毕业设计（论文）自动化流水线控制系统之机械手

1、河南机电高等专科学校 毕业设计（论文） 自动化流水线控制系统之机械手 系 部: 自动控制 专 业: 电气自动化 班 级: 112 班 姓 名: 学 号: 指导老师: 二零一四年四月 编编 号号 2 3 5 2 4 8 2 摘摘 要要 现代化的自动生产设备，即自动化流水线控制系统的最大特点是它的综合性 和系统性。机械手是自动化流水线控制系统中传统的任务执行机构，是机器人的 关键部件之一。 本文中机械手涉及到 8 个动作过程，我们将通过各种编程软件操作简单方便， 而且可通过和计算机的通信实时的对工作程序进行模拟调试和修改，械手是自动 化流水线控制系统的一部分，是机电一体化的结合，为了使工业机械手的

2、操作自 动化程度提高，机械手可人机界面控制，通过触摸屏的来对机械手的运功过程进 行操作，人机界面能更加直观方便的对机械手的运动过程进行控制和实时监控， 使用 plc 编程控制器和人机界面一起对工业机械手的运动过程进行控制。 本文介绍的机械手是主要由 plc 控制，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。本课题机械手可在空间抓、放、 搬运物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化流水线生 产，广泛应用于柔性自动线，动作灵活多样。机械手一般由耐高温，抗腐蚀的材 料制成，以适应现场恶劣的环境，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

3、变化及运动流程的要求，随时更改相关参数。大大降低了工人的 劳动强度，提高了工作效率。 关键词：关键词：机械手；plc；人机界面；触摸屏；自动化流水线控制系统 abstract modern automatic production equipment, automated assembly line control system is the biggest characteristic of its comprehensive and systemic. manipulator is automated assembly line control system in the traditio

4、nal task executing agency, is one of the key components of the robot. this article manipulator involving eight action process, we will through a variety of programming software, simple and convenient operation, and can through the communication and computer real-time simulated debugging and modifica

5、tion to the work program, both hands is part of the automatic production line control system, is the combination of mechanical and electrical integration, in order to make the operation of the industrial manipulator to improve degree of automation, manipulator can man- machine interface control, thr

6、ough the touch screen to work progress of the manipulator, man-machine interface can be more intuitive and convenient for the process of movement of manipulator control and real-time monitoring, using plc programming controller with man-machine interface to control the motion process of industrial m

7、anipulator. manipulator is introduced in this paper is mainly controlled by plc, through the ac motor is fanzhuanlai control manipulator gripper zhang, so as to realize the function of manipulator accurately movement. this topic manipulator can grasp in the space, place, moving objects, flexible, su

8、itable for can transform the production of varieties of medium and small batch automation production line, widely used in flexible automatic line, flexible and varied. manipulator generally by the high temperature resistant, corrosion resistant materials, to adapt to the harsh environment, can repla

9、ce artificial to operate at high temperatures and dangerous areas, and can according to the requirements of the change of the workpiece and the movement process at any time change the relevant parameters. greatly reduces the labor intensity of workers, improve the working efficiency. keywords: manip

10、ulator; plc; man-machine interface; touch screen; automated assembly line control system 目目 录录 第 1 章 绪论 .1 第 2 章 设计思路或方案的选择 .2 2.1 设计内容.3 2.2 系统的整体设计.3 2.3 plc 的选择 .4 第 3 章 硬件电路设计 .6 3.1 电气原理图.6 3.1.1 输入接口电路.6 3.1.2 输出接口电路.7 3.1.3 plc 的组成.7 3.2 电 i/o 分配表.8 3.2.1 表的内容.8 3.2.2 输出输入点分配及 i/o 分配接线.9 第 4

11、章 软件设计 .11 4.1 工作流程图.12 4.2 程序梯形图见附录.12 第 5 章 触摸屏 .13 5.1 tpc7062ks 人机界面.13 5.2 初步认识人机界面.13 5.3 初步认识组态软件.13 5.4 了解触摸屏的接口及组态.15 5.5 tpc7062ks 人机界面的硬件连接.16 第 6 章 自动流水线控制系统监控画面的制作 .18 6.1 规划联机所需要的辅助继电器清单.18 6.2 建立仿真画面.19 6.2.1 创建新的工程 .19 6.2.2 建立新的画面 .19 6.2.3 定义变量及命令语言 .21 6.3 了解触摸屏的接口及组态.24 6.4 程序调试.

