基于組態(tài)軟件的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)用文檔基于組態(tài)軟件的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)xxx［摘要］本文簡(jiǎn)要介紹了工業(yè)機(jī)器人的概念，機(jī)械手的組成和分類，機(jī)械手的自由度和坐標(biāo)形式，氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，PLC控制的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外的開展?fàn)顩r。論述了一種基于PLC控制的氣動(dòng)機(jī)械手的功能及工作原理，給出了氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。另外，還主要介紹了基于西門子公司S7-200系列的可編程控制器和亞控公司的組態(tài)軟件組態(tài)王。編程時(shí)調(diào)用了編程軟件STEP7-MicroWIN編程軟件，使得程序更為簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度更為理想。利用組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手實(shí)時(shí)動(dòng)作的監(jiān)控。［關(guān)鍵詞］機(jī)械手；PLC；組態(tài)軟件；組態(tài)王ManipulatorBasedonConfigurationSoftwareMonitoringSystemMechanicalDesign,ManufacturingandAutomationMajorJIAOShi-guangAbstract:Thispaperintroducestheconceptofindustrialrobots,robotformationandclassificationofdegreesoffreedommanipulatorandthecoordinateformofthecharacteristicsofpneumatictechnology,PLCcontrolfeaturesandstateofdevelopmentathomeandabroad.PaperbasedonPLCcontrolPneumaticManipulatorfunctionandworkingprinciple,giventhedesignofpneumaticsystem,describedindetailthecontrolsystemhardwareandsoftwaredesign.Inaddition,itmainlyintroducestheSiemensS7-200seriesofprogrammablecontrollersandsub-controlledcompaniesKingviewconfigurationsoftware.ProgrammingprogrammingsoftwarecalledSTEP7-MicroWINprogrammingsoftware,makingprogramsmoreconcise,moredesirablespeed.Wangdesignusingconfigurationsoftwareconfigurationman-machineinterfacetoachievereal-timemanipulatorcontrolaction.Keywords:Manipulator;PLC;Configurationsoftware;Kingview目錄1緒論 11.1中國(guó)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀與前景 11.1.1機(jī)械手監(jiān)控的意義 11.1.2組態(tài)王組態(tài)軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 11.2基于組態(tài)王機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的組成 21.3本設(shè)計(jì)的主要工作 22機(jī)械手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 22.1機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)及工作原理 22.2系統(tǒng)工作方式設(shè)計(jì) 32.3機(jī)械手控制系統(tǒng)的組成 32.4PLCI/O分配表 42.5控制系統(tǒng)總體接線圖 43.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 53.1PLC的選型 53.2電源局部 53.3PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 63.3.1編程軟件的安裝與工程的組成 63.3.2通信參數(shù)的設(shè)置與在線連接的建立 63.3.3程序的編寫與傳送 83.3.4編寫與傳送用戶程序 83.4程序的編制 93.5用編程軟件監(jiān)控與調(diào)試程序 114組態(tài)軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12組態(tài)軟件的介紹與開展 124.2制作一個(gè)工程的一般過程 13建立機(jī)械手組態(tài)工程 13新建一個(gè)工程 134.3.2創(chuàng)立機(jī)械手組態(tài)畫面 144.3.3定義IO設(shè)備 164.3.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 164.3.5建立動(dòng)畫連接 174.3.6運(yùn)行和調(diào)試 205組態(tài)與PLC的連接 20組態(tài)與PLC的連接 20機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn) 21結(jié)束語 23參考文獻(xiàn) 24附錄 24致謝 251緒論1.1中國(guó)工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀與前景工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。