plc机械手控制系统 (2).wps

编号毕业设计(论文)基于基于 PLC 机械手控制系统设计机械手控制系统设计 院（系）名 称工 程 技 术 学 院 专 业 名 称电 气 工 程 及 其 自 动 化 学 生 姓 名柴 冠 明 学号142102012 指 导 教 师孟 德 威 讲 师2018 年 5 月 31 日 本科生毕业设计（论文）I摘 要本论文论述了一种应用 PLC 来实现的机械手控制系统。应用西门子S7-200CPU226 PLC 对该控制系统进行设计，应用 STEP7-Micro/WIN 软件编写控制系统的控制程序。控制程序分为五部分，分别为主程序、公共程序、手动程序、自动程序和回原点程序。主程序主要用来调用后面几个子程序；公共程序主要用于自动程序和手动程序相互切换的处理；手动程序主要用于手动控制机械手的运行；自动程序主要用于切换步进、单周期和连续的运行状态来控制机械手的运行；所编的程序通过仿真软件验证是正确的，实现了机械手控制要求，并且应用 MCGS 组态软件设计该控制系统的人机界面。人机界面直观的展示了机械手工作的全部过程。关键词：机械手；PLC；MCGS 本科生毕业设计（论文）IIAbstractThe paper discusses an application of PLC to realize robot manipulator control system.Application of the Siemens S7-200CPU226 PLC control system design,application STEP7-Micro/WIN software development control system control program.Control program is divided into five parts,namely the main program,public program,manual procedures,automated procedures and homing procedures.Main program used to call back several subprograms;public procedure used mainly for automatic program and manual switching between programs;manual procedure used mainly for manual control robot manipulator operation;automatic procedure used mainly for switching step,single cycle and continuous operating state to control the operation of the robot manipulator;compiled by simulation software verification program is correct,to achieve a robot manipulator control requirements and application MCGS configuration software design of the control system,man-machine interface.Machine interface shows the whole process intuitive robot manipulator work.Key words：Manipulator；PLC；MCGS 本科生毕业设计（论文）III目录第 1 章 绪论.11.1 机械手的发展.11.2 课题的背景和意义.11.3 国外研究现状.21.4 国内研究现状.2第 2 章 可编程控制器概述.42.1 PLC 简介.42.1.1 PLC 的起源概述与定义.42.1.2 PLC 的特点.42.1.3 PLC 的主要功能.42.2 PLC 的主要性能指标.52.3 西门子 S7-200 系列 PLC.62.3.1 S7-200 PLC 简介.62.3.2 S7-200 PLC 主要功能模块介绍.6第 3 章 控制系统硬件设计.93.1 控制要求及工作过程.93.2 控制系统 PLC 选型.103.3 系统 I/O 地址分配表.103.4 限位开关选择.113.5 