基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计首先分析了搬运机械手控制系统的要求，然后进行了可编程控制器I/O点的分配、编写了PLC控制程序、绘制了原理图;同时，实现了PLC与上位计算机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计和动画连接的建立等;最后运行系统并调试成功。本设计利用工控组态软件实现对搬运机械手的运行过程进行监控和管理，这对提高生产过程的自动化控制水平有着重大的意义。引言随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，流水生产线已基本普及，人工搬运或包装货物和产品不仅耗时费力，而且在环境恶劣、无法作业的条件下依然动用人工去作业已然不太现实。因此，传统的工作方式必然不能适应我国社会主义市场经济的快速发展，自动化生产模式则应运而生，而机械手自动化控制的研究与应用对实现自动化生产有着巨大的意义。利用PLC控制实现机械手的精准、快速地进行货物的搬运、移动、打包和分拣等繁琐或有害人体的工作，劳动强度得以大大减轻，生产的自动化程度也得到大幅度提高，并且机械手完全可以代替人工在环境恶劣、工人无法作业或有特殊要求的场合完成既定的工作任务。因此，利用组态软件可实现远程控制、可视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的机电一体化自动控制，在我国现代化工业发展进程中将起到巨大的推动作用。1系统的控制要求搬运机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成;电气方面有步进电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。其结构示意图如图1所示。点击图片查看大图图1搬运机械手示意图机械手转盘部分由直流电机驱动，升降和伸缩部分由步进电机驱动，夹紧部分由气泵和电磁阀控制。机械手的工作过程为:从原点开始，按下启动按钮，系统初始化，气夹正转，到位后机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止，同时机械手夹紧;夹紧后机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;基座正转，到位后机械手右移，右移到位时，碰到右限位开关，右移停止;机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止;同时气夹电磁阀断电，机械手放松，放松后，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止;机械手开始左移，左移到位时，碰到左限位开关，左移停止，基座反转，到位后回到原点位置。至此，机械手经过12步动作完成了1个动作周期。2系统的PLC控制部分设计2．1PLC输入输出点分配2．1．1控制系统输入输出控制系统输入输出分配如表1和表2所示。点击图片查看大图表1可编程序控制器(PLC)输入点点击图片查看大图表2可编程序控制器(PLC)输出点2．1．2PLC外部接线图的设计PLC外部接线图如图2所示;气夹电机接线图如图3所示;基座电机接线图如图4所示点击图片查看大图图2PLC外部接线图点击图片查看大图图3气夹电机接线图点击图片查看大图图4基座电机接线图2．2系统的顺序功能图系统的顺序功能图如图5所示点击图片查看大图图5系统的顺序功能图3组态部分的设计在本设计中，交通信号灯监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6．5组态王软件。3．1定义I/O设备首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，弹出串口设置对话框，如图6所示。要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC的通讯参数设置保持一致。由于本系统是PLC与组态王间进行通讯，因此将PLC的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。在本设计中采用的是三菱FX系列可编程控制器，当使用RS232与上位机相连时，PLC与组态王连接的I/O设备的缺省与推荐设置如表3所示。按照表3中给定参数设置串口设置对话框点击图片查看大图图6串口设置对话框表3I/O设备的通讯参数然后选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，选择PLC三菱FX2系列产品中“编程口”，如图7所示。点击图片查看大图图7设备配置向导对话框单击“下一步”，为外部设备取一个名称，输入“PLC”，再单击“下一步”，为设备选择连接串口;假设为COM1，单击“下一步”，填写设备地址为“1”，单击“下一步”，设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导—信息纵览”。请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。3．2构造数据库要在组态王中知道外部设备的状态，以及能够输出控制信号到机械手，需要建立相应的变量。建立完成的数据库如图8所示。点击图片查看大图图8构造好的组态王数据库然后是动画连接，接着是脚本程序的编写。3．3脚本程序的编写1)事件命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“事件命令语言”，在右侧双击新建图标，则出现“事件命令语言”对话框，在“事件描述”中输入“停止按钮==1”，在“发生时”语言编辑区域输入:停止标志=1;运行标志=0;∥本站点\复位按钮=0;∥本站点\启动按钮=0;单击右下方的“确认”按钮，则完成第一段事件命令语言的编写。类似可编写“复位按钮”“下降”“启动按钮”“横轴回缩”的事件命令语言。2)应用程序命令语言的编写。在组态王工程浏览器窗口左侧选择命令语言目录中的“应用程序命令语言”，双击右侧图标，则出现“应用程序命令语言”对话框，在这里编写机械手动画的主要控制程序。在“运行时”栏里输入:if(运行标志==1){if(次数＞=0＆＆次数＜50＆＆下降==1){机械手y=机械手y+2;次数=次数+1;}if(次数＞=50＆＆次数＜60＆＆气夹电磁阀==1){次数=次数+1;}if(次数＞=60＆＆次数＜110＆＆上升==1)3．4运行和调试进入组态王运行系统。显示出组态王运行系统画面(如图9所示)，达到了预期的目标。点击图片查看大图图9搬运机械手的组态界面4结论设计综合了计算机和PLC的长处:计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制。监控系统不仅可以接受多种由PLC发出的控制信号，亦可向PLC发出各种命令信号，还可以与PLC之间进行各种状态数据的传输。基于组态王的搬运机械手的PLC控制系统的设计正确，实现了搬运机械手的自动控制，加强了远程监控的能力，提高了控制系统的准确性和稳定性。