自從1962年美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以來，機(jī)器人技術(shù)及其產(chǎn)品開展很快，已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動(dòng)化工廠(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)化工具。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身平安，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)本錢，有著十分重要的意義。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。從近幾年世界機(jī)器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向開展，其開展趨勢(shì)主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化；工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。機(jī)械手監(jiān)控的意義隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。機(jī)械手能模擬人的手臂的局部動(dòng)作，按預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具。機(jī)械手可以代替很多重復(fù)性的體力勞動(dòng)，從而減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。目前，對(duì)機(jī)械手的控制可采用以下幾種方式：1〕用繼電器控制，這種控制系統(tǒng)故障率高、控制方式不靈活且功率消耗大，已逐漸被人們所淘汰；2〕用微機(jī)控制，雖然它在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能，但它的抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)，廣泛應(yīng)用也不太容易；3〕PLC控制，此控制系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、使用維修方便、抗干擾性強(qiáng)、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗(yàn)等優(yōu)越性，已經(jīng)成為在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。組態(tài)王組態(tài)軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。1.2基于組態(tài)王機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的組成該設(shè)計(jì)主要是利用PLC來對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，系統(tǒng)主要由機(jī)械、電氣、監(jiān)控控制三大局部組成。目前機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)局部多用氣壓或液壓驅(qū)動(dòng)，考慮到本設(shè)計(jì)主要是用于小型的工件，所以本設(shè)計(jì)采用了氣壓的驅(qū)動(dòng)方式。在監(jiān)控方面，利用人機(jī)界面的方式，用組態(tài)王組態(tài)軟件來監(jiān)控機(jī)械手的各個(gè)動(dòng)作。1.3本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)的主要研究工作包括：〔1〕機(jī)械手具有啟動(dòng)、停止、復(fù)位、移動(dòng)和抓放功能?！?〕啟動(dòng)、停止手動(dòng)控制，移動(dòng)和抓放功能由氣缸控制，可實(shí)現(xiàn)抓緊、放開、上移、下移、收入、伸出、左右擺動(dòng)功能?！?〕機(jī)械手循環(huán)工作過程由S7-200PLC進(jìn)行控制?！?〕組態(tài)畫面仿真機(jī)械手實(shí)際運(yùn)行過程。〔5〕計(jì)算機(jī)、PLC及機(jī)械手模型連接，使監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行。2機(jī)械手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)及工作原理機(jī)械手操作目標(biāo)是將被加工工件從右工作臺(tái)搬運(yùn)到左工作臺(tái)，如圖1所示。機(jī)械手由初始位開始運(yùn)動(dòng)，要把右盤處工件搬到左盤〔以下系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是以此假設(shè)為根底的〕，機(jī)械手具有伸/縮臂、升/降臂、擺臂、夾緊、放松等根本功能。機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由電磁閥控制。電磁閥由PLC程序控制。對(duì)于上升/下降、伸臂/縮臂、左擺/右擺，其運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥控制。對(duì)于夾緊/放松，機(jī)械手的夾緊/放松由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制，當(dāng)該線圈通電時(shí),機(jī)械手夾緊，該線圈斷電時(shí),機(jī)械手放松。圖1機(jī)械手工作示意圖2.2系統(tǒng)工作方式設(shè)計(jì)1〕運(yùn)行方式設(shè)計(jì)：基于機(jī)械手的工作要求，PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式包括自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)運(yùn)行方式2種。2〕停止方式設(shè)計(jì)：考慮到機(jī)械手的工作環(huán)境，控制系統(tǒng)的停止方式應(yīng)該包括正常停止、暫時(shí)停止、緊急停止3種。2.3機(jī)械手控制系統(tǒng)的組成系統(tǒng)主要由機(jī)械、電氣、控制三大局部組成。