系统电气控制接线图.11第 4 章 控制系统软件设计.124.1 STEP7 Micro/WIN 编程软件简介.124.2 程序流程图.124.3 编写梯形图.134.3.1 主程序梯形图.134.3.2 公共程序梯形图.134.3.3 手动程序梯形图.154.3.4 自动程序梯形图.164.3.5 回原点程序梯形图.20第 5 章 程序仿真.23 本科生毕业设计（论文）IV5.1 仿真软件简介.235.2 程序仿真过程.235.2.1 手动程序仿真.235.2.2 回原点程序仿真.265.2.3 自动程序仿真.27第 6 章 MCGS 组态软件介绍.326.1 MCGS 组态软件概述.326.1.1 MCGS 简介.326.1.2 MCGS 的通用版的主要特点和基本功能.326.1.3 MCGS 的编程语言.326.1.4 MCGS 的数据结构.326.1.5 MCGS 的作用.336.2 工程的建立与变量的定义.336.2.1 工程的建立.336.2.2 变量的定义.346.2.3 变量定义的步骤.346.2.4 设备与变量连接.366.3 工程画面的建立.376.3.1 机械手模拟画面的制作.396.3.2 运行策略的建立及脚本程序的编写.406.4 动画连接.436.4.1 垂直移动动画连接.446.4.2 水平移动动画连接.446.4.3 工件移动动画的实现.456.5 组态运行.46结论.48致谢.49参考文献.49附录 A 英文原文.51附录 B 中文翻译.56附录 C 程序梯形图.60 本科生毕业设计（论文）1第1章 绪 论1.1 机械手的发展机械手是当前自动控制领域中出现的一种较为新颖的技术，是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，是工业机器人的一个重要分支，是现代工业生产中能到用到的重要技术组成。从 20 世纪 90 年代初期起，在国家“863”计划支持下至今，机械人的迅速发展、研制和生产已成为高技术领域迅速发展起来的一门新兴的技术，它大大促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合，并且在工业生产中得到了广泛的应用，取得了良好的效果。利用机械手技术进行工业生产，并且通过对 PLC 技术的准确掌控，也能够大大提高工业生产效率。机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式。就当前应用来看，机械手主要采用的是气动驱动或者液压的控制方式进行操作，这种方式具有很大的优越性，不仅结构简单，而且非常便于控制和掌握。它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。所以，气动机械手被广泛应用于机械制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。1.2 课题的背景和意义在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本题采用 S7-200PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、本科生毕业设计（论文）2变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各项活动。1.3 国外研究现状美国最早是 20 世纪 40 年代后期，在原子能实验室中首先运用机械手来搬运放射性材料，人在安全间对机械手进行操控和实验，它的机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，结构和功能都比较简单，但经过多年的研究和发展，目前在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，已经发展到第三代机械手（机械人），现已逐步推广到工业生产等诸多领域。国外的机械手技术发展很快，目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。1.4 国内研究现状我国从 1974 年也开始研制可编程序控制器，1977 年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。作为离散控制的首选产品，PLC 在我国的应用已有 30 年的历史，PLC 自 20 世纪 70 年代后期进入中国以来，应用增长十分迅速。