12、25 6.4.1 使用设备 .25 6.4.2 调试过程 .25 第 7 章 结论与展望 .26 7.1 结论 .26 7.2 不足之处及未来展望 .26 参考文献 .27 致 谢 .28 附录 a：程序清单.29 附录 b：符号表.42 第第 1 章章 绪论绪论 现代化的自动生产设备（即自动化流水线控制系统）的最大特点是它的综合 性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、 接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到 生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与 驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机

13、地融合在一起。 可编程序控制器（plc）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编 程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑微处 理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握 plc 技术及 plc 网络技 术的技术人材是当务之急。机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技 术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学 科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管 理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化” 为特征的发展阶段。 本设计中提到的机械手是自动化流水线控制系统中传统的任务执

14、行机构，是 机器人的关键部件之一。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。如果机械手就可以 反

15、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。 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。基于此思路 设计的机械手，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而 且大大解放了生产力，改善了工作环

16、境，减轻了劳动强度，节约了成本，提高了 生产效率，具有十分重要的意义。 同时，借助组态软件的辅助作用，也大大提高了系统的工作效率。因此，在 自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更 准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。 械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手是自动化流 水线控制系统中的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业 任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的有点，尤其体现了人的智能和适应性。 机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发 展前景。 机械手利用可编程序控制器（plc）以其高抗干扰

17、能力、高可靠性、高性能 价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大 脑微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握 plc 技术及 plc 网络技术的技术人材是当务之急。 因此，本设计将组态技术与 plc 技术，有机结合起来，运用组态技术，对自 动化流水线控制系统的各单元进行高仿真。达到模拟运行的目的。 第第 2 章章 设计思路或方案的选择设计思路或方案的选择 2.1 设计内容设计内容 一、正确选用机械手和 plc 的类型； 二、该设计功能大概分为几部分,其中主要有机械结构和控制要求、系统硬件设 计和系统软件设计等； 三、给出原理图和程序结构功能图； 四、对

18、程序进行调试分析等。 2.2 系统的整体设计分析系统的整体设计分析 机械手是工业生产过程中常见的自动化设备，它具有工件的自动取拿、移动 和输送功能。机械手机构控制涉及了 plc、传感器、电机驱动等技术。机械手实 验设备如图 2-1 所示。 图 2-1 机械手实验设备图 该设备可以实现手臂的左右摆动、伸出与退回、上下移动、机械手指的夹紧 与张开等四自由度动作。如图 2-2 所示： 图 2-2 机械手自由度动作图 该设备四自由度动作由四台直流电动机 m0、m1、m2、m3 驱动，每台电动机 可 进行正反转运行。左右摆动由齿轮组啮合实现减速传动；伸出与退回、上下移动 由直流减速电机驱动丝杠-螺母结构

19、完成；机械手指的夹紧与张开由直流减速电 机驱动连杆结构实现。该设备共有 8 个动作，由控制器输出信号驱动。 每个自由度运行极限位置设置了两个行程开关，用于判断当前动作是否到位。 该设备共有 8 个行程开关作为控制器的输入信号，分别是 s0 和 s1、s2 和 s3、s4 和 s5、s6 和 s7。 机械手每次的工件输送过程，都应该从初始位置开始。定义右转到位、上行 到位、退回到位及手指张开到位同时满足时为机械手初始位置。开机运行时，机 械手应该首先自动回到初始位置；若遇到特殊情况，机械手停在非初始位置，按 下复位按钮即可实现复位。动作的步骤如下： 按下启动按钮(若机械手处于初始位置，则开始运行

