PLC控制机械手资料.pdf

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1、学号 1409211010 毕 业 论 文（设计） 课题基于 PLC 与 MCGS 对机械手的控制 学生姓名胡涛 院部电气工程系 专业班级14 自动化专升本 指导教师王开全 二 一六年六月 摘要 伴随着机电一体化在各个行业的应用，机器设备的自动化程度显得越来越重要， 由于工作的需要， 人们经常受到温度高低不定、 环境恶劣及有毒气体等情况的威胁和 伤害，高强度下的工作压力，以致于危机到生命。因此迫切的需要机械手这一。 所谓的机械手就是代替生产线上的一些强度大，精准度高的人工操作的环节； 机 械手可以按照人为设定的程序来完成时间，地点，效率等设计； 机械手可以完成一些 环境恶劣的焊接，起重等人工的

2、高难度操作，可以大大的提高生产的效率减少成本， 从而加快了工业化程度，加快了自动化在生产中的运用。 本文通过西门子牌的PLC来控制机械手进行讲解机械手的控制过程，PLC是可编 程控制器（ Programmable Logic Controller）的简称，是在以继电器为控制的基础 上发展起来的一种以微机处理器为主要部件的通用的工业自动化控制设施。随着电子 技术和计算机技术的快速成长，PLC的功能也不在是简单的控制装置，越来越多的具 有计算机的功能。 目前 PLC已经是智能化， 多功能化的成长。 该系统利用西门子PLC ， 在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降

3、、 放松、上升、左旋等全过程自动化控制， 并且带有报警和复位等功能使其方便控制操 作，这样大大的提高提高了生产的安全和效率。 通过 MCGS 在机械手控制系统中的应用。 利用组态软件 MCGS 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 、 MCGS 目录 引言. 1 第一章 绪论 2 1.1 机械手研究的现状. 2 1.2 本课题研究的内容概述. 2 1.3 本课题研究的目的及意义 2 第二章PLC 的介绍与选择 3 2.1 PLC 的工作原理及主要技术指标

4、 3 2.2 PLC 的结构. 3 2.3 PLC 的特点. 4 2.4 PLC 的主要功能 5 2.5 PLC 的发展及应用. 6 第三章PLC 程序设计及调试 . 7 3.1 I/O点数的确定及 PLC类型的选择 . 7 3.2 PLC 的 I/O 分配 7 3.3 PLC 程序的设计 8 3.4 PLC 的控制安装与布线 14 3.5 机械手控制系统外部接线图 15 3.6 机械手控制程序的调试 15 第四章 MCGS 的介绍 . 16 4.1 MCGS软件简介 16 4.2 MCGS的编程语言 . 16 4.3 MCGS的系统构成 . 16 第五章 MCGS 组态过程 18 5.1 工

5、艺过程与控制要求 . 18 5.3 画面设计与制作 19 5.4 动画连接与调试 19 5.5 脚本程序的编写与调 试 . 22 5.6 PLC 与 MCGS 连接 . 24 第六章 总结 26 参考文献 227 1 引言 机械手自二十世纪六十年代初问世以来, 经过 40 多年的发展 , 现在已经成为制造 业生产自动化中重要的机电设备. 目前机械手技术有了新的发展: 出现了仿人型机械 手, 微型机械手和微操作系统 ( 如细小工业管道机械手移动探测系统, 微型飞行等 ), 机 械手化机器 , 智能机械手 (不仅可以进行事先设定的动作, 还可按照工作状况相应地进 行动作 , 如回避障碍物的移动 ,

6、 作业顺序的规划 , 有效的动态学习等 ) 。 本课题主要研究 的是基于 PLC的机械手模型控制系统的设计, 通过 MCGS 将机械手的动作过程进行动画 演示, 使机械手的动作形象化 . 提供较为直观 , 清晰, 准确的机械手运行状态 , 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。 2 第一章 绪论 1.1 机械手研究的现状 机械手是一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取、 搬运物件或操持 工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动， 实现生产的机械化和自动化，代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件， 保证 人身安全，因而广泛应用