PLC 进入中国时最初是从成套设备引进应用，由于 PLC 价格昂贵，引进的 PLC 主要用于冶金、电力、自动化生产线等大的设备和系统。在引进国外 PLC 产品的过程中，我国也曾组织了相关单位消化、吸收 PLC 的关键技术，试图对 PLC 进行国产化。到 80 年代在上海、北京、西安、广州、长春等 20多家科研单位、大专院校和工厂研制和生产 PLC 产品，但终因缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后，都没有成功实现产业化，PLC 产品运作是否成功不是由简单的一两种因素决定的。近 10 年来，越来越多的中小设备开始采用 PLC 进行控制。MCGS 组态软件一共分成三款，分别是 MCGS 通用版，网络版和嵌入版。MCGS是北京昆仑通态公司众多开发人员用了 12 个月的时间开发出的一款国内先进的组态软件，MCGS 无论是在操控界面的简单易懂程度、内部功能的强大性、系统的可扩充性、客户的使用情况以及概念设计上都有极大的提高，使 MCGS 成为国内组态软件中极其优秀的存在，可以使国产的组态软件走的更快更远。MCGS 提供解决实际问题 本科生毕业设计（论文）3的完整方案和开发平台，能够完成采集数据、数据处理、安全报警、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及监控等功能，并支持国内外众多数据采集与输出设备。本科生毕业设计（论文）4第2章 可编程控制器概述2.1 PLC 简介2.1.1 PLC 的起源概述与定义可编程控制器(Programmable Controller，英文缩写为 PC、后又称为 PLC)是由上世纪 60 年代提出，首先是为了取代继电器控制装置。经过了半个世纪的发展，PLC的应用范围也变得更加的广泛。随着数字时代的到来，信息技术的飞速发展从而带动了各个行业的自动化进程、PLC 起强大的开关量控制以及逻辑控制，使得自身在现代化行业中的作用变得尤为突出。PLC 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，强大的适应能力，和广阔的应用范围。2.1.2 PLC 的特点 PLC 可靠性高，控制系统稳定，同时在半世纪的发展和总结中，已经形成了完善的功能，具有很强的适应行。PLC 的编程语言相较于其他编程语言更加简单，从而系统设计周期较短，维护也更加方便。PLC 众多的功能模块，极大的丰富了 PLC 的控制领域，能够满足在不同情况下的控制要求。2.1.3 PLC 的主要功能1.开关逻辑控制这是 PLC 的最基本功能。PLC 也是之所以具有强大的逻辑运算功能的原因，根据它，PLC 可以实现各种或简单，或复杂的逻辑控制，所以 PLC 才能取代传统的继电器控制系统，普及于工业控制领域。2.模拟量控制在工业生产控制过程中，有多种连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、液位和速度等。由于 PLC 中的 CPU 只能对数字量进行处理，所以 A/D 和 D/A 转换模块在 PLC 中被运用，将输入的模拟量通过 A/D 转换后送达 PLC 的 CPU 处理。而 CPU 本科生毕业设计（论文）5处理的数字量结果，经 D/A 转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。3.闭环控制过程PLC 可以进行模拟量的开环控制，也可以进行模拟量的闭环控制。为了对控制过程中的某个变量进行 PID 控制，就要配置 PID 的控制单元或模块。4.定时控制由于 PLC 具备了定时功能，故为那些需要定时功能的用户提供了一些定时器，这些定时器既可以让用户在自己编写程序时设定，又可以通过开关在外部进行设定，用来实现定时、延时的功能。5.计数控制由于 PLC 具备了计时功能，故为那些需要计时功能的用户提供了一些计时器，这些计时器既可以让用户在自己编写程序时设定，又可以通过开关在外部进行设定，用来实现计数的功能。6.顺序（步进）控制采用 PLC 进行步进控制在工控中是比较常见的，可以采用语言顺心功能图（Sequential Function Chart，SFC）进行设计。在编写程序的时候，可以适当的使用移位寄存器和顺控指令编写程序。7.