20、；否则，按下复位键， 使机械手复位)伸出下行手指夹紧上行左转下行手指张开 上行退回左行停止。其中还可设计设置单步/连续切换开关，在连续 模式下，按下启动按钮，上述动作依次发生，但回到初始位置之后，继续下一个 工件的传输过程，按下停止按钮，待本次工件传输工作结束后，停止运行。另外， 再设计一个调试开关，调试时，每按下该开关一次，上述动作发生一个，再次按 下则发生下一步，即“一步一停” 。 2.3 plc 的选择的选择 plc 的外部设备是不可分割的一部分，它有四大类：编程设备、监控设备、 存储设备、输入输出设备。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元 器件连接的灵活性和方便性，采用 pl

21、c 作为核心控制器，各控制对象都必须在 plc 的统一控制下协同工作，同时考虑到工作流程和造价，所以我采用西门子公 司的 s7-200 micro plc 的 cpu22*系列 plc。具有紧凑的设计、良好的扩展性、 低廉的价格以及强大的指令，使得 s7-200 可以近乎完美地满足小规模的控制要 求。此外，丰富的 cpu 类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具 有很强的适应性。 第第 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 3.1 电气原理图电气原理图 3.1.1 输入接口电路输入接口电路 输入接口电路板原理图如图 3-1 所示，其功能是将设备上行程开关的开关状态转换 为统一的电平信号

22、(逻辑 1：24v dc ；逻辑 0：0v dc)。板上设有光电隔离电路，将内外 电源隔离，以保护设备安全。 plc 通过输入接口把外部设备(如开关、按钮、传感器)的状态或信息读入 cpu，通过 用户程序的运算与操作，把结果通过输出接口传递给执行机构（如电磁阀、继电器、接 触器等） 。 各种 plc 的输入接口电路结构大都相同，按其接口接受的外信号电源划分有两种类 型：直流输入接口电路、交流输入接口电路。其作用是把现场的开关量信号变成 plc 内 部处理的标准信号。plc 的输入接口电路。 在输入接口电路中，每一个输入端子可接收一个来自用户设备的离散信号，即外部 输入器件可以是无源触点，如按钮

23、、开关、形程开关等，也可以是有源器件，如各类传 感器、接近开关、光电开关等。在 plc 内部电源容量允许条件下，有源输入器件可以采 用 plc 输出电源（24v） ，否则必须外设电源。 图 3-1 输入接口电路板原理图 3.1.2 输入接口电路输入接口电路 输出接口(如图 3-2 所示)由两块电路板构成：驱动电路板和输出接口电路板。它们 的功能是将 plc 输出的控制信号用于驱动继电器动作，从而控制电动机正向或反向运行。 输出接口电路板上也设有光电隔离电路，可将内外电源隔离。 左图为驱动电路板电气原理图，继电器 a 吸合、b 释放，对应的电机正转；继电器 a 释放、b 吸合，对应的电机反转；继

24、电器 a、b 同时释放，电机停止运行；不允许二者都 吸合。右图为输出接口电路板电气原理图，当 plc 输出的某路控制信号有效时，对应的 输出信号有效，从而可以使得对应的继电器吸合。 为适应不同负载需要，各类 plc 的输出都有三种类型的接口电路，即继电器输出、 晶体管输出、晶闸管输出。其作用是把 plc 内部的标淮信号转换成现场执行机构所需的 开关量信号，驱动负载。发光二极管(led)用来显示某一路输出端子是否有信号输出。在 输出接口电路中，外部负载直接与 plc 输出端子相连，负载电源由用户根据负载要求自 行配备。在实际应用中，在考虑外驱动电源时，需考虑输出器件的类型，同时 plc 输出 端

25、子的输出电流不能超出其额定值。 图 3-2 输出接口电路电气原理图 (左图为驱动电路板，右图为输出接口电路板) 3.1.3 plc 的组成的组成 plc 的硬件系统结构如下图 3-3 所示。是由输入模块、输出模块、cpu 模块等组成。 其中输入模版包括按钮、选择开关、限位开关、电源。输出模块包括接触器、电磁阀、 指示灯、电源。 plc 的硬件主要由中央处理器（cpu） 、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、 扩展接口电源等部分组成。其中，cpu 是 plc 的核心，输入单元与输出单元是连接现场 输入/输出设备与 cpu 之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。 对于整体式