7、于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按 适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制 和连续轨迹控制机械手等。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸 和传递工件， 在加工中心中更换刀具等， 一般没有独立的控制装置。 有些操作装置需 要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 1.2 本课题研究的内容概述 本课题主要研究的是基于PLC 的机械手模型控制系统的设计，包括硬件的设计 和软件的设计。通过设计编制PLC 程序实现机械

8、手模型控制系统的自动控制。利用 组态软件 MCGS 设计出人机界面，进行设备和数据对象的连接，实现动画连接，实 现机械手的监控。通过MCGS 将机械手的动作过程进行动画演示，使机械手的动作 形象化。提供较为直观、清晰、准确的机械手运行状态，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。 1.3 本课题研究的目的及意义 MCGS 是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于 Microsoft的各种 32 位 Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画 显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方 案，在自动化领域中

9、有着广泛的应用。本设计通过 MCGS 组态软件对机械手进行监控， 将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。 3 第二章 PLC 的介绍与选择 2.1 PLC 的工作原理及主要技术指标 PLC采用周期循环扫描的工作方式，从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的 情况下，按程序存储顺序的先后，从上到下，从左到右，逐条执行执行程序，直到程 序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行的过程。 PLC扫描工作过程 ： 读输入阶段： S7-200 将输入点的状态复制到输入映像寄存器 执行程序阶段： S7-200 逐条扫描程序，并将数据放到相应数据存储器中。 处理通信阶段：

10、S7-200 执行通信任务。 CPU 自诊断阶段：检查硬件，程序存储器，扩展模块等是否正常。 读输出阶段： S7-200 将输出映像寄存器的内容复制到物理输出点。 PLC的工作过程 (1) 自诊断检查 CPU 等内部硬件，对监视定时器（WDT ）复位以及其它工作。 (2) 编程器或计算机等通信与其它智能装置（如编程器、计算机等）实现通信。 (3) 输入采样按顺序对所有输入端的状态进行采样，并存入相应寄存器。 (4) 程序执行对用户程序扫描执行，并将结果存入相应的寄存器。 (5) 输出刷新将寄存器中与输出有关状态，转到输出锁存器，输出驱动外部负载。 主要技术指标： 1.I/O 点数 指 PLC外

11、部输入和输出端子数。 2. 用户程序存储容量 用来衡量 PLC所能存储用户程序的多少。 3. 扫描速度 指扫描 1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。 4. 指令系统条数 指 PLC具有的基本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。 5. 内部寄存器 6. 高功能模块 2.2 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

12、总线、数据总线)连接而成 9 。其结构简图如下： 4 图 2-1 PLC 硬件结构图 图 1 PLC 结构图 PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程 序两大部分。系统程序是每一个PLC 成品必须包括的部分，由PLC 厂家提供，用于 控制 PLC 本身的运行，系统程序固化在EPROM 中。用户程序是由用户根据控制需 要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC 系统，他们是相辅相 成，缺一不可的。 2.3 PLC 的特点 (1)灵活性和通用性强 PLC 发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业 控制场合。除了逻辑处

13、理功能以外， PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种 数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC 渗透到了位置控制、温度控 制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使 用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 (2)可靠性高，抗干扰能力强。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造， 内部电路采 取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC 构成控制系统，和同等规模 的继电接触器系统相比， 电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也 就大大降低。 此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能， 出现故障时可

14、及时发出警报信 息。在应用软件中， 应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。 (3)编程语言简单易学 PLC 是面向工矿企业的工控设备。 它采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面 输 出 部 件 外 设 I/O 接 口 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 5 向工业控制的简单指令。这种梯形图语言既继承了传统继电器控制线路的表达形式 （如线圈、触点、动合、动断），有考虑到工业企业中

15、的技术人员的看图习惯和微机 水平。易于为工程技术人员接受和掌握。 (4)与外部设备的连接简单，使用方便，改造维护方便 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑， 大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设 计及建造的周期大为缩短。同时PLC 还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身 的故障，并显示给操作人员， 日常维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过 改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。 (5)功能强，功能的扩展能力强 其一 PLC 利用程序进行定时， 记数，顺序，步进等控制， 十分准确可靠。 其二， PLC 还具有 A/D 和 D/A 转换，数据运算和数据处理