数据处理数字运算、数据传送、数据转换、数据显示、打印和数据通信等，都可以被具有了数据处理能力的现代 PLC 所运行。8.通信和联网具有通讯功能的现代 PLC 不仅能进行远程的 I/O 控制，还能使 PLC 与 PLC 或与PC 之间的通信，从而构成“集中与分散”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC还可以与其他智能控制设备（如变频器、数控装置）实现通信。PLC 与变频器组成联合控制系统，可提高控制交流电动机的自动化水平。2.2 PLC 的主要性能指标虽然 PLC 的产品型号众多，各具特色，但主要性能通常是由以下几种指标进行综合描述的：1.输入/输出点数（I/O 点数）。I/O 点数是 PLC 非常重要的一项指标，在选用 PLC时，要根据控制对象的 I/O 点数要求确定机型。PLC 的 I/O 点数主要包括主机的 I/O点数和最大扩展点数。当主机的 I/O 点数不能满足控制要求时，可以外接 I/O 模块。通过总线电缆将主机与 I/O 扩展模块相连接，由主机进行寻址，因此 I/O 模块的最大 本科生毕业设计（论文）6扩展点数受到 CPU 的 I/O 寻址能力的限制。2.存储容量。内存容量决定所能存放的用户控制程序的最大量。在 PLC 中程序指令是按“步”存放的（一条指令往往不止一“步”），一“步”占一个地址单元，一个地址单元一般占 2B（16 位的 CPU）。例如，一个内存容量为 1000 步的 PLC，可推知其内存为 2KB.应注意到“内存容量”实际是指用户程序容量，它不包括系统程序存储器的容量。程序容量与最大 I/O 点数大体成正比。3.扫描速度。扫描速度是衡量 PLC 执行程序快慢的指标。扫描速度常用执行 1000步指令所需的时间表示，单位为毫秒千步，有时也以执行一步指令的时间表示，其单位为微秒步。4.指令条数。PLC 具有的指令种类越多，就说明它所具有的软件功能越强，所以指令条数的多少是衡量 PIC 软件功能强弱的主要指标之一。5.内部寄存器。PLC 内部有许多寄存器，用以存放变量状态、中间结果和数据等，还有许多辅助寄存器给用户提供特殊功能，以简化整个系统设计。因此，寄存器的配置情况是衡量 PLC 硬件功能的一个主要指标。6.功能模块。PLC 除了主机和扩展单元外，还可以配接各种功能模块口主控模块可实现基本控制功能，功能模块的配置则可实现一些特殊的专功能。因此，功能模块的配置反映了 PLC 的功能强弱，是衡量 PLC 产品档次高低的一个重要标志。2.3 西门子 S7-200 系列 PLC2.3.1 S7-200 PLC 简介西门子 S7-200 是由德国西门子公司研制的小型 PLC，可以单机运行，由于可以在多种模块和多种人机界面中选择，因此系统的集成度非常高，也可以方便的将 PLC网络组织成功。于此同时，它配备了多功能的编程软件和组态软件，可以更加简单的对控制系统进行设计，完成大多数的问题都不是问题，同时它不易发生故障，而且可以快速的运行，继承和发挥了它在大型 PLC 领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比高，所以在规模不大的领域是较为理想的控制设备。2.3.2 S7-200 PLC 主要功能模块介绍1.CPU 模块S7-200 的 CPU 模块包括一个中央处理单元、电源以及数字 I/O 点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU 负责执行程序，输入从现场设备中采集信号，输出部分输出控制信号，驱动外部负载。本科生毕业设计（论文）7S7-200 系列 PLC 中可提供 4 种不同的基本型号的 8 种 CPU 供选择使用，其输入/输出点数的分配如表 2.1 所示。表 2.1 S7-200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本单元2.I/O 扩展模块 当 CPU 的 I/O 点数不够或需要进行特殊功能的控制时，就要进行 I/O 扩展，I/O扩展包括 I/O 的扩展和功能模块的扩展。S7-200 系列 PLC 主要有 6 种扩展单元，它本身没有中央处理器，只有连接基本单元才能正确使用，用来扩展 I/O 点数，S7-200系列 PLC 扩展单元型号及输入/输出点数的分配如表 2.2 所示。