26、 plc，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式 plc，各部件独立封装 成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，无论是哪种结构类型的 plc，都 可根据用户需要进行配置与组合。 中央处理单元（cpu） ，同一般的微机一样，cpu 是 plc 的核心。plc 中所配置的 cpu 随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如 z80、8086、80286等） 、单片 微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如 amd29w 等) 。小型 plc 大多采用8 位通用微处理器和单片微处理器；中型 plc 大多采用16位通用微处理器或单片微处理器； 大型 plc 大多采用高速位片式

27、微处理器。 目前，小型 plc 为单 cpu 系统，而中、大型 plc 则大多为双 cpu 系统，甚至有些 plc 中多达8 个 cpu。对于双 cpu 系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处 理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器， 用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统 总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现 plc 编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了 plc 的速度，使 plc 更好地 满足实时控制要求。在 plc 中 cpu 按系统程序赋予的功能，指挥

28、plc 有条不紊地进行 工作。 图 3-3 plc 的硬件系统结构 3.2 i/o 分配表分配表 3.2.1 表的内容表的内容 本设备有 8 个输入信号和 8 个输出控制信号，同时对应了输入接口电路板的 8 根输 入信号线和输出接口电路板的 8 根输出信号线。各输入输出信号线对应的电动机动作关 系如表 3-1 和表 3-2 所示。 输 入 模 块 cpu 模块 输 出 模 块 可编程序控制器 编程装置 接触器 电磁阀 指示灯 电源 电源 限位开关 选择开关 按钮 各个输入信号线都一一对应一个行程开关。信号线 1 对应左转到位行程开关；信号 线 2 对应右转到位行程开关；信号线 3 对应退回到位

29、行程开关；信号线 4 对应伸出到位 行程开关；信号线 5 对应上移到位行程开关；信号线 6 对应下移到位行程开关；信号线 7 对应手指张开到位行程开关；信号线 8 对应手指夹紧到位行程开关。 表 3-1 输入信号线与行程开关对应关系表 输入信号线序号 (自左到右) 对应行程开关 1 左转到位 2 右转到位 3 退回到位 4 伸出到位 5 上移到位 6 下移到位 7 手指张开到位 8 手指夹紧到位 本设备有 8 个输出控制信号，对应输出接口电路板的 8 根输出信号线。各输出信号 线对应的电动机动作关系如表 3-2 所示。 各个输出信号线都一一对应一个电动机。信号线 1 对应摇动电机左转；信号线

30、2 对 应摇动电机右转；信号线 3 对应水平电机伸出；信号线 4 对应水平电机退回；信号线 5 对应垂直电机上移；信号线 6 对应垂直电机下移；信号线 7 对应手指电机张开；信号线 8 对应手指电机夹紧。 表 3-2 输出信号线与电动机动作对应关系表 输出信号线序号 (自左到右) 对应电动机 1 摆动电机左转 2 摆动电机右转 3 水平电机伸出 4 水平电机退回 5 垂直电机上移 6 垂直电机下移 7 手指电机张开 8 手指电机夹紧 3.2.2 输入输出点分配表及输入输出点分配表及 i/o 分配接线分配接线 机械臂传送系统输入和输出点的分配如表 3-3 所示： 表 3-3 机械臂传送系统输入和

31、输出点分配表 名 称 代号 输入名 称名 称输出 左转到位 sa1 i0.0电机左转ka1 q0.0 右转到位 pb1 i0.1电机右转ka2 q0.1 退回到位 pb2 i0.2电机伸出ka3 q0.2 伸出到位 pb3 i0.3电机退回ka4 q0.3 上移到位 pb4 i0.4电机上移ka5 q0.4 下移到位 pb5 i0.5电机下移ka6 q0.5 张开到位 pb6 i0.6电机张开ka7 q0.6 夹紧到位 pb7 i0.7电机夹紧ka8 q0.7 启动 pb8 i1.0故障报警灯 ka9 q1.0 停止 pb9 i1.1 复位 pb10 i1.2 单/联机 pb11 i1.3 调