16、，运动控制等功能。此时它既可 以对开关量进行控制，又可以对模拟量进行控制。其三，PLC 具有通信联网功能， 因 此它不仅可以控制一台单机，一条生产线，还可以控制一个群机，多条生产线，它既 可以现场控制，也可以远距离对生产过程进行监控。 (6)设计、施工、调试周期短 由于 PLC 是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里实际和 修改程序。更为方便的是可在实验室进行系统的模拟运行调试，使现场工作量大为减 少。 (7)易于实现机电一体化 由于 PLC 内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑，体积小，重量轻， 可靠性高， 抗震防潮和耐热能力强等特点；更由于它有很强的抗干扰能力，能适

17、应各 种恶劣的环境，因而它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。 2.4 PLC 的主要功能 PLC 是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA) 和计算机集成制造系统 (CIMS)内占重要地位。 PLC 系统主要有以下功能： 1 多种控制功能； 2 数据采集、存储与处理功能； 3 通信联网功能； 4 输入、输出接口调理功能； 5 人机界面功能； 6 编程、调试功能。 PLC 的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加， 但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外，采用PLC 还可以大大缩短设计、 编程和投产周期， 使总价格进一步降低。 PL

18、C 产品面临现场总线的发展， 将再次革新， 6 满足工业与民用控制的更高需求 2.5 PLC 的发展及应用 现代 PLC 的发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和价 格更低的微小型方面发展； 二是向大型网络化、 高可靠性、 好的兼容性和多功能方面 发展。 1、大型网络化 主要是朝 DCS 方向发展， 使其具有 DCS 系统的一些功能。 网络化和通信能力强 是 PLC 发展的一个重要方面， 向下可将多个 PLC、 I/O 框架相连，向上与工业计算机、 以太网、 MAP 网等相连构成整个工厂的自动化控制系统。 2、多功能 随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，

19、使PLC 控制 领域更加宽广。 7 第三章 PLC 程序设计及调试 3.1 I/O点数的确定及 PLC类型的选择 本文选择的是德国的西门子公司生产的S7-200PLC 。 S7-200 系列 PLC是西门子公 司生产的一种小型PLC ，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC 的一样，因此它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22* 系列 PLC ，由 于它具有多种功能模块和人机界面（HMI ）可供选择，所以系统的集成非常方便，并 且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使 得在完成控制系统的设计时更加简单，其速度快，具有极强

20、的通信能力， 几乎可以完 成任何功能的控制任务。 CPU22* 系列 PLC它有如下五种不同结构的配置单元： （1）CPU221 ，它具有 6 输入/4 输出， I/O 共计 10 点，无扩展能力； （2）CPU222 ，它具有 8 输入/6 输出，I/O 共计 14点，并可以进行一定的模拟量控制 和 2 个模块的扩展； （3）CPU224 ，它具有 14 点输入 /10 点输出，I/O 点数共计 24点，它有七个扩展模块， 有内置时钟； （4）CPU226 ，它具有 24 输入/16 输出， I/O 共计 40 点，与 CPU224 相比，它增加了 通信口的数量，通信能力大大增强； 3.2

21、PLC 的 I/O 分配 表 1 I/O分配表 名称输入名称输出 下限位I0.1 回原点I2.1 上限位I0.2 单步I2.2 右限位I0.3 单周期I2.3 左限位I0.4 连续I2.4 上升I0.5 启动I2.6 左行 I0.6 停止 I2.7 松开I0.7 下降Q0.0 下降I1.0 夹紧Q0.1 右行I1.1 上升Q0.2 夹紧I1.2 右行Q0.3 手动I2.0 左行Q0.4 8 3.3 PLC 程序的设计 图 2 机械手示意图 原点状态：机械手在最上面和最左边，且夹紧装置松开时。 一个工作周期：机械手从初始状态开始，将工件从A 点搬运到 B 点，最后返回初始 状态的过程。 图 3

