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机电综合实验实验名称：机械手动作的模拟班级：机自12-11班小组成员：XXXXXXXXXXXXXXXXX中国矿业大学机械手动作的模拟【摘要】根据机械手的工作过程和控制要求，将西门子S7-200PLC和组态王Kingview6.53应用于机械手的控制系统。通过建立PLC和Kingview6.53之间的通讯，利用组态软件模拟机械手的工作过程。实验表明，由S7-200PLC和Kingview6.53构成的控制系统人机界面简单、易于操作、经济实用、可靠性高。Accordingtotheworkingprocessandcontrolrequirementsofthemanipulator,bothSiemensS7-200PLCandKingview6.53appliedtothemanipulatorcontrolsystem.ThentheconfigurationsoftwareisusedtosimulatetheworkingprocessofthemanipulatorbybuildingthecommunicationbetweentheS7-200PLCandtheKingview6.53.ExperimentalresultsshowthatthecontrolsystemconstitutedbyS7-200PLCandKingview6.53iseasytooperate,man-machineinterfacesimple,economicalandhighreliability.【关键词】关键词：机械手；PLC控制；组态王.Keywords：manipulator;PLCcontrol;Kingview6.531.引言1.1引论机械手能够模仿人手部的部分动作，按照设定的程序、轨迹和要求，代替人手对工件进行搬运等操作。这不仅可以使人手避免可能出现的危险情况，保障生产安全，还能促进工作线的流水化，提高工作效率。PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入|输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分PLC=ProgrammableLogicController，可编程控制器。另外PLC还有以下几个名称：PLC=PowerLineCommunication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。鉴于PLC顺序控制的自身特点，应用PLC控制机械手实现各种规定的动作工序，可以简化控制线路，提高可靠性，在保证劳动生产率的条件下节约成本。同时，上位机监控系统可以采用组态王Kingview组态软件设计，能够实现实时显示数据、动画显示、流程控制等功能。1.2实验目的和具体要求1、实验目的用数据移位指令来实现机械手动作的模拟。学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINSS7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成机械手动作模拟控制系统。2、实验装置与附件（1）TKPLC-1型实验装置一台（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。（3）PC/PPI编程电缆一根。（4）连接导线若干。3、机械结构和控制要求图中为一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：原位→下降→夹紧→上升→右移↑↓左移←上升←放松←下降4、机械手动作的模拟实验面板图：机械手动作的模拟控制面板上图下框中的YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、HL分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5；SB1、SB2分别接主机的输入点I0.0、I0.5；SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别接主机的输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。上图中的启动、停止用动断按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀的原位指示灯用发光二极管来模拟。PLC作为下位机控制，计算机作为上位机，利用组态软件进行监视和控制，计算机能够控制下位机PLC的运行和停止，和运行工况的组态画面监视。2PLC控制系统和组态王软件和介绍2.1PLC控制系统a基本介绍PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。bPLC的功能（1）逻辑控制（2）定时控制（3）计数控制（4）步进(顺序)控制（5）PID控制（6）数据控制：PLC具有数据处理能力。（7）通信和联网（8）其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。cPLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。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。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，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，整个系统具有极高的可靠性。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小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。除了逻辑处理功能以外，现代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。近年来PLC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。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。dPLC控制系统的设计基本原则（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。（3）保证控制系统安全可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。2.2组态王软件A基本介绍组态王组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。B具体功能（1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接。（2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能。（3）可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印。（4）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间。（5）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存。（6）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理。（7）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布。（8）方便的配方处理功能，丰富的设备支持库。C使用组态王实现控制仿真a基本方法：(1)图形界面的设计(2)构造数据库(3)建立动画连接(4)运行和调试b组态王特点:(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。C对多媒体的支持（1）组态王可以嵌入图片（2）可以播放声音文件（3）播放动画（4）支持视频采集设备D组态王控制过程要考虑以下三个方面(1)图形,是怎样用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。(2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。(3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。3正文3.1PLC程序（STL语句）LDI0.2；上限为开关AI0.4；左限位开关ANM10.1ANM10.2ANM10.3ANM10.4ANM10.5ANM10.6ANM10.7ANM11.0ANM11.1=M10.0；原位启动，M10.0接通，移位寄存器开始移位LDI0.4AM11.1OI0.5；停止按钮=M10.0=M11.1LDM10.0AI0.0；启动，机械手下移LD