基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计

２０１０年１　１月　农机化研究　第１　１期　基于ＰＬＣ和组态王的搬运机械手控制系统的设计　李胜多　（青岛农业大学机电工程学院，山东青岛２６６１０９）　摘要：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。　关键词：ＰＬＣ；搬运机械手；控制系统；组态王　中图分类号：ＴＰ２４１．３；ＴＰ２７１　．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１０）１１一Ｏ１４１一Ｏ５　０　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　１．机械手转盘部分２．机械手升降部分　物的搬运、移动、打包和分拣等繁琐或有害人体的工　３．机械手伸缩部分４．机械手夹紧部分　作，劳动强度得以大大减轻，生产的自动化程度也得　图１搬运机械手示意图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　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　机械手转盘部分由直流电机驱动，升降和伸缩部　工作任务。因此，利用组态软件可实现远程控制、可　分由步进电机驱动，夹紧部分由气泵和电磁阀控制。　视画面同步和实时监测从而构成一个集动作控制、过　机械手的工作过程为：从原点开始，按下启动按　程监测与控制的网络化、智能化、综合化、组态化的机　钮，系统初始化，气夹正转，到位后机械手下降，下降到　电一体化自动控制，在我国现代化工业发展进程中将　底时，碰到下限位开关，下降停止，同时机械手夹紧；夹　起到巨大的推动作用　。　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　１　系统的控制要求　右限位开关，右移停止；机械手下降，下降到底时，碰到　搬运机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气　下限位开关，下降停止；同时气夹电磁阀断电，机械手　缸、气夹等机械部件组成；电气方面有步进电机、步进　放松，放松后，机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开　电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组　关，上升停止；机械手开始左移，左移到位时，碰到左限　成。其结构示意图如图１所示。　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。　收稿日期：２００９—１２—０８　２　系统的ＰＬＣ控制部分设计　作者简介：李胜多（１９７６一），女，山东德州人，硕士研究生，（Ｅ—ｍａｉｌ）　ｌｓｄｈｉｔ＠１６３．ｃｏｒｎ。　２．１　ＰＬＣ输入输出点分配　２０１０年１　１月　农机化研究　表２可编程序控制器（ＰＬＣ）输出点　第１　１期　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　表１　可编程序控制器（ＰＬＣ）输入点　Ｔａｂ．１　Ｉｎｐｕｔ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　。　Ｔａｂ．２　Ｏｎｐｕｔ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ　ｏｆ　ＰＬＣ　２．１．２　ＰＬＣ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。　Ｐｌ　ｃ外部接线　ＤＣ　２４Ｖ　气夹正限传感开关　气夹反限传感开关　基座正限传感开关　基座反限传感开关　基座旋转脉冲　横轴前限行程开关　横轴后限行程开关　蛏轴上限行程开关　竖轴下限行程开关　停止开关　启动开关　图２　ＰＬＣ外部接线图　●　Ｆｉｇ．２　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｗｉｉｎｇ　ｒｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ＰＬＣ　Ｉ）Ｃ　２　４、　Ｉ　Ｉ　ｌ　Ｋ＇ｄ１　ＫⅥ２　・一　ｌ　＼　一图３气夹电机接线图　Ｆｉｇ．３　Ｇａｓ—ｃｌｉｐ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｗｉｉｎｇ　ｒｄｉａｇｒａｍ　图４基座电机接线图　Ｆｉｇ．４　Ｂａｓｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｗｉｉｎｇ　ｒｄｉａｇｒａｍ　・ｌ４２・　２０１０年１　１月　农机化研究　第１　１期　２．２　系统的顺序功能图　系统的顺序功能图如图５所示。　搬运机械手控制系统的顺　功能图　系统初始化　ｅ央正转　气央反转　＿Ｍ　－一⑧ＫＩ　［　…⑨　撇０他　气夹反转到位　十一Ｘ０　回…①　ｔ　｛＿　Ｔ２　ｌ　【［　４——ｊ０　４ｊ［　面（９西　西而　Ｉ算｝ｆ　放松　　Ｌ…　’　”’　ｆ　ｘ６　Ｍ２０５　五　五　Ｆ降　Ｌ一十…ｊ　Ｌ…／　Ｌ　】缩　。。Ｍ２０７　Ｉ　一～（　≥一—；　ｆ　、）Ｋ３　十一…，＼Ｙ　）　Ｔ４　抓紧　］一　一　　一］面　　⑨　＠．耵一ｊ　～　．｜＿　一…　瞌座反转　。　升　　ｊＭ２２２　ｉ－　ｒ　Ｃ０　前仲　Ｆ降　图５系统的顺序功能图　Ｆｉｇ．５　Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｈａｎ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　３组态部分的设计　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　在本设计中，交通信号灯监控系统的监控软件采　ＰＬＣ的生产厂家、设备名称、通讯方式等填人相应的　用了北京亚控公司的Ｋｉｎｇｖｉｅｗ６．５组态王软件　。　对话框即可　。ｊ。　３．１　定义Ｉ／Ｏ设备　在本设计中采用的是三菱ＦＸ系列可编程控制　首先双击工程浏览器左侧大纲项“设备＼ＣＯＭ１”，　器，当使用ＲＳ２３２与上位机相连时，ＰＬＣ与组态王连　弹出串口设置对话框，如图６所示。　接的Ｉ／０设备的缺省与推荐设置如表３所示。按照　要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连　表３中给定参数设置串口设置对话框。　２０１０年１　１月　农机化研究　３．２构造数据库　第１　１期　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。　图６串口设置对话框　Ｆｉｇ．６　Ｄｉａｌｏｇ　ｂｏｘ　ｏｆ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｓｅｔｔｉｎｇｓ　表３　Ｉ／Ｏ设备的通讯参数　Ｔａｂ．