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1、气动机械械手的自自动控制制和上位位机监控控设计张平洋,吴向前前盖晓华(新疆大大学电气气工程学学院，新疆乌鲁鲁木齐88300008)摘要本设计计采用松松下FPP1-CC40型型PLCC为控制制器，以以组态王王软件为为上位机机开发平平台。通过分分析控制制动作流流程，完完成PLLC程序序设计，实实现了气气动机械械手将不不同颜色色的物块块搬运到到指定位位置。通通过组态态软件设设计系统统图形界界面，定定义I/O设备备，构造造数据库库，建立立动画连连接及联联机调试试，实现现了上位位机对系系统的实实时监控控。控制制安全可可靠，监监控界面友友好。关键词词气动机械械手；FFP1-C400；上位位机；实实时监控控
2、TheDDesiign of Auttomaaticc Conntrool aand Suuperrvissionn wiith thee Hoost Commputter forrPneeumaaticc Maanippulaatorr Absttracct:Thee deesiggn iis bbaseed oon PPLC of Pannasoonicc FPP1-CC40 as thee coontrrolller andd thhe cconffiguurattionn sooftwwaree ass thhe ddeveeloppmennt pplattforrm oof tthe
3、 hosst ccompputeer.We deesiggn tthe conntroolliing floow ccharrt, maake thee PLLC cconttroll prrogrram,andd fuulfiill to connveyy obbjeccts of divversse ccoloorstto ddifffereent plaacess wiith pneummatiic mmaniipullatoor. Morreovver,usiing connfigguraatioon ssofttwarre, wee deesiggn tthe graaphiical
4、l innterrfacce,sett thhe ssysttems II/O devvicee, sttruccturre tthe dattabaase， esstabblissh tthe aniimattionn coonneectiion,debbug on linne aand finnallly aachiievee reeal-timme mmoniitorringg annd cconttrolllinng oof tthe hosst ccompputeer. Thee coontrroliissaafetty, sttablleanndthe conntroolliing
5、 intterffacee issfriienddly.Keywwordds:pneuumatticmmaniipullatoor; FP11-C440; the hosst ccompputeer;rreall-tiime monnitoorinng aand conttrolllinng在现代工工业中，工业机机械手是是自动控控制领域域的一个个广泛关关注的焦焦点，并并已成为现现代自动动化生产产领域的一一个重要要组成部部分。本课题题采用松松下FPP1C400型PLCC，根据据控制要求求对机械械手系统统进行PPLC程程序设计计，实现机机械手系系统将不不同颜色色的物块块搬运到到指定位置置，并以组态
6、王王软件为为开发平平台，实现对机机械手分分拣物料料工况的上位机机实时监控控。此机机械手监监控系统统可移植植应用于于一些工工业产品品的分拣拣装箱，可可大大提提高工作作效率，并并能使人人体避免免接触一一些对人人体有害害的化工工产品，提高工厂的的工作安安全性。1机械手手控制系系统硬件件设计1.1 硬件总体体方案设设计气动机械械手自动动控制系系统整体体结构图图如图1所示，主要设设备有：计算机机、松下FP11-C440型PLCC和机械械手工作作台，其其中机械械手工作作台主要要包括以以下部分分：244V稳压压电源、空空气压缩缩机、电电感式接接近开关关、色标标传感器器、电控控换向阀阀和气缸缸。图1气动动机械
