基于西门子PLC、触摸屏的机械手的控制的设计

PAGE湖北民族学院理学院机械电子工程专业毕业论文(设计)题目基于西门子PLC、触摸屏的机械手的控制的设计设计人（签名）设计说明书页附图张附表张图纸张教学基层组织名称教学基层组织负责人（签名）设计指导教师（签名）（签名）评阅人（签名）20作者声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀学位论文评选机构将本学位论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本学位论文内容不涉及国家机密。论文题目：基于西门子PLC、触摸屏的机械手的控制的设计作者单位：湖北民族学院继续电子工程作者签名：年月日目录摘要 -1-Abstract -2-第一章选题背景与设计分析 -3-1.1选题背景 -3-1.2设计要求的分析 -4-第二章PLC简介及编程软件 -7-2.1PLC的简介及原理 -7-2.1.1PLC的简介 -7-2.1.2PLC的原理 -7-2.2PLC的类型及特点 -9-2.2.1PLC的类型 -9-2.2.2PLC的特点 -9-2.3PLC的应用 -10-2.4关于人机界面 -10-2.4.1人机界面产品的组成及工作原理 -10-2.4．2人机界面产品的基本功能及选型指标 -12-2.5关于西门子编程软件 -13-2.5．1STEP7-Micro/Win组成及功能 -13-2.5．2STEP7–Micro/Win编程 -16-第三章气动原理图的设计 -17-3.1气压传动的基本介绍 -17-3.2气动传动分析与设计 -18-3.2．1气动机械手的结构 -18-3.2．2气动机械手的搬运原理 -18-3.2．3气路图的设计 -19-第四章PLC程序的设计与编译 -20-4.1机械手的动作分析 -20-4.2I/O地址分配表 -20-4.3PLC控制原理图及系统图 -21-4.4程序截图 -22-第五章实验与总结 -29-5.1实验 -29-5.2）总结 -34-致谢 -35-参考文献 -3636-基于西门子PLC、触摸屏的机械手的控制的设计作者：唐秋专业：机械电子工程学号：020941210指导老师：吕俊 摘要 本论文是在工业机械手自动化的趋势下选题的，选择了可编程控制器(PLC)作为工业机械手的控制系统，同时应用到了触摸屏，这对提升工业机械手的整体技术性能起到了良好的作用。本论文的控制对象是一个机械手完成八个基本动作。机械手由气缸驱动，气缸受电磁阀控制。限位开关检测机械手是否到达固定位置。可编程控制器(PLC)控制机械手的每个动作，实现机械手的自动运行。本论文可编程控制器(PLC)选用西门子（SIEMENS）公司S7–200系列的CPU226，机械手的开关量信号直接输入PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。在软件上，设计了主程序和子程序。主程序控制转盘电机动作和调用子程序，子程序控制每个机械手动作。同时利用了人机界面进行调试、检查。本论文在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。关键词：可编程控制器(PLC)，气动机械手，梯形图，CPU226，触摸屏DesignofSiemensPLC,touchscreencontrolofmanipulatorbasedonpenster：TangQiuprofession：mechatronicengineeringnumber:020941410adviser:LvJunAbstractThispaperisintheindustrialrobotautomationtrendtopics,thechoiceofaprogrammablecontroller(PLC)forindustrialrobotcontrolsystem,simultaneouslyappliedtothetouchscreen,whichenhancetheindustrialrobot'soveralltechnicalperformancehasplayedagoodrole.

Controlobjectofthispaperisarobottocompleteeightbasicmoves.Robotdrivenbythecylinder,thecylinderbysolenoidvalve.Limitswitchesdetectwhethertherobotreachesafixedposition.

Programmablecontroller(PLC)controlstherobot'severymovement,toachievetherobotautomatically.Inthisthesis,theprogrammablecontroller(PLC)selectedSiemens(SIEMENS)CompanyS7-200seriesCPU226,robotswitchsignalinputdirectlyPLC,PLCviaanintermediaterelayforsolenoidvalvecontrol.Insoftware,thedesignofthemainprogramandsubprograms.Maincontroldialmotormovementsandcallthesubroutine,thesubroutinecontroleachrobotmovements.Whiletakingadvantageoftheman-machineinterfacefordebuggingandcheck.

