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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于PLC和WINCC的机械手监控系统设计摘 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已成为一种必然的趋势。在本设计中介绍了
2、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：机械手，PLC，WINCC 专心-专注-专业目录 第一章 绪 论1.1 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，
3、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
4、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。1.2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
5、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
6、合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。第二章 系统方案论证2.1 使用PLC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。2.2 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
7、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。2.3 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。2.4 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
8、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。图2-1 系统框图第三章 设计硬件3.1 PLC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：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图2-1 PLC硬
9、件结构图3.2 PLC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）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1625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
10、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
11、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。3.3 西门子PLC的选型（1）SIMATIC S7-200S7-200 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 S7-300S7-300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
12、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（0.60.1s）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 S7-400S7-400 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
13、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 211-0AA23-0XB0CPU-222866ES7 212-1AB23-0XB8CPU-22414106ES7 214-1AD23-0XB8CPU-22624166ES7 216-2AD23-0XB8根据机械手控制需求，从I/
14、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。 3.4 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
15、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，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。3.5 机械手的分类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
16、，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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、的移动，符合本设计，所以采用点位控制。3.6 I/0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出信号操作功能地址操作功能地址启动按钮SB1I0.0下降电磁阀YV1Q0.0停止按钮 SB2I0.1加紧电磁阀YV2Q0.1手动方式SA3-1I0.2上升电磁阀YV3Q0.2单步方式SA3-2I0.3右移电磁阀YV4Q0.3单周
22、期方式SA5-1I0.4左移电磁阀YV5Q0.4连续周期方式SA5-2I0.5放松电磁阀YV6Q0.5手动下降SB3I0.6放松指示灯HL0Q0.7手动加紧SB4I0.7下降指示灯HL1Q1.0手动上升SB5I1.0加紧指示灯HL2Q1.1手动右移SB6I1.1上升指示灯HL3Q2.0手动放松SB7I1.2右移指示灯HL4Q2.1手动左移SB8I1.3左移指示灯HL5Q2.2光电开关SP1I1.4下限开关SQ1I2.0上限开关SQ2I2.1右限开关SQ3I2.2左限开关SQ4I2.33.7 PLC外部接线图S7-200外部接线电路图3-1。图3-1 外部接线图3.8 元器件清单所需元器件见表3
23、-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FU1RL1-60/40（熔座60A/熔体40A）3主电路短路保护电磁阀YV1CJ40-16/03 380V1下降电磁阀YV2CJ40-16/03 380V1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M1J02-51-4 5.5kW 1410r/min1上下电动机电动机M2J02-22-4 1.5kW 1410r/min1左右电动机电动机M3J02-22-0 0.125kW 279
24、0r/min1夹紧放松电动机可编控制器S7-200S7-CPU224 CN AC/DC/RLY1系统控制可编控制器数字量扩展模块EM 223 CN DC/RELAY1系统控制低压断路器QF1DZ5-20/230-3A1PLC电源开关隔离变压器T1380/220V，功率500W1PLC供电电源按钮SB1HBY5（红）1启动按钮SB2HBY5（绿）1停止按钮SB3HBY5（红）1手动下降按钮SB4HBY5（绿）1手动夹紧按钮SB5HBY5（绿）1手动上升按钮SB6HBY5（绿）1手动右移按钮SB7HBY5（绿）1手动放松按钮SB8HBY5（绿）1手动左移光电开关SP11有无工件检测组合开关SA3H
25、Z1-10/3J 10A 500V1手动/单步切换组合开关SA5HZ1-10/3J 10A 500V1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右移第四章 软件设计4.1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。图4-1程序顺序流程图4.2 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
26、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。（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。 4.3 程序设计图4-1顺序功能图是S7-200系
27、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S0.0S31.7。4.4 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。 图4-2程序顺序图 4.5 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
28、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。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第五章 仿真软件应用5.1 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
29、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。 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5.2 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。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。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
30、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。第六章 系统的组态6.1 WinCC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
31、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。6.2 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。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
32、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。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6.3 创建WinCC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
33、口中选择OPC.chn见图6-7所示。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。图6-9 打开变量6.4 在WinCC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
34、启动开关后机械手下行并抓紧工件，见图6-11所示。 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 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 系统的调试7.1 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
35、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
36、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，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。7.2 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
37、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。结 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
38、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。由于对组态软件WINCC掌握的不熟练，软件的一
39、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,20032 董儒胥主编. 电工电子选训教程，上海交通大学出版社，20063 王兆义主编. 可编程序控制器教程 ，机械工业出版社，20034 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，20047 苗常初编. PLC编程及应用，机械工业出版社，20038 廖常初. PLC编程及应用机械工业出版社 ，199
40、99 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，200610 袁秀英 石梅香主编.计算机监控系统的设计与调试组态控制技术（第六版）,电子工业出版社，201011 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司WinCC用户12 张伟林主编.电气控制与PLC应用，人民邮电出版社，200713 朱绍祥. 可编程序控制器(PC)原理与应用， 上海交大出版社,2004 致 谢 光阴似箭，日月如梭，时间过得很快，大学时光即将结束，转眼间就要毕业了。大学最后一个学期有一个任务就是做毕业设计。毕业设计是对我们大学所学知识的总结升华，同时也是对我们的一次检测。这次我的课题是基
41、于WINCC和PLC的机械手控制系统组态设计，主要运用我们所学的知识PLC和WINCC组态软件来完成这次毕业设计，在设计的过程中从最初的设计，到程序设计、WINCC组态软件，到最后的论文写作都得到了我们老师张强老师的精心指导和热情地帮助，在论文完成之际，向老师表示衷心地感谢在我做设计的过程中，我的各位老师和同学给我提供了很多帮助和支持，在此表示特别的感谢！附 录梯形图语句表S7-200系列中的CPU 224主要技术性能。1一般性能S7-200 CPU224的一般性能如表4-13所示。表4-13 S7-200 CPU224一般性能电源电压DC 24V，AC 100230V电源电压波动DC 20.
42、4-28.8V，AC 84-264V（47-63Hz）环境温度、湿度水平安装0550C，垂直安装0450C，595%大气压8601080hPa保护等级IP20到IEC529输出给传感器的电压DC 24V （20.4-28.8V）输出给传感器的电流280mA，电子式短路保护（600mA）为扩展模块提供的输出电流660mA程序存储器8K字节/典型值为2.6K条指令数据存储器2.5K字存储器子模块1个可插入的存储器子模块数据后备整个BD1在EEPROM中无需维护在RAM中当前的DB1标志位、定时器、计数器等通过高能电容或电池维持，后备时间190h（400C时120h），插入电池后备200天编程语言L
43、AD，FBD，STL程序结构一个主程序块（可以包括子程序）程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms）子程序级8级用户程序保护3级口令保护指令集逻辑运算、应用功能位操作执行时间0.37s扫描时间监控300ms（可重启动）内部标志位256，可保持：EEPROM中0112计数器0256，可保持：256，6个高速计数器定时器可保持：256，4个定时器，1ms30s16个定时器，10ms5min236个定时器，100ms54min接口一个RS485通信接口可连接的编程器/PCPG740P = 2 * ROMAN II，PG760P = 2 * ROMAN II，PC（AT）本机I/O数字量输入：14，其中4个可用作硬件中断，14个用于高速功能数字量输出：10，其中2个可用作本机功能，模拟电位器：2个可连接的I/O数字量输入/输出：最多94/74模拟量输入/输出：最多28/7（或14）AS接口输入/输出：496最多可接