其機(jī)械局部主要是機(jī)械手裝置，由氣缸、支承裝載工件的機(jī)構(gòu)組成。電氣局部有檢測(cè)傳感器〔6個(gè)限位開關(guān)〕、電磁控制閥(其中3個(gè)雙線圈電磁閥和1個(gè)單線圈電磁閥)，汽缸(3個(gè)滑動(dòng)缸，1個(gè)擺動(dòng)缸)，。控制局部選用S7-200CPU226可編程控制器。PLCI/O分配表見下表1輸入輸出設(shè)備名稱地址號(hào)設(shè)備名稱地址號(hào)伸臂行程開關(guān)伸臂電磁閥縮臂行程開關(guān)縮臂電磁閥上行程開關(guān)上升電磁閥下行程開關(guān)下降電磁閥左擺行程開關(guān)左擺電磁閥右擺行程開關(guān)右擺電磁閥手動(dòng)按鈕夾緊電磁閥自動(dòng)按鈕復(fù)位按鈕啟動(dòng)按鈕停止按鈕點(diǎn)動(dòng)上升按鈕點(diǎn)動(dòng)下降按鈕點(diǎn)動(dòng)伸臂按鈕點(diǎn)動(dòng)縮臂按鈕點(diǎn)動(dòng)夾緊按鈕點(diǎn)動(dòng)左擺按鈕點(diǎn)動(dòng)右擺按鈕表1I/O設(shè)備分配圖2.5控制系統(tǒng)總體接線圖圖2I/O接線圖圖2I/O接線圖3.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩局部組成，以下將分別詳細(xì)介紹。3.1PLC的選型PLC是用來執(zhí)行具體的控制，具體的工藝要求和具體的工作環(huán)境決定了如何具體選擇PLC的系統(tǒng)配置和I/O模塊。一般從PLC的內(nèi)存容量大小和PLC的CPU最多能支持1/0點(diǎn)數(shù)多少這兩個(gè)方面來考慮，下面結(jié)合本系統(tǒng)來具體介紹PLC的選型過程：PLC所需的I/O點(diǎn)個(gè)數(shù)輸人信號(hào)端:6個(gè)檢測(cè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的行程開關(guān)信號(hào)，分別用來控制機(jī)械手臂的伸縮極限、升降極限、擺臂擺動(dòng)極限。7個(gè)手動(dòng)控制的按鈕開關(guān)，分別控制上升/下降、伸臂/縮臂、左擺/右擺和夾緊。另外根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，需要1個(gè)開始和1個(gè)停止按鈕信號(hào)開關(guān)，還需要2個(gè)控制機(jī)械手運(yùn)行方式的自動(dòng)/手動(dòng)按鈕開關(guān)和一個(gè)復(fù)位按鈕。即共有18個(gè)輸入信號(hào)，且均為開關(guān)量。輸出信號(hào)端:用來驅(qū)動(dòng)三個(gè)氣缸及夾緊/放松的電磁閥需要7個(gè)輸出信號(hào)。也就是，本控制系統(tǒng)有18個(gè)輸入信號(hào)，7個(gè)輸出信號(hào)，并考慮到今后調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)加上10%~15%的備用量。3.2電源局部PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、±12V等直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的PLC，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部；對(duì)于模塊式PLC有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。本文中的電源屬于上述最后一種情況。3.3PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用STEP7—Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。它是西門子公司專門為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)的。.1編程軟件的安裝與工程的組成1．編程軟件的安裝安裝編程軟件的計(jì)算機(jī)應(yīng)為Windows操作系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)的通信，必須配備一條PC/PPI電纜或PPI多主站電纜。2.工程的組成圖3是版編程軟件的界面，工程包括以下根本組件：1程序快，2數(shù)據(jù)塊，3系統(tǒng)快，4符號(hào)表，5狀態(tài)表，6交叉引用表，7工程中各局部的參數(shù)設(shè)置。圖3編程軟件界面3.3.2通信參數(shù)的設(shè)置與在線連接的建立1.通信設(shè)置PLC軟件的通訊設(shè)置包括：〔圖4〕傳輸速率即〔波特率〕設(shè)置。串行通信方式設(shè)置如〔ppi、usb等〕。最高站地址可編程控制器PLC地址，固定值2.超時(shí)時(shí)間設(shè)置。通信串口設(shè)置，與PLC接入的電腦并行串口一致。本站地址設(shè)置，與PLC外接口保持一致。圖4通信設(shè)置2通信調(diào)試1. 在STEP7-Micro/WIN中，點(diǎn)擊瀏覽條中的"通訊"圖標(biāo)，或從菜單項(xiàng)選擇擇檢視>組件>通訊?！矆D5〕圖5通信調(diào)試2.從"通訊"對(duì)話框的右側(cè)窗格，單擊顯示"雙擊刷新"的藍(lán)色文字。如果成功地在個(gè)人計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間建立了通訊，會(huì)顯示一個(gè)設(shè)備列表〔及其模型類型和站址〕。STEP7-Micro/WIN在同一時(shí)間僅與一個(gè)PLC通訊。會(huì)在PLC周圍顯示一個(gè)紅色方框，說明該P(yáng)LC目前正在與STEP7-Micro/WIN通訊。您可以雙擊另一個(gè)PLC，更改為與該P(yáng)LC通訊。如以下圖所示：〔圖6〕圖6通信調(diào)試3.3.3程序的編寫與傳送1．編程的準(zhǔn)備工作在為控制系統(tǒng)編制程序前，首先創(chuàng)立一個(gè)工程。執(zhí)行菜單命令“文件〞→“新建〞，或者點(diǎn)擊工具條最左邊的“新建工程〞按鈕，生成一個(gè)新的工程。執(zhí)行菜單命令“文件〞→“另存為〞，可以修改工程的名稱和工程文件所在的文件夾。執(zhí)行菜單命令“文件〞→“翻開〞，或者直接點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的翻開按鈕，可以翻開已有的工程。工程存放在擴(kuò)展名為mwp的文件中。