22、机械手控制面板 程序设计梯形图框图如下： 9 图 4 PLC 程序设计图 (1)：公共程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间的 切换处理。具体的梯形图如： 图 5 公共程序梯形图 (2) 手动程序设计 用经验设计法 1.设置上升与下降、左行与右行之间的互锁。 2.保证在最左端或最右端时才上升、下降、松开。 3.保证只有在最高位置时才能左右移动 4.要限制机械手的移动范围，保证其移动位置准确。 10 图 6 手动程序梯形图 （3）自动程序设计如下： 1.画顺序功能图。 (1)M0.5起始状态 (2)M0.7连续标志 2.单周期与连续的区分： M0.7 3.单步与非单步的区

23、分 : M0.6 单步：按一下启动按钮才会运行下一步。 在每步中串入一个M0.6 的常开触点。 图 7 自动程序顺序功能图 11 根据顺序功能图编写梯形图如下： 图 8 自动程序梯形图 12 自动程序输出处理： 1 I0.1 IO.4 的常闭触点是为单步工作方式设置的。 2 如果不加限位开关的常闭触点，机械手会停留位置不准确。 其梯形图如下： 图 9 自动输出梯形图 （4）自动回原点程序： 要求：按下启动按钮I2.6 ，从任意状态回到原点。 1 夹紧装置松开 Q0.1=0 只有两种动作回到原点：上升和左行。 2 夹紧装置夹紧 Q0.1=1 1. 机械手在最右边 下降松开上升左行回到原点 2.

24、机械手不在最右边 上升右行下降松开上升左行回到原点 顺序功能图如下： 13 图 10 自动回原点顺序功能图 根据顺序功能图得出梯形图如下： 14 图 11 回原点梯形图 3.4 PLC 的控制安装与布线 1、 输入接线 （1）输入接线一般不要超过30m 。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入 接线可适当长些。 （2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。 （3）利用普通二极管恰当的串接在PLC输入回路中，防止信号干扰，使PLC输 入信号大大增强。 2、电源接线 电源是 PLC引入干扰的主要途径之一，PLC应尽可能取用电压波动较小、波形畸 变较小的电源，这对提高PLC的可靠性有很大

25、帮助。 PLC的供电线路应与其他大功率 用电设备或强干扰设备（如高频炉、弧焊机等）分开。为了提高整个系统的抗干扰能 力，可编程序控制器供电回路一般可采用隔离变压器、交流稳压器、 晶体管开关电源 等。我们正是用了隔离变压器和交流稳压器来抗干扰。隔离变压器是初级和次级之间 采用隔离屏蔽层， 用漆包线或同等非导磁材料组成，电器回路上不允许短路， 两极各 引出一个接地抽头。 初级与次级之间的静电屏蔽要联结到零点位，接地抽头配电容耦 合最后引出到接地点。在选用交流稳压器时，一般可按照实际最大需求容量的130% 计算。这样可以保证稳压特性又有助于稳压器工作可靠 16 。 PLC供电电源为 50Hz 、22

26、0V 10% 的交流电。由于本设计使用的是西门子系列可编 程控制器， 所以有直流 24V输出接线端。 该接线端可为输入及传感器 （如光电开关或 接近开关）提供直流24V电源。 3、接地 15 正确选择接地点， 完善接地系统接地的目的通常有两个，其一为了安全， 其二是 为了抑制干扰。 完善的接地系统是 PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。系统接 地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它 属高速低电平控制装置， 应采用直接接地方式。 良好的接地是保证PLC可靠工作的重 要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。所以我们给可编程控制器接上了专用接 地线。 3.5

27、 机械手控制系统外部接线图 图 12 PLC 外部接线图 3.6 机械手控制程序的调试 在程序调试过程中出现了一系列的问题，但最终都一一解决了。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。 16 第四章 MCGS 的介绍 4.1 MCGS软件简介 MCGS（Monitor and Control Generated System ，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成 计算机监