7、手手自动控控制系统统整体结构构图松下FPP1-CC40是是机械手手系统的的控制器器，通过过编程实实现对机机械手装置的控控制，以以组态软软件为开开发平台台，实现现上位机机实时监控控。稳压压电源为为PLCC、电控控阀、电电感式接接近开关关及色彩彩识别元元件供电电，空气气压缩机机为气缸缸动作提提供动力力。通过过电感式式接近开开关信号号变化，借借助电控控换向阀阀改变气气缸的运运动方向向，实现现机械手手抓取和和松开物物块，及及机械大大小臂前前后、上上下动作作，完成成传送物块块任务。色色标传感感器用来来检测物物块的颜颜色，使使机械手手装置分拣拣不同颜颜色的物物块到指指定位置置。机械手控控制系统统I/O接线
8、此机械手手控制系系统共有有33个I/OO点，其其中22个输入入点，11个输出出点，根据I/O分配表表，焊接接电感式式接近开开关、色色标传感感器，以以及电控控换向阀阀的电源源线、信信号线于于输入输输出端子子排，其其中PLC面板上上的COM均与电电源的正正极相连连，上面面的输入/输出端端子均与与COM在PLC的内部部相连。现现场的接接线面板板上COM均与电电源的负负极相连连，现场场的输入入/输出元元件的负负极均与与COM在现场场面板的的内部相相连，从而构成成控制回回路。机机械手控控制系统统I/OO接线如如图2所示，其其中，实实线表示示正极引引线，虚虚线表示示负极引引线。图2机械械手控制制系统II/
9、O接接线图2机械手手控制系系统软件件设计2.1机机械手控控制系统统程序流流程图设设计根据机械械手控制制系统的的工作要要求，即即把三种种不同颜颜色的物物块搬运运到指定定位置，机械手控制系统程序流程图如图3所示。图3 机机械手控控制系统统程序流流程图2.2机机械手控控制系统统下位机机程序设设计FPWIIN-GGR软件是是松下电电工为其其FP类型可可编程控控制器提提供的编编程软件件。FPWWIN GR除有编写、修修改程序序等基本本功能外外，该软软件也支支持PLCC在线状态态监控等等功能。此机械手手控制系系统的程程序包括括物料台台传送物物块、机机械手1取放物物块、中中间传送送台传送送物块、色彩识别定位
10、物块存放位置和机械手2取放物块五部分，这里只分析色彩识别定位物块存放位置程序，程序如图4所示。当中间检测开关检测到的物块是黑色的时，X14、X15均处于断开状态，10号和11号气缸均不动作，物块放到1号槽；当检测到的物块是粉红色时，X14处于闭合状态，X15处于断开状态，通过中间寄存器R4使10号气缸动作，物块放到2号槽；当检测到的物块是白色时，X14、X15均处于闭合状态，通过中间寄存器R5使10号和11号气缸均动作，物块放到3号槽。另外，当定时器T93延时到，10和11号气缸均复位。图4 通通过色彩彩识别定定位物块块存放位位置程序序2.3下下位机控控制程序序调试FPWIIN GGR软件与P
11、LC的通信信使用RS2232串串口通信信，与编程计计算机相连的的是RS2232CC端，与PLC相连的的是RS4422端端。FPWWIN GR编程软软件与PLC通信调试试经验总总结如下下：1) 当PLCC上载或或者下载载程序时时，PLC必须处处于PROOG状态，不不能处于于RUN状态，而而且PLC不能与与上位机机监控软软件处于于通信状态态，否则则操作会失失败。2) FPWIIN GGR编程软软件内设设定的COM口与PLC和计算算机相连连的COM口必须须一致，而而且通讯讯参数设设置应相同，否否则通信会失败败。3) 程序编译译后，若若没经过过FPWWIN GR软件总体体检查，且且程序编编写有错错误时