2.設(shè)置PLC的型號(hào)在給PLC編程之前，應(yīng)正確的設(shè)置其型號(hào)，執(zhí)行菜單命令“PLC〞→“類型〞出現(xiàn)如圖7的對(duì)話框。如果已經(jīng)建立，單擊確定，如果不知道PLC的型號(hào)，單擊“讀取PLC〞，然后在單擊確定。 圖7PLC類型選擇3.3.4編寫與傳送用戶程序1.編寫用戶程序選擇梯形圖語言編寫用戶程序。梯形圖程序被劃分為假設(shè)干個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有一塊獨(dú)立電路，有時(shí)一條指令也算一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有兩個(gè)獨(dú)立的電路時(shí)，在編譯時(shí)將會(huì)顯示“無效網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)太復(fù)雜無法編譯。〞2.下載程序到PLC計(jì)算機(jī)與PLC建立起通信連接后，可以將程序下載到PLC中。單擊工具欄中的“下載〞按鈕，出現(xiàn)如圖8所示的對(duì)話框，單擊下載，開始下載數(shù)據(jù)。圖8下載程序到PLC下載應(yīng)在STOP模式進(jìn)行，下載時(shí)可以將CPU自動(dòng)切換到STOP模式，下載結(jié)束后可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換到RUN模式。3.4程序的編制由于本控制系統(tǒng)為開關(guān)量的順序控制，本文采用邏輯流程圖設(shè)計(jì)程序。梯形圖編程語言(LD)，該語言習(xí)慣上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電一接觸器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制電路根底上演變而來的，形象、直觀、實(shí)用，電氣技術(shù)人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC編程語言。PLC的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中并沒有真實(shí)的物理電流流動(dòng)，而僅僅是概念電流(虛電流)，或稱為假想電流。把PLC梯形中左邊母線假想為電源相線，而把右邊母線假想為電源零線，假想電流只能從左向右流動(dòng)，層次改變只能先上后下。假想電流是執(zhí)行用戶程序時(shí)滿足輸出執(zhí)行條件的形象理解。本論文的控制對(duì)象是具有搬運(yùn)功能的機(jī)械手，可以完成8個(gè)根本動(dòng)作，上移、下移、伸出、收入、抓緊、放松、左擺、右擺。機(jī)械手由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸受電磁閥控制。限位開關(guān)檢測(cè)機(jī)械手是否到達(dá)固定位置?？删幊炭刂破?PLC)控制每個(gè)機(jī)械手的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行。本論文可編程控制器(PLC)選用西門子〔SIEMENS〕公司S7-200系列的CPU226，機(jī)械手的開關(guān)量信號(hào)直接輸入PLC，PLC通過中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。

機(jī)械手的動(dòng)作順序依次是：伸出下移抓起右擺伸出下移放下上移編程時(shí)，需要考慮到機(jī)械手能否在任何位置復(fù)位〔即回到初始位置〕，上電清零〔保證機(jī)械手初始狀態(tài)始終為關(guān)閉〕。以下程序可以實(shí)現(xiàn)：當(dāng)按下上電，機(jī)械手狀態(tài)清零，接著按下開始，機(jī)械手處于準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)按下運(yùn)行后，程序開始運(yùn)行，機(jī)械手動(dòng)作〔按照上面的動(dòng)作順序依次執(zhí)行〕，執(zhí)行完程序后，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手回到初始狀態(tài)，等待下一次命令。該機(jī)械手控制程序較復(fù)雜，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思想，采用“化整為零〞的方法，將機(jī)械手控制程序分為：公用程序、手動(dòng)程序和自動(dòng)程序，分別編出這些程序段后，再“積零為整〞，用條件跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，該控制程序運(yùn)行效率高，可讀性好。整個(gè)程序流程圖如圖9所示。初始化啟動(dòng)初始化啟動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)手動(dòng)程序自動(dòng)程序停止復(fù)位圖9程序流程圖下面這段程序?yàn)槭謩?dòng)方式下的程序。自動(dòng)方式控制程序在編程時(shí)應(yīng)設(shè)置一些必要的聯(lián)鎖，例如上升與下降之間，以防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為ON。自動(dòng)方式流程圖如圖10所示。圖10自動(dòng)程序流程圖完整程序清單見附錄3.5用編程軟件監(jiān)控與調(diào)試程序用編程軟件把程序?qū)懞煤螅殉绦蛳螺d到PLC中，在菜單命令中選擇“調(diào)試〞→“開始程序狀態(tài)監(jiān)控〞，可以用程序狀態(tài)監(jiān)控功能監(jiān)控程序運(yùn)行狀況。如果想在軟件上進(jìn)行強(qiáng)制改變數(shù)值，在運(yùn)行模式下，可以對(duì)程序中的某些變量強(qiáng)制性地賦值。用鼠標(biāo)右鍵單擊狀態(tài)表中的某個(gè)操作數(shù)，從彈出的對(duì)話框中可以選擇對(duì)該操作數(shù)的強(qiáng)制或取消強(qiáng)制。如圖11所示。圖11通過強(qiáng)制V、M、T或C，強(qiáng)制功能可以用來模擬邏輯條件。通過強(qiáng)制I/O點(diǎn)，可以用來模擬物理?xiàng)l件。