表 2.2 S7-200 系列 PLC 扩展单元型号及输入/输出点数类 型型 号输入点输出点EM2218无EM222无8数字量扩展模块EM2234/8/164/8/16EM2313无EM232无2模拟量扩展模块EM235313、编程器正在运行的 PLC，是不能使用编程器的。编程器是为了用户程序的编制、存储和管理等功能运行的，在用户进行调试时候，监控和检测被送入 PLC 的用户程序。型 号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU222862 个扩展模块78 路数字量 I/O 点或 10 路模拟量 I/O 点S7-200CPU22414107 个扩展模块168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点S7-200CPU22624162 个扩展模块248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点S7-200CPU226XM24162 个扩展模块248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点 本科生毕业设计（论文）8S7-200 系列 PLC 能够使用许多种编程器，最常用的是简单编程器和智能编程器。简易型编程器是微型的，简单实用，价格低廉，可以很好的进行编程和监控，但是不能很好地进行显示，只能运用比较复杂的指令表的输入方式。智能型编程器是运用计算机进行编程的，可以使用专门的编程软件在计算机上进行编程，能应用梯形图编程语言进行程序的编写，而且可以实现在线监控，拥有强大的功能，也很直观，STEP7-Micro/WIN 是 S7-200 系列 PLC 的专用编程软件。本科生毕业设计（论文）9第3章 控制系统硬件设计3.1 控制要求及工作过程如图 3-1 所示是一台工件传送的机械手的工作示意图，其作用是将工件从点传递到点。如图 2 所示，是一台工件传送的机械手运动示意图，其作用是：机械手的升降和左右移行作分别由两个具有双线圈的两位电磁阀驱动液压缸来完成，其中上升与下降对应电磁阀的线圈分别为 YV3 与 YV1，左行、右行对应电磁阀的线圈分别为YV5 与 YV4。一旦电磁阀线圈通电，就一直保持现有的动作，直到相对的另一线圈通电为止。机械手的夹紧、松开的动作由只有一个线圈的两位电磁阀驱动的液压缸完成，线圈(YV2)通电夹住工件，线圈(YV2)断电，松开工件。机械手的工作臂都设有下、上限位和右、左限位的位置开关 SQ1、SQ2 和 SQ3、SQ4，夹持装置不带限位开关，它是通过一定的延时来表示其夹持动作的完成。机械手在最上面、最左边的状态为机械手的原位。系统设有手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为单步进行、单周期、和连续操作方式。机械手在最上面和最左边且松开时，称为系统处于原点状态。进入单周期、步进和连续工作方式之前，系统应处于原点状态，如果不满足这一条件，可以手动工作方式，进行手动操作控制，使系统返回原点状态。手动操作：就是用按钮操作对机械手的每步运动单独进行控制。单周期工作方式：机械手从原点开始，按一下起动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。连续工作方式：机械手从初始步开始一个周期接一个周期地连续工作。按下停止按钮，并不马上停止工作，完成最后一个周期的工作后，系统才会返回并停留在初始步。步进工作方式：没按一次起动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。步进工作方式常用于系统的调试。如图 3.1 所示，机械手用来将工件从 A 点搬运到 B 点，一共 6 个动作，分 3 组，即上升/下降、左移/右移和放松/夹紧。即：原位下降夹紧上升右移 左移 上升 放松 下降 本科生毕业设计（论文）1012A左右上下B图 3.1 机械手样图3.2 控制系统 PLC 选型本次毕业设计采用 S7-200 系列 PLC 完成设计，在一开始的系统设计要求可知，整个机械手控制系统共有 17 个开关量输入点，5 个开关量输出点。根据 PLC 的选型规则，对输入/输出点数量的选择；对在线和离线编程的选择；根据是否联网通信选型，综合这些对 PLC 性能指标要求，选用了 S7-200 CPU226，S7-200 CPU226 以它的性能可基本满足设计要求。3.3 系统 I/O 地址分配表根据控制要求，系统的输入/输出地址分配情况如表 3.1 所示。