Inthispaper,inaccordancewiththeoveralldesignprocess,"askquestions,analyzeandsolveproblems,"thedominantideology,thewholesystemisdesignedtoworktomakeadetailedexposition.Keywords:programmablelogiccontroller(PLC),pneumaticmanipulator,ladderdiagram,CPU226,touchscreen.第一章选题背景与设计分析1.1选题背景生产过程的机械化，自动化已成为在现代工业中突出的主题。具有连续性生产过程的特点的自动化已基本得到解决。但在不连续的生产过程中，如机械工业中，装配、加工等。在机械工业中能有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法包括专用机床、数控机床、控制机床、加工中心等自动化机械。但是对于大量的装卸、搬运、装配等作业，其机械化程度还有待于大幅度提高。据统计，在美国，生产的全部工业零件中金属加工生产批量中有75%有50件以下，但是仅有零件生产时间的二十分之一是在机床上的加工时间。从这里看出，加载和卸载的紧迫性，处理过程的机械化，工业机械手是实现这些过程的自动化。[1]自上世纪六十年代以来，对机械手的开发应用也在不断发展，最成功也是最典型的发展是生产者将此产品大量应用于卫生行业，从而实现了卫生检验中快速、高效率的要求，但在卫生领域的机械手因采用样品的方法和滤光片式的结构设计，导致试剂价格昂贵，不能使机械手得到广阔的发展空间。经过专家学者的共同努力，机械手的这一限制其市场推广发展的难题已经攻破。专家预测未来10年，全自动化学分析机械手将占据全自动流动分析仪的市场份额中的一半。上述两类产品的技术特点告诉我们，机械手具有一下几个特点：（1）微升级试剂消耗；（2）不受模板束缚，分析中不同检测项目可穿插完成；（3）可完成研发性波长扫描优化检测条件，用户可自行设计新的检测项目；（4）体积小，甚至可做现场快速分析等。同时我们可以明白，以前流动分析中不适合的用户群，为机械手的应用提供了可能性，如样品检测单一种类少而样品量多的情况。在医学卫生行业的快速分析中，新型机械手的设计特点使取代昂贵的试剂，降低分析成本不再是奢望。但是一些特殊样品处理技术不能在线实现是机械手不能完全取代流动分析产品的一个重要原因，如萃取、高温蒸馏，需要离线进行。但是我们相信在不久的将来，随着技术的进步，这些方面的技术也能实现突破。气动机械手能够广泛应用在生产自动化的各个行业是与工业机械化和自动化的发展以及其自身的一些优点是分不开的。近几十年来，随着气动技术与电气可编程控制技术相结合的越来越成熟，使气动技术在各种自动化生产线上得到广泛应用，也使整个系统性能更加可靠、控制方式更灵活、自动化程度更高。全世界都在大力开发研究气动机械手。根据各国的行业统计资料，近30多年来，气动行业发展很快。对气动技术的要求也相应的越来越高。经过30多年的发展，在工业技术发达的欧美、日本等国家，液压与气动元件的产值比从20世纪70年代的9:1达到了6:4，甚至接近5:5。这都是由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等优势。在我国，气动行业的特点是起步较晚，发展较快。从20世纪80年代中期开始，气动元件产值的年递增率高于中国机械工业产值平均年递增率，达到20%以上。气动技术以微电子技术、PLC技术、计算机技术、传感技术和现代控制技术的发展与应用为契机，已发展成为实现现代传动与控制的关键技术之一。气压传动系统具有以下优势：（a）使用安全、可靠，（b）可以在恶劣环境下工作，如高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等。从而使气动机械手更加如鱼得水，被广泛应用于各种各样的不同产品的工业中等。