28、控系统的组态软件。它能够在基于Microsoft 的各种 32 位 Windows 平台上运行， 通过对 现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决 实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。其主要特征和功能大体为：具有简单灵活 的可视化操作界面、实时性强、 有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒体画面、开放式结构、 广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、 多样化的报警功能、 支持多种硬件设备、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组 态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等。

29、 4.2 MCGS的编程语言 MCGS 数据库管理功能强大， 分为数据前处理 （可以对设备采集进来的数据进行 多种数值处理）、数据后处理（可通过各种内部函数、运算符、脚本程序对实时采集 的数据进行处理）、实时数据处理（提供数据浏览，各种曲线、报表等功能构件，对 存盘数据库的数据进行查询、排序、运算等操作），同时可以挂接外部数据库，实现 ODBC 接口和 OLE 实时调用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等数据库相连， 提供多种数据转换方式，每种方法都可以独立使用或组合使用。 数据浏览构件可同时以表格和曲线的形式显示存盘数据库中数据，实时曲线可以 动态显示当前的数据， 并可

30、以设定上下限值和时间的长短，以便于用户查询， 同时提 供 EXCEL 报表和 MCGS 自由报表。 4.3 MCGS的系统构成 MCGS 系统包括组态环境和运行环境两个部分。 用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具 软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文 件，称为组态结果数据库。 运行环境是一个独立的运行系统， 它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行 各种处理， 完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义， 必须与数 据库一起作为一个整体，才能构成用户引用系统。组态结果数据库完成了MCGS 系统 从组态环境向运行

31、环境的过渡，它们之间的关系如图13 所示。 组态环境： 组态生成 应用系统 运行环境： 解释执行 组态结果 组态结果 数据库 17 图 13 组态环境和运行环境关系图 由 MCGS 生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实 时数据库和运行策略五个部分组成，如图14所示。 图 14MCGS 用户应用系统结构图 主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略 MCGS 工控组态软件 菜单设计 设置工程属性 设定存盘结构 添加工程设备 连接设备变量 注册设备驱动 创建动画显示 设置报警窗口 人机交互界面 定义数据变量编写控制流程 使用功能构件 18 第五章 MCGS 组态过程 5.1

32、 工艺过程与控制要求 按照机械手程序设计满足其要求。 5.2 变量定义 表 2 变量定义 变量名类型初值注释 启动按钮开关型0 机械手启动控制信号，X11 输入， 1 有效 复位按钮开关型0 机械手复位控制信号，X12 输入， 1 有效 夹紧开关型1 机械手动作控制夹紧，输出，0 有效 放松开关型1 机械手动作控制放松，输出，0 有效 上升开关型1 机械手动作控制上升，输出，0 有效 下降开关型1 机械手动作控制下降，输出，0 有效 前伸开关型1 机械手动作控制前伸，输出，0 有效 后缩开关型1 机械手动作控制后缩，输出，0 有效 X5 开关型0 X 轴前限位，输入，1 有效，停止前伸 X6

33、开关型0 X 轴后限位，输入，1 有效，停止后缩 X7 开关型0 Y 轴上限位，输入，1 有效，停止上升 X10 开关型0 Y 轴下限位，输入，1 有效，停止下降 工件夹紧标志开关型0 夹紧为 1 初始位置开关型1 工件处于初始位置时为1 垂直移动量数值型0 动画参数 水平移动量数值型0 动画参数 19 5.3 画面设计与制作 图 15 机械手控制画面 5.4 动画连接与调试 画面编辑好以后， 需要将画面与前面定义的数据对象即变量关联起来，以便运行 时，画面上的内容能随变量变化。 1)双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。 2)单击“动画连接”选项卡，进入该页。 图 16 动画组态属性设置

34、 3)单击“组合图符”，出现“？”、“”按钮。 4)单击“ ”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项 卡，进入该页。 5)选中“可见度”选项卡，其他项不选。 6)单击“可见度”选项卡进入该页，如图11 所示。 20 图 17 动画组态属性设置 7)在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列 表，双击“启动按钮”。 8)在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”。 9)单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。 10) 单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连 接。 11) 单击“保存”按钮。 12) 依次对其他指示灯进行设置