表 3.1 系统输入/输出地址分配表输入名称输入点编号输出名称输出点编号下限位I0.0下降Q0.0上限位I0.1上升Q0.1左限位I0.2右行Q0.2右限位I0.3左行Q0.3手动I0.4夹紧Q0.4回原点I0.5 单步I0.6 单周期I0.7 本科生毕业设计（论文）11连续I1.0 启动I1.1停止I1.2下降I1.3上升I1.4右行I1.5左行I1.6夹紧I1.7放松I2.03.4 限位开关选择限位开关就是用以限定机械设备运动极限位置的电气开关。限位开关有接触式的和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。非接触式的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等。3.5 系统电气控制接线图系统的电气控制接线图如图 3.1 所示。图 3.1 系统电气控制接线图 本科生毕业设计（论文）12第4章 控制系统软件设计4.1 STEP7 Micro/WIN 编程软件简介STEP7 Micro/WIN 编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境，它简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。适用于所有西门子 S7-200 PLC 的软件编程；同时支持 STL、LAD、FBD 三种编程语言，用户能够根据需要来自由的选择这三种编程语言；软件包有详尽的说明，能够简明有效的教会初学者相关的知识，使其尽快入门；具有多个语言的版本，可以方便各国的用户使用该软件；同时能够保护程序代码的安全，使密码功能运用到了实处。PLC 内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是 PLC 存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。4.2 顺序功能图顺序功能图如图 4.1 所示。图 4.1 顺序功能图 本科生毕业设计（论文）134.3 编写梯形图4.3.1 主程序梯形图主程序梯形图如图 4.2 所示。图 4.2 主程序梯形图主程序主要完成对各个子程序的调用。按下手动开关 I0.4，调用手动程序；按下步进开关 I0.6、单周期开关 I0.7 或连续开关 I1.0，调用自动程序；按下回原点开关I0.5，调用回原点程序。4.3.2 公共程序梯形图公共程序梯形图如图 4.3 所示。本科生毕业设计（论文）14图 4.3 公共程序梯形图 本科生毕业设计（论文）15 由于单周期、步进和连续运行都必须是机械手要停留在初始位置且 Q0.4 为 0，因此设置一个原点标志位 M0.5，当左限位开关 I0.2 以及上限位开关 I0.1 的常开触点和表示机械手放松的 Q0.4 的常闭触点成串联电路接通时，“原点条件”存储器位M0.5 变为 1。设置 M0.0 为自动运行的初始步标志位，在系统处于手动或回原点状态时，且当机械手处于原点位置时，初始步对应的 M0.0 被置位，为进入单周期、步进和连续工作方式做好准备。当系统运行手动和回原点工作方式时，必须将初始步之外的各步对应的存储器位（M2.0-M2.7）复位，否则，当系统从自动工作方式切换到手动工作方式，然后又切换到自动工作方式时，可能会出现同时有两个活动步的情况，导致系统出错。4.3.3 手动程序梯形图手动程序梯形图如图 4.4 所示。本科生毕业设计（论文）16图 4.4 手动程序梯形图按下下降按钮 I1.3 后，机械手下行到触发下限位开关 I0.0 时停止下降；按下夹紧按钮 I1.7 后，机械手夹紧；按下上升按钮 I1.4 后，机械手夹紧上升，直到触发上限位开关 I0.1 时停止上升；按下右行按钮 I1.5 后，机械手夹紧右行，直到触发右限位开关 I0.3 后停止右行；按下下降按钮 I1.3 后，机械手夹紧下降，直到触发下限位开关 I0.0 后停止下降；按下放松按钮 I2.0，机械手放松；按下上升按钮 I1.4，机械手上升，直到触发上限位开关 I0.1 后停止上升；按下左行按钮 I1.6，机械手左行，直到触发左限位开关 I0.2 后停止左行；此时机械手回到初始位置。手动操作时用 I1.3-I1.7 对应的 5 个按钮控制机械手的上升、下降、左行、右行和夹紧。