在食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装和烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序中，我们都可以看到气动机械手的身影。譬如酒、油漆的灌装、自动加盖、安装和拧紧，牛奶盒装箱等都应用到了气动机械手。关于气动机械手相对于其他驱动的机械手的优缺点在前文中已经阐述，不再次说明。本次设计是基于PLC控制的机械手且是气动，实现了机械手的自动化。[2]1.2设计要求的分析机械手的三维结构图大致如图1-1：该机构向各个工作单元输送工件，由气动手爪、单杆气缸、双杆气缸、旋转气缸和定位开关等元件组成。可将物料从一个的搬运到另一点。通过控制电磁换向阀和节流阀对气动回路中的顺序、速度、方向等控制来控制整个机械手动作。每个气缸都配置位置度检测磁性开关。图1-1气动机械手部件图[3]整个搬运机构能完成四个自由度动作：手臂旋转、手臂伸缩、手爪升降、手爪松紧。1）旋转气缸：双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于控制机械手臂正反向90度旋转，气缸旋转角度可以任意调节范围0—180度，角度调节通过固定在两侧的油压缓冲器进行调整，在旋转气缸正转或反转过程中，起缓冲减速作用。待机械手臂正转或反转到位后，接近开关信号输出；2）双杆气缸：双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于控制机械手臂的伸出或缩回。而附带在缸上两端的磁性开关用于气缸的位置检测，检测气缸伸出和缩回是否到位，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；3）升降气缸：双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制，用于控制机械手提升或下降。而附带在缸上两端的磁性开关用于气缸的位置检测，检测气缸升起和下降是否到位，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；4）气动手爪：双作用气爪由一个二位五通单向电控阀控制，带状态保持功能用于各个工作站抓取物料。[3]工作过程如下（见图1-2）：当圆形物料随着物料导槽到达光电检测开关设置的位置时，并接收到机械手装置抓取物料发出的信号后，气动机械手双杆气缸快速向前伸出到位，单作用气缸向下伸出、将气爪放到与物料同一轴向位置时，T秒后气爪夹住物料向上缩回，双出杆气缸开始慢速缩回，旋转气缸带动整个手爪以逆时针方向转动到旋转气缸右位设定位置，然后双杆气缸再次伸出，单作用气缸下降将物料放到下一个功能模块接料台上松开气爪并快速缩回，旋转气缸将以顺时针方向快速的回转到原始位置，等待下次物料搬运。停机报警停机报警触摸屏可控制编程器送料机构无料持续20S无料出料口检测有料驱动搬运机械手放料图1-2工作过程本次设计主要是设计包括气缸驱动的气动原理图，机械手动作控制的PLC程序，触摸屏控制的基本操作。本次设计的最终目的是实现试验台的无错误动作，加深对工业自动化的理解与感受，使自己能够达到单独完成一些简单程序、动作控制的设计。第二章PLC简介及编程软件2.1PLC的简介及原理2.1.1PLC的简介PLC是一种源于继电器控制技术，但基于电子计算机的，用于工业现场的电控制器。，它把经输入电路的物理过程得到的输入信息，通过运行存储在其内存中的程序，变换为所要求的输出信息，并通过输出电路的物理过程去实现控制。PLC虽然基于电子计算机，但与普通计算机并不等价。后者在进行入出信息变换时，大部分是只考虑信息本身，而忽略了信息入出的物理过程。对于PLC则要兼顾信息入出的可靠性、实时性和信息本身的实际使用。特别要考虑如何结合实际情况以适用于工业环境。PLC不仅能处理信息，进行入、出信息变换，以及通过输入、输出电路与它的控制对象交换信息；而且还能存储信息、显示信息，以及通过其外设或通信口与外界交换信息。这些都与其兼具微处理器，入出电路，内存及外设。对比继电器控制装置，其功能要多得多，强得多。相对于计算机，PLC体积要小得多，工作可靠得多，使用也方便得多。2.1.2PLC的原理PLC组成：1.CPU运算和控制中心