35、，依照步骤1）11）。 经过这样的连接， 当按下机械手或画面上的启动按钮后，不但相应变量的值会改 变，相应指示灯也会出现亮灭的改变。只用 8 个指示灯对机械手的工作状态进行了动 画显示。如果让机械手在画面上动起来，看起来就更真实、生动了。为体现机械手上 升、下降、前伸、后缩、夹紧、放松等动作，图中机械手、上工件、横滑杆等部分需 要随动作进行水平移动，上工件要做垂直移动，气夹还要张开、闭合。 1、垂直移动动画连接： 1)在“实时数据库”中增加一个新变量“垂直移动量”，初值：0，类型：数 值型。 2)单击“查看”菜单，选择“状态条”，在屏幕下方出现状态条。状态条左侧 文字代表当前操作状态，右侧显示

36、被选中对象的坐标和大小。 3)估计总垂直移动距离：在上工件底边与下工件底边之间画一条直线，根据状 态条大小指示可知直线长度即总垂直移动距离，垂直移动距离为104。 4)在脚本程序的开始处增加“动画控制”语句： IF 下移=0 THEN 垂直移动量 =垂直移动量 +1 ENDIF IF 上升=0 THEN 垂直移动量 =垂直移动量 -1 ENDIF 变化率 =1 个相素 / 每次，即每执行一次脚本程序，垂直移动量加1 或减 1，当然 21 变化率也可以选大些或小些。 5)计算垂直移动一次脚本程序执行次数：次数=下移时间（上升时间） / 循环策 略执行间隔 =5s/200ms=25次。 6)计算：

37、垂直移动量的最大值=循环次数 * 变化率 =25*1=25。 7)在机械手监控画面中选中并双击上工件，弹出“属性设置”窗口。 8)在“位置动画连接”一栏中选中“垂直移动”，单击“垂直移动”选项卡， 进入该页。 9)按照图 4-19 所示在“表达式”一栏填入：垂直移动量。在垂直移动连接栏 填入各项参数。单击“确认”按钮，存盘。 10) 进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。 2、水平移动动画连接： 1)水平移动总距离的测量：在工件初始位置和移动目的地之间画一条直线，记 下状态条大小指示，此参数即为总水平移动距离。移动距离为180. 2)在数据库中增加一个变量：水平移动量，数值型，初值为0。

38、3)脚本程序中增加以下代码： IF 前伸 0 THEN 水平移动量 =水平移动量 +1 ENDIF IF 后缩 0 THEN 水平移动量 =水平移动量 -1 ENDIF 4)脚 本 程 序 执 行 次 数 后 缩 时 间 （ 前 伸 时 间 ） 循 环 策 略 执 行 时 间 =10s/200s=50 次。 5)计算：水平移动量的最大值 =循环次数 *变化率 =50*1=50，即当水平移动量 50时，水平移动距离为180。 6)如图 4-21 所示对右滑杆、机械手、上工件、气夹分别进行水平动画连接。 参数设置的意思是： 当水平移动量 =0时，向右移动距离为 0；当水平移动量 50 时，向右移动

39、距离为180。 7)进入运行环境调试。 3、工件移动动画的实现： 1)在实时数据库中填加一个变量：工件夹紧标志，初值：0，类型：开关。 2)在脚本程序中加入两条语句： IF 夹紧=1 THEN 工件夹紧标志 =1 处于夹紧状态 22 ENDIF IF 放松=1 THEN 工件夹紧标志 =10 处于放松状态 ENDIF 3)选中下工件，在“属性设置”页中选择可见度。 4)进入“可见度”页，在表达式一栏填入：工件夹紧标志；当表达式非零时， 选择：对应图符不可见。意思是：当工件夹紧标志1 时，下工件不可见； 当工件夹紧标志 0 时，下工件可见。 5)选中并双击上工件，将其可见度属性设置为与下工件相反