32、试 pb12 i1.4 在输入/输出接口电路中，一般均配有电子变换、光耦合器和阻容滤波等电路，以实 现外部现场的各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传递，plc 正是通过了 这种接口实现了信号电平的转换。发光二极管(led)用来显示某一路输入端子是否有信号 输入。当系统的 i/o 点数不够时，可通过 plc 的 i/o 扩展接口对系统进行扩展。 i/o 配线原来图如图 3-4 所示： 图 3-4 i/o 配线原理图 plc 的配线主要包括电源接线、接地、i/o 接线及对扩展单元的接线等。电源接线与 接地。plc 的工作电源有 120/230v 单相交流电源和 24v 直流电源。系统的大

33、多数干扰 往往通过电源进入 plc，在干扰强或可靠性要求高的场合，动力部分、控制部分、plc 自身电源及 i/o 回路的电源应分开配线，用带屏蔽层的隔离变压器给 plc 供电。隔离变 压器的一次侧最好接 380v，这样可以避免接地电流的干扰。输入用的外接直流电源最好 采用稳压电源，因为整流滤波电源有较大的波纹，容易引起误动作。 良好的接地是抑制噪声干扰和电压冲击保证 plc 可靠工作的重要条件。plc 系统接 地的基本原则是单点接地，一般用独自的接地装置，单独接地，接地线应尽量短，一般 不超过 20m，使接地点尽量靠近 plc。 第第 4 章章 软件设计软件设计 4.1 工作流程图工作流程图

34、它的工作过程如图 4-1 所示，有八个动作且运行方式分为单周期，连续三种模式。 即为： 原原位位 伸伸出出下下降降夹夹紧紧上上升升右右移移 下下降降松松开开上上升升 缩缩回回 左左移移 4.2 程序梯形图见附录程序梯形图见附录 第第 5 章章 触摸屏触摸屏 5.1 tpc7062ks 人机界面人机界面 采用了昆仑通态研发的人机界面 tpc7062ks。是一款在实时多任务嵌入式操作系统 windowsce 环境中运行，mcgs 嵌入式组态软件组态。 开始 初始化 机械手在原位 复位 n y 启动按钮按下否 y 置位运行标志 n 停止按钮按下否 y 复位运行标志 n 伸出 伸出到位否？ 夹紧 下降

35、 夹紧到位否？ 下降到位否？ y n n n y y 下降到位否？ 缩回到位否？ 上升到位否？ 右移到位否？ 松开到位否？ 缩回 上升 松开 下降 右移 上升 上升到位否？ 左移 左移到位否？ 联机否？ y y y y y n n n n n y y y n n n 该产品设计采用了 7 英寸高亮度 tft 液晶显示屏（分辨率 800480） ，四线电阻式 触摸屏（分辨率 40964096） ，色彩达 64k 彩色。 cpu主板： arm结构嵌入式低功耗cpu为核心，主频400mhz，64m存储空间。 5.2 初步认识人机界面初步认识人机界面 人机界面又称人机接口（hmi）就像一扇窗，是操作人

36、员与 plc 之间进行对话的接 口设备。外观美观，使用方便。触摸屏就是典型的人机界面技术的应用，是一种直观的 操作设备。 对于人机界面最主要设备触摸屏，一般来说包括触摸屏控制器（卡）和触摸检测装 置两部分，如图 5-1 所示是触摸屏的组成及作用。 图 5-1 触摸屏的组成及作用 触摸屏的传送方法为：当用手指触摸显示器上的触摸屏时，触摸屏控制器检测所触 摸的位置，并通过接口装置送到触摸屏的 cpu，从而确定输入信息。 触摸屏根据其工作原理和传输信息介质的不同，分为电阻式、电容式、红外线式和 表面声波式触摸屏。 5.3 初步认识组态软件初步认识组态软件 人机界面技术还有一大分支，就是组态软件，利用

37、计算机实现人机界面的设计，下 面 mcgs 组态软件为例，初步认识组态软件。 组态软件是一套基于 windows 平台的并用于快速构造和生成上位机监控系统的组态 软件系统。 组态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 人机界面触摸屏组成人机界面触摸屏组成 触摸屏控制器触摸屏控制器 作用作用 触摸屏检测触摸屏检测 装置 作用作用 从触摸点检测装置上接收触摸从触摸点检测装置上接收触摸 信信 转换成触电坐标转换成触电坐标 信信 cpu 信信 检测用户触摸位置信检测用户触摸位置信 传送给触摸屏控制器传送给触摸屏控制器 信信 据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程