由控制器、运算器和寄存器等电路集成在一个芯片上组成了CPU。而CPU与I/O接口电路相连接是通过地址总线、数据总线来实现的。主要用于控制外部驱动。如图2-1所示。图2-1CPU运算和控制中心

2．存储器主要是用来存储用户程序，系统程序，数据。分为RAM、ROM、PROM、EPROM和EEPROM等。基本结构如下。

图2-2存储器3．输入/输出接口主要是用于传递传输信息，达到控制的目的。如图2-3。

图2-3

4．编程器

编程器分为两种。一种是我们实验室使用的，操作方便的手持编程器。另一种是通过敲击键盘，利用NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件），然后通过PLC的RS232口，与计算机相连，向PLC内部输入程序。PLC的基本工作原理工作方式：“顺序扫描，不断循环”1．输入采样，程序执行，输出刷新共同构成一个扫描周期。2．每次扫描过程，集中采集输入信号，对输出信号进行集中刷新。

3．输入刷新过程，是每个扫描周期进行完毕才能进入下一个周期。

4．程序的执行变化将导致元件映象寄存器的内容的变化。

5．扫描周期的长短由CPU执行指令的速度，指令本身占有的时间，指令条数三条决定。

6．由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。[4]2.2PLC的类型及特点2.2.1PLC的类型（1）按控制规模分：控制规模主要是指可控制的逻辑量入出点数及模拟量的入出路数。但主要以逻辑量计。模拟量路数有的可以折算成逻辑量的点，大致一路相当于816点。根据这个点数，PLC大致可以分为微型机（控制的仅几点、是几点、几十点），小型机（控制点可达100多点甚至更多），中型机（控制点数可达500点，以至于以千点计），大型机（控制点数一般在1000点以上），超大型机（控制点数可达10000点，甚至几万点、几十万点）。按结构特点分：PLC可分为箱体式与模块式。（1）箱体式的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。一个主机箱体就是一台完整的PLC，就可以实现控制。微型、小型机多为箱体式。（2）模块式的PLC它具有不同功能的模块组成。其主要模块有CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块、机架等。大、中型机都是模块式的。PLC还有很多的不同分类方法，其类型也很多，在此就不一一列举了。而且随着新产品的出现，还将有更多的分类。在此对PLC作以上的分类分析，目的是使大家对PLC有一个大致的、比较全面的了解。2.2.2PLC的特点1.使用灵活、通用性强——PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。2.可靠性高、抗干扰能力强——相对于通用微机，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，而且采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。让其能够更好的适应工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化等环境，且寿命长，可靠性大大提高。从实际使用情况和数据资料来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达4～5万小时。