40、，即当工件夹紧标 志非零时，对应图符可见。如图18 所示。 图 18 动画组态属性设置 6)依照步骤 3)5) 对气夹进行设置。 7)存盘，进入运行环境调试。 8)删去画面中不需要的图符。 5.5 脚本程序的编写与调试 IF 下降=0 THEN 垂直移动量 = 垂直移动量 + 1 ENDIF IF 上升=0 THEN 垂直移动量 = 垂直移动量 - 1 ENDIF IF 前伸=0 THEN 水平移动量 = 水平移动量 + 1 ENDIF 23 IF 后缩=0 THEN 水平移动量 = 水平移动量 - 1 ENDIF IF 启动按钮 =1 AND 复位按钮 =0 THEN 定时器复位 =0 定时

41、器启动 =1 ENDIF IF 启动按钮 =0 THEN 定时器启动 =0 ENDIF IF 复位按钮 =1 AND 计时时间 =44 THEN 定时器启动 =0 ENDIF IF 定时器启动 =1 THEN IF 计时时间 =44 THEN 后缩=1 定时器复位 =1 EXIT ENDIF ENDIF IF 定时器启动 =0 THEN 下降=1 后缩=1 上升=1 前伸=1 ENDIF 5.6 PLC 与 MCGS 连接 1) 在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。 25 2) 点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。 3) 单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮。 4)

42、 在可选设备列表中，双击“通用设备”。双击“串口通讯父设备”，在 下方出现串口通讯父设备图标。 5) 双击串口通讯父设备图标，将“串口通讯父设备”添加到右侧选定设备 列表中。 6) 双击“PLC设备”，在下方出现“西门子”文件夹，双击“西门子”文件 夹，出现“ s7-200”， 双击“s7-200”图标，将西门子“ s7-200” 添加到右侧 选定设备列表中。 7) 单击“确认”，并保存。 8) 在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。设备被添加到设 备组态窗口中。 9) 双击“设备 1- 西门子 s7-200 ”，进入模拟设备属性设置窗口。 10)单击基本属性页中的“内部属性”选项，

43、该项右侧会出现图标， 单击此按钮进入“内部属性”设置。将：通道1、2 的最大值分别设置为： 10、 12。 11)单击“确认”，完成“内部属性”设置。 12)单击“通道连接”标签，进入通道连接设置。依次进入通道连接，直 至通道全部连接完成。 进入“设备调试”属性页，即可看到通道值中数据在变化。 单击“保存”按钮。至此设备与变量（数据对象）的连接完成。 26 第六章 总结 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

44、。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操作性。 利用组态软件 MCGS 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。MCGS 是一种比较新颖的软件， 将 MCGS 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

45、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MCGS 掌握的不熟练， 软件的一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。 27 参考文献 1 廖常初 . 可编程序控制器的编程方法与工程应用M. 重庆：重庆大学出版社， 2001. 2 钟肇新 . 可编程序控制器原理及应用M. 广州：华南理工大学出版社，2006. 3 戴仙金 . 西门子 S7-200 系列 PLC应用与开发 M. 北京：中国水利水电出版社， 2007. 4 罗宇航 . 流行 PLC实用程序及设计 M. 西安：西安电子科技大学出版社，2006. 5 张立科

46、 .PLC 应用开发技术与工程实践R. 北京：人民邮电出版社结论，2005. 6 赵景波 . 零基础学西门子 S7-200PLCM.北京：机械工业出版社， 2013. 7 Michael F. Zaeh,Clemens Poernbacher. Model-driven development of PLC software for machine toolsJ. Production Engineering . 2008. 8 Dongkai Qiao,Xiangyu Yang,Jinxin Jia.Design of Automatic Welding Machine Based on PLC. J. Production Engineering ，2011. 9 张小坤 . 可编程控制器原理与应用 M. 西安：西安工业大学出版社，1988. 10 崔亚军 . 可编程控制器原理及程序设计M. 北京：电子工业出版社， 2000.