38、控制、动画显示、趋势曲线和报 表输出以及企业监控网络等功能。 mcgs 组态软件由“mcgs 组态环境”和“mcgs 运行环境”两个系统组成。两部 分相互独立，又紧密相关。如图 5-2 所示。 多任务 多线程 图 5-2 mcgs 组态软件系统构成 mcgs 组态软件所建立的工程有主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运 行策略五部分构成，每一部分完成不同的工作，具体不同的特点。 组态软件的功能和特点： 1、可视化，面向窗口的组态开发界面，真正的 32 位程序，可运行于 microsoft windows95/98/me/nt/200 等多种操作系统。 庞大的标准图形库、完备的绘图工具集已

39、经丰富的多媒体支持，能够快读地开发出 集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。 2、支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地制定各种设备驱动；此外，独特的 组态环境调速功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统的配合天衣无 缝。 3、强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，能 够在第一时间获得现场的第一手数据。 组态环境 运行环境 构建动画 连接设备 流程控制 报警组态 设计报表 实 时 数 据 库 组 态 软 件 核 心 实 时 数 据 库 动画显示 设备输出 报表打印 报警输出 现场控制 4、方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实

40、时打印报警报表以及灵 活的报警处理函数，能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警数据。 5、强大的网络功能，支持 tcp/ip、modem、485/442/232 以及各种无线网络和无线 电台等多种网络体系结构。 5.4 了解触摸屏的接口及组态了解触摸屏的接口及组态 显示了在 hmi 设备下侧排的接口，以 mp270b 为例。在 tp207 和 op207 上，没有 pc 卡接口和以太网接口。要启用以太网连接，它们需要一个 cf 卡。接口功能描述如表 5-3 所示： 表 5-3 接口功能描述 编 号 描 述 应 用 1接地连接用于连接到机架地线 2电源连接到 dc+24v 3接口 if1brs-4

41、22/rs-485(未接地） ，用于 plc、pc、pu 4接口 if1a用于 plc 的 rs-232 5接口 if2用于 pc、pu、打印机的 rs-232 6开关用于组态接口 if1b 7电池连接连接可选备用电池 8usb 接口用于外部键盘、鼠标等的连接 9插槽 b用于 cf 卡 10以太网接口（只用于 mp 270b）连接 rj45 以太网线 11插槽 a（只用于 mp 270b）用于 cf 卡 触摸屏可以通过 if2 接口与组态计算机的 rs-232 接口相连，也可以通过 if1b 接口 与组态计算机的 mpi/porfibus dp 接口（cp 通信卡）相连，还可通过 usb 接口

42、或者以 太网接口与组态机相连，进行画面组态。 触摸屏可以通过 if1a 与 plc 的 rs-232 接口连接通信，也可以通过触摸屏的 if1b 与 plc 以 mpi 或者 profius-dp 方式进行连接通信，但两种接口不可同时进行。 为了通过触摸屏设备操作机器或系统，必须给触摸屏设备组态用户界面，该过程称 为“组态阶段” 。系统组态就是通过 plc 以“变量”方式进行操作单元与机械设备或过程 之间的通信。变量值写入 plc 上的存储区域（地址） ，由操作单元从该区读取。 基本的组态步骤： 1、组态用户界面的功能。使用 protool 组态软件进行用户界面组态，一般包括下列 各项：图形。

43、文本。自定义功能。操作和指示器对象。 2、将组态计算机连接到触摸屏设备，可以采用下列连接方式：串口。 mpi/porfibus dp。usb 或以太网接口。 3、组态界面传送至触摸屏设备。 4、将触摸屏设备连接到 plc。 触摸屏设备与 plc 进行通信，根据组态的信息响应 plc 中的程序进程（“过程运行阶段” ） 。 5.5 了了 tpc706ks 人机界面的硬件连接人机界面的硬件连接 tpc7062ks 人机界面的电源进线、各种通讯接口均在其背面进行，如图 5-3 所示。 其中 usb1 口用来连接鼠标和 u 盘等，usb2 口用作工程项目下载，com（rs232） 用 来连接 plc。