３　Ｉ／Ｏ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　Ｆｉｇ－８　Ｋｉｎｇｖｉｅｗ　ｄａｔａｂａｓｅ　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　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　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；　“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。　∥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　图７设备配置向导对诂框　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：　Ｆｉｇ．７　Ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｗｉｚａｒｄ　ｄｉａｌｏｇ　ｂｏｘ　单击“下一步”，为外部设备取一个名称，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；　“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　向导一信息纵览”。请检查各项设置是否正确，确认无　误后，单击“完成”。　・次数＝次数＋１；　｝　ｉｆ（次数＞＝５０＆＆次数＜６０＆＆气夹电磁阀　＝＝１、　ｌ４４・　２０１０年１　１月　｛次数＝次数＋１；　｝　农机化研究　第１　１期　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　ｉｆ（次数＞＝６０＆＆次数＜１　１０＆＆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　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。　参考文献：　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＨＵ　Ｑｉｎｇ—ｌｏｎｇ．Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　画面（如图９所示），达到了预期的目标。　ｏｆ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ＰＬＣ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉ—　ｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，１１：９１—９２．　［２］　黄赞．ＰＬＣ在工业机械手控制系统改造中的应用［Ｊ］．机　床与液压，２００５（７）：１９６—１９７．　［３］　廖常初．可编程序控制器应用技术第五版［Ｍ］．重庆：重　庆大学出版社，２００７（６）：２０１—２０８．　图９搬运机械手的组态界面　Ｆｉｇ．９　Ｔｈｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　［４］　佚名．ＦＸ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｓｅｒ％Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］．ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，２０００．　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　赵春萍，周挚．基于组态技术的机械手控制［Ｊ］．微　［５］　张婕，计算机信息，２００８，２６：１９８—１９９．　２００３，　［６］　袁秀英．组态控制技术［Ｍ］．北京：电子工业出版社，】６８一】８６．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｐ０ｒｔａｂｌｅ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｋｉｎｇｖｉｅｗ　Ｌｉ　Ｓｈｅｎｇｄｕｏ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｔｒｏｎｉｃｍｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６　１０９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｉ／０　ｐｏｉｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ，ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐｉｌｅｄ，　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｗｅｒｅ　ｄｒａｗ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｎ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅ　ａｔ—　ｔａｃｈｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｉｇｕｒｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏｎ—　ｎｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｉｍａｔｉｏｎ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｉｔｓ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｃｒｉｐｔ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｒｕｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｉｓ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｄｅｓｉｇｎ，Ｋｉｎｇ　ｖｉｅｗ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ＰＬＣ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｇｏａｌｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａ　ｃｏｎ—　ｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｑｕｉｔｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ａｖｅｒａｇｅ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｋｉｎｇｖｉｅｗ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　・１４５・