3.接口简单、维护方便——根据工业控制的设计要求，PLC的接口有较强的带负载能力，而且一般为模块式接口电路，便于维修更换。4.体积小、功耗小、性价比高是其第四大优势5.编程简单、容易掌握。PLC用户组确定设计者充分考虑工程技术人员的技能与习惯领域。编程语言的视觉形象，较少的指示，语法简单易懂等特点，不需要专门的计算机知识和语言，只要某电气技术知识工作者就能够在短时间内掌握。这是因为大多数的PLC编程可作为工业控制的梯形简单的命令模式的一种常用方法。使用专用的编程器，方便查看，编辑，修改用户程序。6.设计、施工、调试周期短——由于PLC控制软件，硬件电路是非常简单和直接的，其结构是模块化的构建块，并已商品化，所以只需按性能，容量（输入和输出点，内存大小）选择组件，然后进行程序的编制；也可以对PLC到来之前编制出程序，使设计和施工可同时进行，从而大大减少了设计周期。在施工过程中，由于软件编程硬件控制功能所取代，在很大程度上减少重安装布线工作，从而缩短施工周期。由于PLC的程序来完成任务的控制，使用一个用户友好的编程语言​​工业，已经迫使和仿真功能的程序设计，修改和调试带来了很大的方便，可以大大减少设计和投产周期。[5]2.3PLC的应用基于PLC的固有特点和强大的功能，PLC已得到广泛应用。目前，在顺序控制、过程控制、运动控制、信息控制、远程控制5大控制中，PLC的身影随处可见。前3个的目的是使不同的系统均能实现自动化。信息控制是为了实现信息化，其作用是使自动化能建立在信息化的基础上，达到管理与控制结合的目的，从而做到供、产、销无缝链接，以确保自动化效益。远程控制不仅可实现各个角落信息汇总，保证信息完整，为信息的全面使用提供方便；而且为自动化的扩展，使从局部的设备级，发展到全程的生产线级，车间级，乃至于工厂级、地域级，建立自动化工厂、数字化城市成为可能。一句话即：使在信息化基础上的自动化能远程化。显而易见，大规模、大范围的自动化、信息化，将具有更大威力和更大的效益。然而，随着自动化、信息化及远程化的推进，系统将越来越复杂。为此，还必须实现对这些控制进行控制。否则，一旦情况发生变化，或出现故障，而又不能及时应对，所有这些控制的效益将化为乌有。而PLC，就具有这个能力。充分利用PLC靠处理信息实施控制和具有很多自诊断功能的两个优势，使PLC在实施上述控制时，具有一定的自适应、自诊断的能力，也为实现自动化、信息化及远程化之后，再实现智能化提供了可能。而且这也是必然趋势。[6]2.4关于人机界面2.4.1人机界面产品的组成及工作原理人机界面产品与“触摸屏”常常被大家混淆，但是从严格意义上来说，两者是有本质上的区别的。这是因为前者是一种包含硬件和软件的人机交互设备，而后者仅仅是前者可能用到的硬件部分，是一种替代鼠标和键盘部分功能，安装在显示屏前端的输入的设备。为了解决PLC的人机交互问题，产生了一种人机界面产品。随着计算机技术和数字电路技术的发展，在很多工业控制设备都具备了串行通信的能力，而只要有串行通信能力的工业控制设备，如变频器，直流调速器，温度控制仪表，数采模块，可以连接的人机界面产品，为了实现人机交互的功能。HMI的硬件和相应的私人屏幕组态软件产品包括人机界面（触摸屏），在正常情况下，每个厂家的HMI画面组态软件的硬件均使用不同类型的设备连接到PLC。HMI产品也可以通过一个通用组态软件（WinCC，组态王）作为硬件平台在PC的Windows操作系统上运行，常用工具软件产品。通用组态软件的支持，如各种发光板，仪表，PLC，变频器，模块和其他设备，由于计算机硬件平台的强大性能和通用组态软件的功能也很强，所以经常用在大型的监控系统。人机界面产品的组成原理：人机界面产品由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通信接口、数据存储单元等，如下图（图2-1）所示。HMI产品的性能高低由HMI的核心单元——处理器的性能决定。根据处理器的选用不同：8位、16位、32位，把HMI的产品分为不同的等级。如图所示（图2-2），HMI软件一般分为运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件两部分。而HMI的画面组态软件制作“工程文件”是用户都必须使用，编制好的“工程文件”是通过PC机和HMI产品的串行通信口下载到HMI的处理器中运行。任何人机界面产品都有系统软件部分（如图2-2），系统软件运行在HMI具有小型的操作系统管理系统软件的运行的处理器中，支持多任务处理功能。