12、，程序可以下载到PLC，但运行时程序不会被执行，故在下载程序到PLC时，应先对程序进行总体检查。2.4机机械手控控制系统统上位机机监控设设计组态软件件是在自自动测控控系统监监控层一一级的软软件平台台和开发发环境，能能以灵活活多样的的组态方方式提供供良好的的人机界面面，此设设计使用用的组态态王软件件是我国国自主研研发的上上位机监监控软件件，其功能完善善，易学学易用。设计组态王工程的一般过程是：图形组态、I/O设备组态、I/O变量组态和动画连接。2.4.1图形组组态有效的利利用菜单单栏里的的各种工工具及图图库模型型是快速速建立图图形画面面的有效效方法。机械手装置静态画面如图5所示。图5机械械手装置
13、置静态画画面2.4.2 I/O设备组组态在工程浏浏览器的的目录区区，用鼠鼠标左键键单击项项目管理理中设备备下的COMM1，从树形形设备列列表区中中选择PLC子目录录下的松松下FP系列的FP11C400型，单击“下一步”按钮，则则弹出设设备配置置向导“选择串串口号”对话框框，为配配置的串串行设备备指定与与计算机机相连的的串口号号，并进一一步为串串口设备备指定设设备地址址，最后后设定通信信参数，则完成了I/O设备组态。2.4.3 II/O变量组组态组态王工工程中，不同的PLC定义I/O变量时，地址形式有所不同，对于松下FP1-C4O型PLC，离散I/O变量的地址是.0.，即按十六进制的方式进行设定
14、。如果变量地址设计形式出错，组态王与PLC联机调试时，通信会失败。2.4.4 动画画连接组态王开开发系统统中的画画面都是是静态的的，要想想反映机械械手的工作状况况，需要把I/O变量和和静态画画面中的的图形进进行“动画连连接”，此设设计的输输出动画画均用输入变变量的与与或运算表表达式，结合组组态王的的隐含功能能实现。3联机调调试在运行组组态王工工程之前前，根据需需要可在组态王王开发系系统中对对运行系系统环境境进行配配置。组组态王软软件与PLC联机调调试经验验总结如如下：1）在联联机调试试时，如如果某一一个I/O端子子接触不不良，可可能就会会引起系系统不能能正常运运行，故联机调试试时不能盲目修修改
15、程序序，还要要确保硬件件设计的可可靠性。2）组态态王工程设定的COM口与PLC和计算算机相连连的COM口必须须一致，而而且通讯讯参数设设置应相同，否否则通信信会失败败。3）当PPLC与FPWWIN GR编程软软件正在在通信的的条件下下，联机机调试通通信会失失败。故故联机调调试前，应先退出FPWIN GR编程软件。4）联机机调试时时，若机械手手工作台台附近有有较剧烈烈振动时时，色彩彩识别会会出现错错误，可可能所有有物块都都会分拣拣到同一个个物料槽内内，故在在联机调调试时，空气压压缩机不不能离机机械手装装置太近近。经过多次次联机调调试，实实现了设设计目的的。通过过上位机机的启动动按钮与与停止按按钮
16、可以以控制下下位机PPLC程程序运行行与否，从从而控制制机械手手的工作作状况，通过监监控界面面能实时时监视系系统运行行状况。联机调试时，机械手控制系统根据物块颜色确定把物块放进哪一个物料槽，上位机通过采样I/O状态，上位机监控画面中的对应部位会随着机械手工作台中相应部位的动作而有一定时间滞后的动作。机械手控制系统物块色彩识别现场画面与监控画面如图6所示。图6物块块色彩识别别现场画画面与监监控画面面4结束语语此设计采采用松下下FP11-C440型PLCC为控制制器，以以组态王王软件为为上位机机开发平平台，通通过对系系统硬件件设计和软软件设计计，很好好的实现现了机械械手系统统的自动动控制和和上位机机监控，达达到了控控制目的的和良好好的监控效果果。对学学习研究机械手手控制系系统的人人员有一一定参考考价值。参考文献献：1 常斗南南可编编程控制制器原理理应用实验MM北北京：机机械工业业出版社社199982 严盈富富监控组组态软件件与PLC入门北京：人民邮邮电出版版社200063樊樊尚春传感器器技术及及应用M北京：北京航航空航天天大学出出版社200044 闫坤，马英庆庆气动传传送与分分拣生产产线控制制系统的的研究工业控控制计算算机20005年第第6期5 北京亚亚控组态王6.553软件使使用手册册北京亚亚控发展展科技有有限公司司