为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的联锁，如限位开关对运动的极限位置的限制，上升与下降之间、左行与右行之间的互锁用来防止功能相反的两个输出同时为 ON。为了使机械手上升到最高位置时才能左右移动，应将上限位开关 I0.1 的常开触点与控制左、右行的 Q0.2 和 Q0.3 的线圈串联，以防止机械手在较低位置运行时与别的物体碰撞。4.3.4 自动程序梯形图自动程序梯形图如图 4.5 所示。本科生毕业设计（论文）17 本科生毕业设计（论文）18 本科生毕业设计（论文）19图 4.5 自动程序梯形图打开连续开关 I1.0 并按下起动按钮 I1.1，且机械手在初始位置时，机械手以连续方式运行。机械手下移，触发下限位开关 I0.0 后停止下移，机械手开始夹紧，机械手 本科生毕业设计（论文）20夹紧后开始上移，触发上限位开关 I0.1 后停止上移，机械水开始右移，触发右限位开关 I0.3 后停止右移，机械手开始下移，触发下限位开关 I0.0 后机械手停止下移，机械手放松，放松后机械手上移，触发上限位开关 I0.1 后停止上移，机械手左移，触发左限位开关 I0.2 后停止左移，完成一个周期，并且开始下一个周期。若进行单周期，则完成一个周期，机械手就会停下，不会进行下一个周期的循环，若进行单步，则按一下起动按钮 I1.1，机械手才会进行一个动作。单周期、步进和连续这三种工作方式主要是通过“连续”标志位 M0.6 和“转换允许”标志位 M0.7 来区别的。1.步进与非步进的区别。通过设置一个存储位 M0.7 来区别步进与非步进，并把M0.7 的常开触点接在每个控制代表步的存储器位的程序中，它们断开时禁止步的活动状态的转换。如果系统处于步进工作方式，I0.6 为 ON 状态，则常闭触点断开，“转换允许”存储器位 M0.7 在一般情况下为 0 状态，不允许步与步之间的转换。当某一步的工作结束后，转换条件满足，如果没有按起动按钮 I1.1，M0.7 处于 0 状态，不会转换到下一步。一直要等到 M0.7 的常开触点接通，系统才会转换到下一步。如果系统工作在连续、单周期工作方式时，I0.6 的常闭出点接通，使 M0.7 为 1状态，串联在各电路中的 M0.7 的常开触点接通，允许步与步之间的正常转换。2.单周期与连续的区别。在连续工作方式时，I1.0 为 1 状态。在初始状态按下起动按钮 I1.1，M2.0 变为 1 状态，机械手下降。与此同时，控制连续工作的 M0.6 的线圈“通电”并自锁。当机械手在步 M2.7 返回最左边时，I0.2 为 1 状态，因为“连续”标志位 M0.6为 1 状态，转换条件满足，系统将返回步 M2.0，反复连续的工作下去。按下停止按钮 I1.2 后，M0.6 变为 0 状态，但是系统不会立即停止工作，在完成当前工作周期的全部操作后，在步 M2.7 返回最左边，左限位开关 I0.2 为 1 状态，转换条件满足，系统才会返回并停留在初始步。在单周期工作方式时，M0.6 一直处于 0 状态。当机械手在最后一步 M2.7 返回最左边时，左限位开关 I0.2 为 1 状态，转换条件满足，系统返回并停留在初始步。按一次起动按钮，系统只工作一个周期。4.3.5 回原点程序梯形图回原点程序梯形图如图 4.6 所示。本科生毕业设计（论文）21图 4.6 回原点程序梯形图在回原点工作方式时打开回原点开关 I0.5，按下起动按钮 I1.1，机械手上行，升到上限位开关 I0.1 时，机械手左行，到左限位开关 I0.2 时，将 Q0.4 复位，机械手松开。这是原点条件满足，M0.5 为 ON，在主程序中，自动运行的初始步 M0.0 被置位，为进入单周期、步进和连续工作方式做好了准备。本科生毕业设计（论文）22 本科生毕业设计（论文）23第5章 程序仿真5.1 仿真软件简介西门子 S7200 的仿真软件 Simulation1.2 版是从西班牙原版 1.2 直接汉化过来的，支持 TD200 仿真界面和增减计数器等多种指令。5.2 程序仿真过程5.2.1 手动程序仿真如图 5.1，机械手在原点位置，上限位开关 I0.1 和左限位开关 I0.2 接通，打开手动开关 I0.4。图 5.1 手动-原点如图 5.2 所示，按下起动按钮 I1.1，线圈 Q0.0 得电，下降电磁阀通电，机械手下降。图 5.2 手动-下降如图 5.3 所示，机械手下降至下限位开关 I0.0，停止下行，按下夹紧按钮 I1.7，夹紧线圈 Q0.4 通电，夹紧电磁阀通电，机械手开始夹紧。