，=一般诸如WindowsCE、Linux等通用的嵌入式操作系统使用于基于平板计算机的高性能人机界面产品中。处理器单元处理器单元显示单元通信接口存储单元输入单元图2-4人机界面硬件组成界面组态软件（运行于PC机）界面组态软件（运行于PC机）设备驱动处理器系统内核软件（运行于HMI硬件）图2-5人机界面软件构成触摸屏的工作原理：“触摸屏”只是HMI产品可用于替代鼠标和键盘的功能，硬件部分是安装在显示器的输入装置的前面。依靠各种触摸屏技术的传感器工作或触摸屏本身就是一套传感器。触摸屏响应速度快，可靠性，稳定性和寿命都是各自的定位原理和相应的传感器用于决策。触摸检测部件和触摸屏控制器，触摸屏。前者是安装在显示器屏幕前，用户角色是检测触摸位置，触摸屏控制器接收疏散；后者主要用于触摸点检测装置接收信息，然后将其转换成触点坐标，给CPU，但它可以接收发送到CPU的指令和执行。如果按照工作原理和传输信息的介质的触摸屏，可分为电阻式触摸屏，电容式传感器，红外式和表面声波四。只要我们了解每种类型的触摸屏技术的工作原理和特点，每种类型的触摸屏了解自己的长处和弱点，我们可以触摸屏的应用将是方便的。[6]2.4．2人机界面产品的基本功能及选型指标基本功能：用于诸如指示灯、按钮、文字、图形、曲线等设备工作状态显示；用于对数据、文字输入操作和打印输出；用于存储生产配方以及设备生产数据记录；进行简单的逻辑运算、数值运算；可连接不止一种的工业控制设备组网。选型指标：显示屏的尺寸及色彩和分辨率；HMI的处理器的性能好坏；选择触摸屏或薄膜键盘的输入方式；注意画面存贮容量，看清厂商标注的容量单位，因为有字节（byte）、与位（bit）两种不同的容量单位；通讯口种类及数量，是否支持打印功能。人机界面产品分类：根据显示器的尺寸是一个键盘输入的人机界面，显示的大小是小于5.7’，如流行的人机界面，画面组态软件是免费的，是主要的产品，一个小的人机界面触摸屏输入的人机界面，并显示屏幕大小为5.7～12.1，画面组态软件是免费的，是一种中间产品，如果一个基于平面的PC机，具有多种通信端口，是一种高性能的人机界面，显示的大小是大于10.4，画面组态软件的费用，是高端产品人机界面的使用方法。第一步、根据监控任务要求选择适合的HMI产品；第二步、“工程文件”可在PC机上用画面组态软件编辑；第三步、测试并保存已编辑好的“工程文件”；第四步、PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中，连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。[百度百科]2.5关于西门子编程软件2.5．1STEP7-Micro/Win组成及功能STEP7-Micro/Win的主界面如下图（图2-3）：主界面包括菜单栏、工具栏、浏览条、指令树、程序区、工作区和状态条等几个部分。除菜单栏外，通过查看菜单和窗口菜单可以更改其他窗口的样式和对窗口进行取舍。图2-6主界面图菜单栏：包含文件、编辑、查看、PLC、调试、工具、窗口、帮助8个选项。图如下。各个菜单项的功能如下（图2-4）：图2-7菜单栏文件：提供了对程序文件的各种基本操作，包括新建、打开、关闭、保存、另存、导入、导出、上载、下载、页面设置、打印、预览、最近使用文件和退出。编辑：提供程序的撤销、剪切、复制、粘贴、全选、插入、删除、查找、替换、转至等各种编辑工具。查看：可选择不同的程序编辑器：LAD、STL、FBD；进行数据块、符号表、状态图表、系统块、交叉引用、通信参数的设置；选择注解、网络注解显示与否等；在其工具栏区可以选择浏览条、指令树及输出视窗的显示与否；对程序块的属性进行设置。PLC：用于与PLC联机时的操作。调试：用于联机时的动态调试，首次扫描、多次扫描、程序状态、触发暂停以及用程序状态模拟运行条件等。工具：提供复杂指令向导和文本显示器TD200设置向导；其定制子菜单可以更改工具栏的外观或内容，及在“工具”菜单增加常用工具；选项子菜单可以设置3种编译器的风格。窗口：可以设置窗口的排放形式，如层叠、水平、垂直等。帮助：提供S7—200的指令系统及编程软件的所有信息，并提供在线帮助、网上查询、访问等功能。工具栏：将最常用的的操作以按钮的形式设定到主窗口，提供给用户最便利的鼠标访问。