在寫入或者強(qiáng)制輸出時(shí)，如果S7-2OO與其他設(shè)備相連，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)無法預(yù)料的狀況，引起人員傷亡或設(shè)備損壞，只有合格人員才能進(jìn)行強(qiáng)制操作。本程序也通過軟件進(jìn)行了調(diào)試，使用強(qiáng)制條件使程序運(yùn)行一遍，其試驗(yàn)結(jié)果正確，如圖12所示。圖12編程軟件監(jiān)控4組態(tài)軟件的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件的介紹與開展組態(tài)控制技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與一般的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)的區(qū)別，它們都由被控對(duì)象、傳感器、I／O接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾局部組成。組態(tài)(configuration)的意思就是模塊的任意組合。采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上除采用工業(yè)PC機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I／O接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，根本上不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)。這不僅節(jié)約了硬件開發(fā)時(shí)間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性。組態(tài)軟件實(shí)際上是一個(gè)專為工控開發(fā)的工具軟件，它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(shù)(甚至不需要編程技術(shù))，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能。同時(shí)，用組態(tài)軟件開發(fā)的系統(tǒng)具有與Windows一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)和組織與管理。一般來說，只要采用PC，選擇通用接口部件和組態(tài)軟件，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)都是基于組態(tài)控制技術(shù)的?！敖M態(tài)王〞是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái)，具有圖形功能完備，界面一致友好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。該軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器(TouchExplorer)、畫面運(yùn)行系統(tǒng)(TouchVew)三局部組成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出。TouchExplorer是“組態(tài)王〞軟件的核心局部和管理開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，可完成對(duì)畫面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫的連接等工作。TouchVew是“組態(tài)王〞軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫面開發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫圖形畫面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫與I/O效勞程序的數(shù)據(jù)交換,通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理從一組工業(yè)控制對(duì)象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫的方式形象地表示出來，同時(shí)完成報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并可生成歷史數(shù)據(jù)文件。在TouchExplorer的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在TouchVew運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。4.2制作一個(gè)工程的一般過程建立新組態(tài)王工程的一般過程是：1.設(shè)計(jì)圖形界面〔定義畫面〕2.定義設(shè)備3.構(gòu)造數(shù)據(jù)庫〔定義變量〕4.建立動(dòng)畫連接5.運(yùn)行和調(diào)試需要說明的是，這五個(gè)步驟并不是完全獨(dú)立的，事實(shí)上，這四個(gè)局部常常是交錯(cuò)進(jìn)行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時(shí)，要依照此過程考慮三個(gè)方面：圖形用戶希望怎樣的圖形畫面？也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。數(shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對(duì)象的各種屬性？也就是創(chuàng)立一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對(duì)象的各種屬性，比方溫度，壓力等。連接數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么？也就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。4.3建立機(jī)械手組態(tài)工程4.3.1新建一個(gè)工程組態(tài)王提供新建工程向?qū)?。利用向?qū)陆üこ?，使用戶操作更?jiǎn)便、簡(jiǎn)單。單擊菜單欄“文件\新建工程〞命令或工具條“新建〞按鈕或快捷菜單“新建工程〞命令后，彈出“新建工程向?qū)б花晫?duì)話框，如圖13所示。