本科生毕业设计（论文）24图 5.3 手动-夹紧如图 5.4 所示，按下上行按钮 I1.4，上升线圈 Q0.1 通电，上升电磁阀通电，机械手开始夹紧上升。图 5.4 手动-夹紧上升如图 5.5 机械手上升至上限位开关 I0.1 停止上行，按下右移按钮 I1.5，右移线圈Q0.2 通电，右移电磁阀通电，机械手夹紧右行。图 5.5 手动-夹紧右行 本科生毕业设计（论文）25如图 5.6 机械手右行至右限位开关 I0.3，停止右行，按下下降按钮 I1.3，下降线圈 Q0.0 通电，下降电磁阀通电机械手夹紧下行。图 5.6 手动-夹紧下降如图 5.7 机械手下行至下限位开关 I0.0，停止下行，按下放松按钮 I2.0，夹紧线圈 Q0.4 失电，夹紧电磁阀失电电，机械手开始放松。图 5.7 手动-放松如图 5.8 按下上升按钮 I1.4，上升线圈 Q0.1 通电，上升电磁阀通电，机械手开始上行。图 5.8 手动-上升 本科生毕业设计（论文）26如图 5.9 所示，机械手上行至上限位开关 I0.1，停止上行，按下左移按钮 I1.6，左移线圈 Q0.3 通电，左移电磁阀通电，机械手开始左行。图 5.9 手动-左行如图 5.10 所示，机械手左行至左限位开关 I0.2，机械手停止左行，回到原点位。图 5.10 手动-回到原点5.2.2 回原点程序仿真如图 5.11 所示，下限位开关 I0.0 与右限位开关 I0.3 接通，机械手在右下方，打开回原点按钮 I0.5。图 5.11 回原点-右下位 本科生毕业设计（论文）27如图 5.12 所示，按下起动按钮 I1.1，上升线圈 Q0.1 通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图 5.12 回原点-上升如图 5.13 所示，机械手上升至上限位开关 I0.1，停止上升，左移线圈 Q0.3 通电，左移电磁阀通电，机械手开始左行。图 5.13 回原点-左行如图 5.14 所示，机械手左行至左限位开关 I0.2 后，停止左行，回到原点位置。图 5.14 回原点-到原点5.2.3 自动程序仿真 本科生毕业设计（论文）28如图 5.15 所示，上限位开关 I0.1 与左限位开关 I0.2 接通，机械手处于原点位置，打开单周期开关 I0.7。图 5.15 自动-原点位如图 5.16 所示，按下起动按钮 I1.1，下降线圈 Q0.0 通电，下降电磁阀通电机械手下行。图 5.16 自动-下行如图 5.17 所示，机械手下行至下限位开关 I0.0 后，停止下行，夹紧线圈 Q0.4 通电，夹紧电磁阀通电，机械手开始夹紧，上升线圈 Q0.1 通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图 5.17 自动-夹紧上行 本科生毕业设计（论文）29如图 5.18 所示，机械手上行至上限位开关 I0.1 后，机械手停止上行，右移线圈Q0.2 通电，右移电磁阀通电，机械手开始右行。图 5.18 自动-夹紧右行如图 5.19 所示，机械手右行至有限位开关 I0.3 后，机械手停止右行，下降线圈Q0.0 通电，下降电磁阀通电，机械手开始下降。图 5.19 自动-夹紧下行如图 5.20 所示，机械手下行至下限位开关 I0.0 后，停止下行，夹紧线圈 Q0.4 失电，夹紧电磁阀失电，机械手开始放松，上升线圈 Q0.1 通电，上升电磁阀通电，机械手上行。图 5.20 自动-放松上行 本科生毕业设计（论文）30如图 5.21 所示，机械手上行至上限位开关 I0.1 后，停止上行，左移线圈 Q0.3 通电，左移电磁阀通电，机械手左行。图 5.21 自动-左行如图 5.22 所示，机械手左行至左限位开关 I0.2 后，停止左行，机械手回到原点位停止。图 5.22 自动-回到原点位若开始选择的是单步开关 I0.6,则机械手每次动作前都要按下起动按钮 I1.1 才可以，若开始选择的是连续开关 I1.0，则机械手运行一个周期回到原点后会继续进行下一个周期。本科生毕业设计（论文）31第6章 MCGS 组态软件介绍6.1 MCGS 组态软件概述6.1.1 MCGS 简介MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于 Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于 Microsoft Windo