主要有一下几部分：标准工具栏：调试工具栏：公用工具栏：LAD指令工具栏：浏览条：为编程提供按钮控制，可以实现窗口的快速切换，即对编程工具执行直接按钮存取，包括程序块、符号表、数据块、状态图表、系统块、交叉引用和通信。单击上述任意按钮，则主窗口切换成与按钮对应的窗口。如果要打开或关闭浏览条，可以选择“查看”“帧”“浏览条”；使用菜单命令“工具”“选项”，选择“浏览条”标签，可在浏览条中编辑字体。浏览条中所有操作都可在“指令树”窗口中完成。指令树：以树形结构提供编程时用到的所有快捷操作命令和PLC指令。可分为用于组织程序项目的项目分支和用于输入程序，打开指令文件夹并选择指令的指令分支。程序区：在程序区中，程序块、符号表、数据块、状态图表、系统块、交叉引用、局部变量表可以同时或分别打开。工作区：用来显示程序编译的结果。如图（图2-5）：图2-8工作区状态条：提供STEP7–Micro/Win中的操作信息。2.5．2STEP7–Micro/Win编程编程前的准备：新建或打开一个项目选择PLC型号选择编程模式和指令语句表集设置PLC参数用户程序的输入与编辑：在三种程序编辑中，以LAD编辑器使用的比较广泛，本设计业是用LAD编程，大致步骤如下：程序输入与编辑数据块编辑符号表的编辑程序的编译程序的传送。[7]第三章气动原理图的设计3.1气压传动的基本介绍1）简介气压传动的特点是:工作压力低,一般为0.3～0.8兆帕，气体粘度小，管道阻力损失小，便于集中供气和中距离输送，使用安全，无爆炸和电击危险，有过载保护能力；但气压传动速度低，需要气源。2）历史创建用于气动传动的发展条件是由于出现在1829个多级空气压缩机。选择开始挖掘42年后。美国人发明了G.威斯汀豪斯气制动装置，首次在1872发明后的铁路车辆制动四年。后来，随着各种工业的发展，气动机械和控制系统中得到了广泛的应用。1930气动压力调节器。气动伺服压力在20世纪50年代开发的导弹舵控制。飞机气动逻辑元件在20世纪60年代发明的，使压力传输得到了很大的发展。3）组成气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组成了气压传动。一般由Linktitle压缩机提供气源。气动执行器的主要压缩气体的压力能转换为机械能，和用于驱动空气马达包括缸内工作部件。气流方向，压力和流量主要通过气动控制阀的控制，气动控制阀分为方向控制阀，压力控制阀和流量控制阀。空气净化空气滤清器的分水岭，改善空气的油雾润滑性能，消除噪声的消声器，管接头，气动配件等。也有用于气动传输的感受和传递信息的气动传感器。4）特点气压传动的优点：（1）以取之不尽，处理方便的空气作为工作介质，不会污染环境，清洁环保，从而可以少设置或不必设置回气管道。（2）由于空气的黏度相对液压油很小，只有后者的万分之一，流动阻力小，便于集中供气，中、远距离输送。（3）动作迅速，反应快；维护简单，工作介质清洁，不存在介质变质和更换等问题是气动控制的又一大特点。（4）无论是在易燃、易爆、多尘埃、辐射、强磁、振动、冲击等恶劣的环境中，气压传动系统工作安全可靠，即工作环境适应性好。（5）气动元件结构简单，便于加工制造，使用寿命长，可靠性高。气压传动的缺点:（1）由于空气的可压缩性大，气压传动系统的速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响。（2）气压传动系统的噪声大，尤其是排气时，需要加消音器。[百度百科][8]3.2气动传动分析与设计3.2．1气动机械手的结构机械手的种类很多，但按手臂坐标类型来分主要有直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、SCARA型。本论文所针对的机械手属于圆柱坐标式，如图所示（图3-1），机械手主要是由基座和手臂两部分组成。基座的主要任务是支撑和完成手臂回转。手臂装在基座上，作上下直线运动，手部可夹紧/放松。机械手手部机械手手部机械手横臂机械手立柱机械手基座图3-1[1]圆柱坐标式机械手本机械手的全部动作由气缸驱动。气缸由电磁阀控制。驱动部分有升降气缸、摆动气缸、伸缩气缸和手部驱动气缸。3.2．2气动机械手的搬运原理本机械手采用气压驱动。这个机械手具有三个直线运动和一个旋转运动自由度，用于将原工作台上的物品搬到其右侧工作台上。机械手的所有动作都由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，整个机械手在工作中能实现上升/下降、左旋转/右旋转、横臂的伸缩、夹紧/放松功能，是目前较为简单的、应用比较广泛的一种机械手。