圖13新建工程4.3.2創(chuàng)立機(jī)械手組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個(gè)工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個(gè)畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象。這些畫面都是由“組態(tài)王〞提供的類型豐富的圖形對(duì)象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形〔圓角矩形〕、直線、橢圓〔圓〕、扇形〔圓弧〕、點(diǎn)位圖、多邊形〔多邊線〕、文本等根本圖形對(duì)象，及按鈕、趨勢(shì)曲線窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對(duì)象。提供了對(duì)圖形對(duì)象在窗口內(nèi)任意移動(dòng)、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對(duì)齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對(duì)圖形對(duì)象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具。該機(jī)械手的組態(tài)畫面不同于一般監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)畫面，一般組態(tài)監(jiān)控畫面多采用平面的二維視角來實(shí)現(xiàn)，該機(jī)械手組態(tài)畫面采用立體的畫面去監(jiān)控，畫面畫起來比傳統(tǒng)的平面畫面麻煩。進(jìn)入開發(fā)系統(tǒng)后，首先要畫的是機(jī)械手的支架，支架是用幾個(gè)平面的四邊行組合而成，畫好后給人一種立體的效果，見圖14。圖14然后是畫機(jī)械手的懸臂梁，因?yàn)闄C(jī)械手在工作過程中有很多狀態(tài)，但是在監(jiān)控畫面中不能實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的連續(xù)動(dòng)作，所以，只截取了機(jī)械手的幾個(gè)重要狀態(tài)去監(jiān)控，每個(gè)狀態(tài)都要畫出相應(yīng)的畫面，這個(gè)過程比擬復(fù)雜，需要一個(gè)一個(gè)的畫，如圖15。圖15最后，畫機(jī)械手和工件，同樣，機(jī)械手和工件也是用一些簡(jiǎn)單平面畫面組合，最后顯示一個(gè)立體效果，最終畫好后如以下圖16所示。圖164.3.3定義IO設(shè)備組態(tài)王把那些需要與之交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都作為外部設(shè)備。外部設(shè)備包括：下位機(jī)〔PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等〕，它們一般通過串行口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)；其他Windows應(yīng)用程序，它們之間一般通過DDE交換數(shù)據(jù)；外部設(shè)備還包括網(wǎng)絡(luò)上的其他計(jì)算機(jī)。只有在定義了外部設(shè)備之后，組態(tài)王才能通過I/O變量和它們交換數(shù)據(jù)。為方便定義外部設(shè)備，組態(tài)王設(shè)計(jì)了“設(shè)備配置向?qū)Ж曇龑?dǎo)用戶一步步完成設(shè)備的連接。本例中使用仿真PLC和組態(tài)王通信。仿真PLC可以模擬PLC為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)。假設(shè)仿真PLC連接在計(jì)算機(jī)的COM1口。4.3.4構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王〞軟件的核心局部，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫的形式反映在屏幕上，操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時(shí)，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時(shí)要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典〞，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。本課題所用到的變量建立好入以下圖17所示。圖174.3.5建立動(dòng)畫連接定義動(dòng)畫連接是指在畫面的圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫效果表示出來；或者由軟件使用者通過圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值。“組態(tài)王〞提供了21種動(dòng)畫連接方式：屬性變化線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)值輸出模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出值輸入模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入特殊閃爍、隱含、流動(dòng)〔僅適用于立體管道〕滑動(dòng)桿輸入水平、垂直命令語言按下時(shí)、彈起時(shí)、按住時(shí)一個(gè)圖形對(duì)象可以同時(shí)定義多個(gè)連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動(dòng)畫顯示需要，以下圖18為動(dòng)畫連接對(duì)話框。圖18最后，回到開發(fā)系統(tǒng)頁面，單擊右鍵，選擇“畫面屬性〞，然后單擊“命令語言〞，看到如圖19所示對(duì)話框。