工业基础控制 讲义 10

《工业组态控制技术》PAGEPAGE5项目五机械手组态监控系统任务2基于PLC和组态软件的机械手监控系统设计一、任务简介任务2基于PLC和组态软件的机械手监控系统设计教学时间6时课程类型讲授新课授课方式展示任务；分析决策；任务实施。教学方法任务驱动教学法；演练结合；以学生为主体的行为引导教学法。教学设备计算机、组态王6.55、西门子S7-200PLC教学目标知识目标：1.掌握机械手控制系统的硬件接线；2.掌握机械手控制系统的通信方式；3.掌握机械手控制系统的组态设计方法。能力目标：1.能进行机械手控制系统的构建；2.能调试且实现机械手PLC组态监控工程。素质目标：1.通过任务的提前布置，培养学生在生活中不断发现问题，学习知识，信息收集和归纳能力。2.通过学生分组、小组各成员协作完成任务来培养学生的交往沟通能力和团队合作精神。教学重点组态王与PLC通信设置教学难点组态I/O变量设置考核方式过程性考核和形成性考核相结合，任务检查与评价（考核表）教学过程任务引入下达任务书，引入任务。任务资讯为完成任务做必备的知识讲解。任务分析师生共同分析，细化工作任务。任务实施根据任务单要求，分组协作完成任务。任务评价结合学生完成的情况进行点评并给出考核成绩，展示学生优秀设计方案和程序，激发学生学习热情。【讲授新课】一、任务引入使用三菱FX2N-48MRPLC控制机械手动作，同时用MCGS组态软件监控机械手动作过程。组态软件显示机械手动作过程：按下启动按钮后，旋转气缸右转，右转到位，悬臂气缸伸出；伸出到位后，手臂气缸伸出；手臂气缸伸出到位，手爪抓紧；抓紧到位，手臂缩回；缩回到位，悬臂气缸缩回；缩回到位，旋转气缸手左转；左转到位，悬臂气缸伸出；伸出到位，手臂气缸下降；下降到位，手爪松开；松开到位，手臂气缸上升；上升到位，悬臂气缸缩回；缩回到位，机械手右转，不断进行循环，直到按下停止按钮。通过此任务学习，学习机械手PLC编程调试，掌握组态工程与三菱PLC联机通讯。图5-2-1基于PLC和组态软件的机械手监控系统工程二、任务资讯1.基于三菱PLC设备实现机械手组态监控系统设计；2.创建一个机械手组态工程；3.自行设计组态监控画面；4.脚本命令语言编程实现机械手各种动画效果。三、任务分析（一）目标要求1.能力目标（1）初步具备简单工程的分析能力；（2）初步具备机械手控制系统的构建能力；（3）增强独立分析、综合开发研究、解决具体问题的能力；（4）初步具备对机械手控制系统的设计能力；（5）初步具备对机械手控制系统的分析能力；（6）初步具备对机械手控制系统的组态能力；（7）初步具备对机械手控制系统的统调能力。2.知识目标（1）掌握机械手控制系统的控制要求；（2）掌握机械手控制系统的硬件接线；（3）掌握机械手控制系统的通信方式；（4）掌握机械手控制系统的控制原理；（5）掌握使用组态王创建工程的方法；（6）掌握机械手控制系统设备连接的设置方法；（7）掌握机械手控制系统的组态设计方法；（二）理实一体化教学环节机械手控制，设置一个启动开关、停止开关。当按下启动开关“SB1”之后，机械手控制系统开始工作。当按下停止开关“SB2”后，机械手完成当前周期后停止。基于三菱PLC的机械手控制系统理实一体化教学任务见表5-2-1。表5-2-1理实一体化教学环节环节一机械手控制系统的控制要求环节二机械手控制系统实训设备的基本配置及控制接线图环节三机械手控制系统的组成及控制原理环节四机械手控制系统的组态环节五机械手控制系统的调试（三）理实一体化教学步骤机械手控制系统实训设备的基本配置三菱系列PLC（FX2N-48MR）一块；机械手控制模拟实验模块一块；PC/PPI通信电缆一条；MCGS嵌入版组态软件7.7一套；STEP7MicroWINV4.0软件一套；计算机一台；连接导线若干；四、任务实施（一）设计机械手监控系统工程1.