机械手的工作流程如图所示（图3-2）。图3-2[9]工作流程图对于每个动作的限位使用的是传感器限位。其升降运动通过升降气缸、垂直导柱、滑动导柱、垂直导轨及升降位置微动开关相互配合完成，升降工作行程为0~1500mm。转动是通过摆动气缸、轴向止推轴承、摆动臂及摆动位置微动开关协调完成，转动工作行程为0~180°。手部是通过气缸、弹簧的作用来夹持物品，夹持力是靠调节弹簧的预压缩量来调整。3.2．3气路图的设计根据前几节的分析，结合试验台的实际，得到气动原理图如下：图3-3气动原理图本设计采用的是单线圈二位四通阀控制，整个原理图中用到了溢流阀、节流阀和调速阀等。保证了气缸驱动过程中的平稳运行，机械手动作的有效完成。第四章PLC程序的设计与编译4.1机械手的动作分析1.初始状态通电后，红色警示灯闪亮，提示工件分拣设备送电。此时，设备的相关部件应为初始状态。相关部件的初始状态为：⑴供料盘的拨杆停止转动。⑵机械手停止在左限止位置，气爪松开，手臂气缸和悬臂气缸活塞杆缩回。2．启动 在设备相关部件为初始状态的情况下，才能按下启动按钮SB1使设备进入运行，红色警示灯灭，绿色警示灯闪亮。3.送料按下启动按钮后，若物料盘上的出口传感器检测无物料，则送料电动机开启，驱动物料盘旋转送料，当出料口传感器检测到物料后停止送料；如果送料电动机运行20秒后，出料口传感器仍没检测到物料，则停止送料，红色警示灯闪亮，报警器报警，直到按下复位按钮才停止报警，并重新开始。4.机械手搬送工件当出料口传感器检测到物料且机械手和各气缸活塞杆的位置正确时，按下启动按钮，机械手开始搬物加工。机械手悬臂伸出——下降——夹紧物料，夹紧1秒后——上升——缩回——右转——伸出——下降——放物，延时1秒后——上升——缩回——左转至左侧极限位置停止，等待传送带上的工件分拣完成后再进行下一次搬物。5.设备的停止需要停止工作，按下停止按钮SB0。按下停止按钮时，所有正在工作的部件，应完成当前工件分拣成功后，设备才能停止运行，绿色警示灯灭，红色警示灯闪亮。再次启动时，设备继续运行。[9]4.2I/O地址分配表表4-1（I/O地址分配表）输入地址输出地址序号地址备注序号地址备注1I0.0启动1Q0.0驱动转盘电机2I0.1停止2Q0.1驱动手爪放松3I0.2气动手爪传感器3Q0.2驱动手爪夹紧4I0.3旋转左限位传感器4Q0.3驱动手臂左转5I0.4旋转右限位传感器5Q0.4驱动手臂右转6I0.5气动手臂伸出传感器6Q0.5驱动手臂伸出7I0.6气动手臂缩回传感器7Q0.6驱动手臂缩回8I0.7手爪提升限位传感器8Q0.7驱动手抓上升9I1.0手爪下降限位传感器9Q1.0驱动手抓下降10I1.1物料检测传感器10Q1.1驱动绿色指示灯11Q1.2驱动红色指示灯4.3PLC控制原理图及系统图图4-1西门子PLC控制原理图[9]图4-2模块图[3]4.4程序截图第五章实验与总结5.1实验整个实验台如下图所示（图5-1）：图5-1[3]实验台实验台各个部分简介：图5-2模块接线示意图装置电气部分主要有电源模块、按钮模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块、接线端子排等组成。所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连接到各个模块，提高实训考核装置安全性。装置结构为开放拆装式，各个模块均为通用模块，可以互换，能完成不同的实训项目，扩展性较强。图5-3桌面开放端口桌面开放端口起到一个集成转接作用，在站点上的每一个模块所有需连接元件的连接线必须经过此处进行转换成可与控制面板连接的端口。面板中所有端口都有与它对应的接线端子，这样大大减少了在实训过成中多而复杂的线路，使得每一个电气元件的连接线都以开放形式陈列在外。与控制面板连接时只需通过专用连接线进行对号连接即可。图5-4模块图电源模块：三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器。单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。PLC模块：采用西门子S7-226CNAC/DC/RLY继电器输出，所有接口采用安全插连接。按钮模块：提供了6组常开/常闭功能按钮（DC24V），以及急停按钮、转换开关。所有接口采用安全插连接。图5-5连接