44、下载线和通讯线日图 5-4 所示。 图 5-3 tpc7062ks 的接口 图 5-4 下载通讯线 tpc7062ks 触摸屏与个人计算机的连接： 在 yl-335b 上，tpc7062ks 触摸屏是通过 usb2 口与个人计算机连接的，连接以前， 个人计算机应先安装 mcgs 组态软件。 当需要在 mcgs 组态软件上把资料下载到 hmi 时，只要在下载配置里，选择“连接 运行” ，单击“工程下载”即可进行下载。如图 5-5 所示。如果工程项目要在电脑模拟 测试，则选择“模拟运行” ，然后下载工程。 图 5-5 工程下载方法 第第 6 章章 自动自动流水线系统流水线系统监控画面的制作监控画面

45、的制作 6.1 规划联机所需要的辅助继电器清单规划联机所需要的辅助继电器清单 在进行组态之前，首先我们要对烛台画面中所要用到的一些辅助继电器进行规划， 从而做到有条不紊。如图 6-1 所示。 图 5-1 plc 与触摸屏通讯的存储器分配 图 6-1 新建画面 6.2 建立仿真画面建立仿真画面 6.2.1 创建新的工程创建新的工程 打开 mcgs 嵌入版组态软件，鼠标点击左上方的文件。在下拉框中选择“新建工程” 。 如图 6-2 所示： 图 6-2 新建画面 6.2.2 建立新的画面建立新的画面 根据任务和实际要求创建相对的画面，所以，必须得创建的界面有欢迎界面，测试 界面，运行界面，和一些提示

46、界面等。这里要注意的是提示界面的语言和界面的大小。 因为提示界面可以在运行过程中跳出来的。所以界面的大小，我们设置的应该合理。 1.创建欢迎界面，测试界面和运行界面。 首先，欢迎界面，我们应该写上欢迎的标语。随后用一张自动化生产线的图片作为 界面的背景。如图 6-3 所示 图 6-3 欢迎画面 测试界面和运行界面，我们只需要适当添加上按钮，文本框即可。这里需要注意的 是测试监控画面中。我们需要选择一根刻度尺来表示小车当前的位置。测试界面和运行 界面 如图 5-4 和图 5-5 所示。 图 6-4 测试画面 图 6-5 运行界面 2.创建提示界面 提示界面的大小，我们设置为（325，134） ，

47、然后提示画面中，我们只要放入提示的 内容和一个按钮即可。如图 5-6 所示 图 6-6 提示界面窗口 6.2.3 定义变量及命令语言定义变量及命令语言 1.定义变量 根据前面所列出的辅助继电器的规划表，这里我们就可以很方便的定义变量，我们 现在“设备组态”下面的“设备 0”中增加这些设备通道。然后在实时数据中添加几个界 面中所需要的这些变量。如图 6-7,图 6-8 所示。 图 6-7 设备窗口 图 6-8 实时数据库 2.命令语言 （1）欢迎界面中欢迎标语的移动命令语言 欢迎界面屏幕上方的标题文字向左循环移动，循环周期约 14 秒，所以，先双击欢迎 文字，然后在它的水平移动上面打钩，然后单击

48、水平移动，进行变量的关联和移动距离 的设置，具体如下图 6-9 所示。 图 6-9 水平移动设置 （2）提示界面的窗口跳出命令语言 提示窗口的弹出根据要求的不同来定义不同的弹出条件，但是方法总是千遍一律的。 例如复位完成后跳出的复位完成提示框。在测试画面的空白处，右击然后单击选择属性， 然后选择循环脚本，在循环脚本里面写入语句。如图 6-10 所示。 图 6-10 循环脚本 在这里“m1=0 and ( m911=1 or m912=1 )”是做为弹出窗口的条件。而 “!opensubwnd(复位提示,200,127,300,100,16 )”是弹出画面的命令语言。其中“复位 提示”是画面的名