创建新工程机械手组态工程文件的创建与任务1相同，这里不再重复。2.创建组态画面进入MCGS组态软件后，就可以为工程建立画面。（1）工作台上的设备窗口、用户窗口实时数据库是我们进行组态设计时用到最多的窗口，我们首先进行设备窗口的设置。在进行组态设计时，为了使PLC能够与触摸屏经RS-485线连接成功，在进行界面绘制前务必先进行设备窗口设置。鼠标左键单击工作台上“设备窗口”。双击“设备窗口”，进入绘制界面。点击鼠标右键，选择设备工具箱，进行串口设备选择与设置。如图5-2-2所示。图5-2-2组态软件设备窗口设置1在进行串口选择与设置时，我们先鼠标左键双击选择“通用串口父设备”，然后再选择“三菱FX系统编程口”（以三菱FX2N为例）。如图5-2-3所示。图5-2-3组态软件设备窗口设置2进行串口属性设置时，一般先对“通用串口父设备”进行设置，然后再对子设备设置。如图5-2-4所示。图5-2-4组态软件设备窗口设置3完成“设备窗口”设置后，我们进行关闭保存。然后点击工作台“用户窗口”→“新建窗口”。完成后双击进入绘制界面。界面绘制方法与任务1基本相同，只阐述不同点。如图5-2-5所示。图5-2-5组态软件绘制界面任务1，是对机械手动作的模拟，在本任务，用PLC控制机械手的动作，我们需要将旋转气缸、悬臂气缸、手臂气缸的表达式转换成相应的PLC输出线圈、数据寄存器的表达式。在用触摸屏按钮控制PLC程序时，需要对按钮属性进行设置。在对其进行设置时，我们一般将操作属性的表达式选择为PLC中的辅助继电器m。如图5-2-6所示。启动按钮方法如下：图5-2-6按钮设置方法停止按钮设置方法与之相同。（二）PLC控制程序编写根据工作任务描述，使用4个二位五通双控电磁阀分别驱动机械手的4个气缸，确定PLC输入/输出元件地址分配如表5-2-2所示。表5-2-2PLC输入/输出元件地址分配表输入输出序号地址说明序号地址说明1X0启动按钮1Y0驱动旋转气缸左转2X1停止按钮2Y1驱动旋转气缸右转3X2旋转气缸右限位3Y2驱动悬臂气缸伸出4X3旋转气缸左限位4Y3驱动悬臂气缸缩回5X4悬臂气缸伸出限位5Y4驱动手臂气缸伸出6X5悬臂气缸缩回限位6Y5驱动手臂气缸缩回7X6手爪气缸夹紧限位7Y6驱动手爪气缸夹紧8X7手爪气缸松开限位8Y7驱动手爪气缸松开9X10手臂气缸伸出限位10X11手臂气缸缩回限位1.写出机械手动作流程如下：初始位置→启动→旋转气缸右转→悬臂伸出→手臂伸出→手爪抓紧→手臂缩回→悬臂缩回→旋转气缸右转→悬臂伸出→手臂伸出→手爪松开→手臂缩回→悬臂缩回→初始位置。根据工作流程画出机械手顺序功能图。如图5-2-7所示。图5-2-7机械手顺序功能图2.绘制电气控制原理图由工作任务要求可知，电气控制原理图为PLC的电气控制原理图，根据列出的PLC输入/输出地址分配表，绘制出PLC的电气控制原理图。图中所有的输出都需要用DC24V电源来驱动。如图5-2-8所示。图5-2-8机械手电气控制原理图注意：绘制电气控制原理图时，首先要保证与项目要求相符合，其次所用元件的图形符号应符号中华人民共和国国家标准。绘制的电气控制原理图要规范，图中所用元件应进行标注和说明。3.根据机械手的动作特点，采用步进指令编程的方法，将整个工作任务的运行程序编写如图所示。在进行编写时，为了从组态软件上所观察到的机械手的工作过程，将定时器