圖19在編輯框處輸入命令語言：if(\\本站點(diǎn)\伸出開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\伸出=\\本站點(diǎn)\伸出+10;\\本站點(diǎn)\機(jī)械手=\\本站點(diǎn)\機(jī)械手+10;}else{\\本站點(diǎn)\伸出=\\本站點(diǎn)\伸出-30;\\本站點(diǎn)\機(jī)械手=\\本站點(diǎn)\機(jī)械手-30;}if(\\本站點(diǎn)\下移==1){\\本站點(diǎn)\隱含=3;\\本站點(diǎn)\機(jī)械手狀態(tài)1=\\本站點(diǎn)\機(jī)械手狀態(tài)1+10;}if(\\本站點(diǎn)\夾緊開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\隱含=7;\\本站點(diǎn)\夾緊=\\本站點(diǎn)\夾緊+1;}if(\\本站點(diǎn)\左擺開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\隱含=11;}if(\\本站點(diǎn)\右擺擺開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\隱含=14;}if(\\本站點(diǎn)\放開開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\夾緊1=\\本站點(diǎn)\夾緊1+1;\\本站點(diǎn)\夾緊2=\\本站點(diǎn)\夾緊2+5;}if(\\本站點(diǎn)\收入開關(guān)==1){\\本站點(diǎn)\隱含=17;\\本站點(diǎn)\中間狀態(tài)6=\\本站點(diǎn)\中間狀態(tài)6+5;}4.3.6運(yùn)行和調(diào)試組態(tài)王工程已經(jīng)初步建立起來，進(jìn)入到運(yùn)行和調(diào)試階段。在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中選擇“文件\切換到View〞菜單命令，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)中選擇“畫面\翻開〞命令，從“翻開畫面〞窗口選擇“Test〞畫面。顯示出組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)畫面，即可看到矩形框和文本在動(dòng)態(tài)變化。如圖20所示。圖20運(yùn)行調(diào)試5組態(tài)與PLC的連接組態(tài)與PLC的連接包括以下幾個(gè)方面：一、西門子(SIEMENS)S7200(PPI)通訊協(xié)議概述組態(tài)王支持和西門子(SIEMENS)的S7200PLC使用PPI協(xié)議的連接。本協(xié)議采用串行通訊，占用計(jì)算機(jī)的串口和PLC的編程口(PPI)。一條PPI電纜只能連接一臺(tái)PLC。二、系統(tǒng)連接圖可以按以下圖將組態(tài)王和西門子S7200PLC連接，構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。通過S7200專用通訊電纜連接S7200PLC西門子S7200PLC使用專用的通訊電纜連接，連接方式見上圖。三、通訊參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置：西門子S7200PLC的數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位是8偶1，地址、波特率需要在軟件STEP7MicroDOS/WIN中設(shè)置。四、組態(tài)王設(shè)置在設(shè)備里面點(diǎn)擊COM1，點(diǎn)擊新建設(shè)備，出現(xiàn)設(shè)備配置向?qū)?duì)話框，按照里面提供的型號(hào)選擇S7-200系列PLC，通信狀態(tài)選擇PPI,為設(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為COM1，單擊“下一步〞，填寫設(shè)備地址，假設(shè)為1，單擊“下一步〞，設(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可)，單擊“下一步〞，請(qǐng)檢查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤后，單擊“完成〞。設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“PLC〞。在定義數(shù)據(jù)庫變量時(shí)，只要把IO變量連結(jié)到這臺(tái)設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)1制作好的組態(tài)畫面進(jìn)行動(dòng)畫連接好，并將PLC的編程口與計(jì)算機(jī)串口進(jìn)行連接，如圖21所示。并將PLC的通信參數(shù)與組態(tài)王設(shè)置一致，PLC采用默認(rèn)的通信方式，即波特率：9600bps，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：7位，停止位長(zhǎng)度：1位，奇偶校驗(yàn)位：偶校驗(yàn)，同時(shí)組態(tài)王系統(tǒng)的COM1口要與PLC一致。圖212輸入程序，將設(shè)計(jì)好的PLC程序正確的下載到西門子PLC中。3系統(tǒng)調(diào)試，按要求正確將計(jì)算機(jī)、PLC和機(jī)械手連接好，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，觀察組態(tài)畫面動(dòng)畫與機(jī)械手的運(yùn)行是否一致，否那么，檢查組態(tài)畫面動(dòng)畫隱含連接正確與否，直至組態(tài)動(dòng)畫運(yùn)行正常為止。機(jī)械手的成功動(dòng)作分解圖如下：伸出時(shí)：放開時(shí)：結(jié)束語機(jī)械手的出現(xiàn)延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的開展和PLC在工業(yè)生產(chǎn)過程中的廣泛應(yīng)用，機(jī)械手技術(shù)方面的研究不斷得到創(chuàng)新，促使成果不斷涌現(xiàn)。本論文的設(shè)計(jì)主要取得了以下成果：對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等各組成局部進(jìn)行了較為全面的分析，最后得出其總體設(shè)計(jì)方案。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是