49、称， “200,127”是画面所弹出在主窗口的坐标。 “300,100”就是弹出 子窗口的长宽。 6.3 工程下载工程下载 在 mcgs 组态软件上把资料下载到 hmi 时，只要在下载配置里，选择“连机运行” ，单击“工程下载”即可进行下载。如下图所示。如果工程项目要在电脑模拟测试，则 选择“模拟运行” ，然后下载工程。如下图 6-11 所示 图 6-11 工程下载 6.4 程序调试程序调试 6.4.1 使用设备使用设备 在调试中使用的是中国.启动新科教电子仪器公司所生产的 xk-tplc c 型可编程 plc 控制仪。主机用的 cpu226，还用了 em223 和 em235 两个扩展模块。

50、 6.4.2 调试过程调试过程 首先用电脑在 step-7-micro/win 编程软件中将编辑的梯形图写入软件中，然后点击 运行并对其指出的错误进行修改，修改完最终运行无误后将其下载到可编程控制仪器中； 其次按照设计的要求接好线，确定无误后按下启动按钮。启动后发现上行、下行、左行、 右行灯均同时亮且一直亮着，这样就不符合设计中八个动作依次有序进行操作的要求， 务必对其进行修正。在这种情况下我采取了以下方案： 方案一：在没有确定设备是否曾在问题的情况下，首先我们对设备进行了检测，发 现不曾在任何问题，在这种情况下我选择了再一次用先前的步骤来完成整个过程以确定 初次的接线过程是否有误，结果发现运

51、行的结果和先前一样出现灯均亮。这样方案一就 以失败告终。 方案二：通过对程序的再三检查后，发现并未出现语法上的错误。会不会是运行的 速度太快而出现一个周期接一个周期的快速运行呢？在带着这个问题的情况下把程序的 每个动作网络多家了一个 stop 指令加以验证，然后将程序写入 step-7-micro/win 编程 软件中运行，运行结果显示没有错误；再下载到可编程控制仪后接好线按下启动按钮， 发现指示灯会按照设计动作的要求依次亮起而且程序也能按照设计的要求完成指定的单 周期和多周期操作。这样利用方案二就完成了整个实验的调试。 第第 7 章章 结论与展望结论与展望 7.1 结论结论 在科技日益发达的

52、今天，传统的生产已经代替不了工业生产的要求，自动化已经成 为许多企业的核心。而身为一名学习自动化的学生，我们更应该对自动化流水线控制系 统有一定的了解和认识。然而，机械手是自动化流水线控制系统中一个重要环节，我们 也应该对其认识与了解。 这个项目是我们对于自动化生产线有了更加深入透彻的认识，yl-335b 采用模块组合 式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具 有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达 到模拟生产性功能和整合学习功能的目标。使我们在知识的学习和综合应用，机械手是 其重要环节之一，plc 的编程和组网能力，设

53、备的安装与调试等方面有了质的飞跃。同时 更加将我们平时所学的知识联系起来，巩固并学到了在课堂上没有学到的知识。 此外，每天上班制的工作时间，使即将步入社会的我们打下了良好的基础。对自己 严格要求是一种态度。这对我们以后的工作是有很好的帮助的。虽然在整个过程中，也 遭遇了挫折，但是，在老师和同组人员的帮助下，最终都能圆满的解决。 7.2 不足之处及未来展望不足之处及未来展望 通过这次课程设计我深刻的感到了理论和实践之间的巨大差距极其之间的联系。平 时理论知识学的还不错，但是在课程设计中并不能得心应手，会遇到很多不会的操作， 这就需要加强实践能力。在指导老师宋守云的悉心、耐心指导下，还有我们组同学

54、的共 同努力奋斗下，进行反复研究和讨论完成的。在完成毕业设计的过程中，老师始终给我 认真的指导。老师严谨务实的治学态度和敬业精神使我终身受益。 通过这次做毕业设计，我重新学习了机械手、plc、自动化流水线控制系统、触摸屏、 电子技术、组态软件、人机界面、机电一体化等专业知识，同时也锻炼了动手操作能力、 综合运用能力。这也使我认识到了自己的不足，明确了以后需要学习的地方。要理论联 系实际，勤思考，勤动手，为日后的工作打下扎实的基础。 参考文献参考文献 1 王承义机械手及其应用北京：机械工业出版社，1981，12-25 2 林春方. 可编程控制器原理及其应用. 上海: 上海交通大学出版社, 200