抓起物体时组态画面D）按下“上升”按钮，机械臂夹着物体向上运动，上升指示灯亮。如图64所示图64机械手抓起物体上升时画面62自动运行A）按下“启动”按钮，启动指示灯亮。如图65所示图65按下“启动”按钮时组态画面B）按下“连续”按钮后机械臂开始下降,如图66所示图66“连续”按钮按下后机械手自动下降画面C）下降9S后机械手开始抓紧物体,如图67所示图67机械手自动抓起物体时组态画面D）抓紧1S后机械手抓紧物体开始上升,如图68所示图68机械手抓起物体自动上升时画面E）机械手抓紧物体上升9S后开始右移,如图69所示图59机械手抓起物体右移时画面F）机械手抓紧物体右移20S后开始下降,如图610所示图610机械手抓紧物体下降时画面G）机械手抓紧物体下降20S后开始放松物体,如图611所示图611机械手自动放松物体时画面H）机械手放松物体1S后开始上升,如图612所示图612机械手放下物体后自动上升时画面I）机械手上升40S后开始左行,如图613所示