PLC与组态应用技术 课件 ch09 机械手抓取运动控制

项目九机械手抓取运动控制职业教育“十三五“规划教材PLC与组态应用技术01项目目标PARTONE一、项目目标1.理解中断、中断事件、中断优先级、中断程序的建立方法;2.理解高速计数的含义，掌握高速计数器的指令格式和功能;3.理解MAP库指令的作用，能够使用MAP库发生器生成需要的脉冲。02项目提出PARTONE一、项目提出在水平移动方向和垂直移动方向上定义左上、左下、右上、右下四个限位开关，定义上升、下降、左行、右行四个动作，实现机械手控制仿真单周期操作、单步操作、循环操作，锻炼编程能力。03相关知识PARTONE一、高速计数器的指令及应用1高速计数器的指令普通计数器受CPU扫描速度的影响，是按照顺序扫描的方式进行工作的。在每个扫描周期中，计数器对计数脉冲只能进行一次累加；当脉冲信号的频率比PLC的扫描频率高时，如果仍采用普通计数器进行累加，必然会丢失很多输入脉冲信号。在PLC中，对比PCC扫描频率高的输入信号的计数可使用高速计数器来实现。一、高速计数器的指令及应用1高速计数器的指令在S7-200系列CPU22X中，高速计数器的数量及其地址编号见表9-1。高速计数器的指令包括高速计数指令HDEF和执行高速计数指令HSC，见表9-2。一、高速计数器的指令及应用1高速计数器的指令（1）高速计数器指令HDEFHDEF指令的功能是为某个要使用的高速计数器选定一种工作模式。每个高速计数器在使用前，都要用

HDEF指令来定义工作模式，并且只能使用一次。HDEF有两个输入端：HSC为要使用的高速计数器地址编号，数据类型为字节型，数据范围为0~5，分别对应HC0~HC5；MODE用于设置高速计数器的工作模式，数据类型为字节型，数据范围为0~11，分别对应12种工作模式。当准许输入使能EN端有效时，为指定的高速计数器定义工作模式。（2）执行高速计数指令HSCHSC指令的功能是根据与高速计数器相关的特殊继电器确定控制方式和工作状态，使高速计数器的设置生效，按照指定的工作模式执行计数操作。HSC有一个数据输入端N，N为高速计数器的地址编号，数据类型为字型，数据范围为0~5，分别对应高速计数器HC0~HC5。当准许输入使能EN端有效时，启动N号高速计数器工作。一、高速计数器的指令及应用2高速计数器的输入端高速计数器的输入端不像普通输入端那样由用户定义，而是由系统指定的输入端输入信号，每个高速计数器对它所支持的脉冲输入、方向控制、复位和启动都有专用的输入端，通过比较或中断完成设定的操作。高速计数器的专用输入端见表9-3。一、高速计数器的指令及应用3高速计数器的状态字节在特殊寄存器区SMB，系统为每个高速计数器都提供了一个状态字节，为了监视高速计数器的工作状态，执行由高速计数器引用的中断事件，其格式见表9-4。注意：只有执行高速计数器的中断程序时，状态字节的状态位才有效。一、高速计数器的指令及应用4高速计数器的工作模式高速计数器有12种不同的工作模式（0~11)。可以通过编程的方法，使用高速计数器指令HDEF来选定工作模式。①高速计数器HCO是一个通用的加/减计数器，共有8种工作模式，可通过编程来选择不同的工作模式。HCO的工作模式见表9-5。一、高速计数器的指令及应用4高速计数器的工作模式②高速计数器HC1共有12种工作模式，见表9-6。一、高速计数器的指令及应用4高速计数器的工作模式③高速计数器HC2共有12种工作模式。见表9-7。一、高速计数器的指令及应用4高速计数器的工作模式④高速计数器HC3只有一种工作模式，见表9-8。⑤高速计数器HC5只有一种工作模式，见表9-10。一、高速计数器的指令及应用4高速计数器的工作模式⑥高速计数器HC4有8工作模式，见表9-9。一、高速计数器的指令及应用5高速计数器的控制字节在特殊寄存器区SMB，系统为每个高速计数器都安排了一个控制字节，可通过对控制字节指定位的设置，确定高速计数器的工作模式。S7-200系列PLC在执行HSC指令前，首先要检查与每个高速计数器相关的控制字节，在控制字节中设置了启动输入信号和复位输入信号的有效电平、正交计数器的计数倍率和计数方向（采用内部控制的有效电平)、是否允许改变计数方向、是否允许更新设定值、是否允许更新当前值，以及是否允许执行高速计数指令。高速计数器的控制字节见表9-11。一、高速计数器的指令及应用6高速计数器的寄存器每个高速计数器都有1个32位的过程值寄存器，同时每个高速计数器还有1个32位的当前值寄存器和1个32位的设定值寄存器，当前值和设定值都是有符号的整数。为了向高速计数器存入新的当前值和设定值，必须先将当前值和设定值以双字的数据类型存入表9-12所列的特殊寄存器中，然后执行HSC指令，才能将新的值传送给高速计数器。二、MAP库的应用1MAP库的基本描述S7-200系列PLC本体PTO提供了库MAPSERVQ0.0和MAPSERVQ0.1(这两个库可同时应用于同一项目)，分别用于Q0.0和Q0.1的脉冲串输出，如图9-1所示。二、MAP库的应用2MAP库的总体描述为了更好地应用MAP库，需要在运动轨迹上添加三个限位开关，如图9-2所示。一个参考点接近开关(Home)，用于定义绝对位置C_Pos

的零点；两个边界限位开关，一个是正向限位开关(Fwd_Limit)，另一个是反向限位开关(Rev_Limit)。绝对位置C_Pos

的计数值格式为DINT，所以其计数范围为-2147483648～+2147483647。如果一个限位开关被运动物件触碰，则该运动物件会减速停止，因此，限位开关的安装位置与轨道尽头间应当留出足够的裕量△Smin，以避免物体滑出轨道尽头。二、MAP库的应用3输入/输出端定义应用MAP库时，一些输入/输出端的功能被预先定义，见表9-14。二、MAP库的应用4MAP库的背景数据块为了可以使用MAP库，必须为该库分配68B(每个库）的全局变量，如图9-3所示。二、MAP库的应用4MAP库的背景数据块为了可以使用MAP库，必须为该库分配68B(每个库）的全局变量，如图9-3所示。二、MAP库的应用5功能模块介绍（1）Q0_x_CTRL：该程序块用于传递全局参数，每个扫描周期都需要调用。（2）Scale_EU_Pulse：该程序块用于将一个位置量转化为一个脉冲量，因此它可用于将一段位移转化为脉冲数，或将-一个速度转化为脉冲频率。（3）Scale_Pulse_EU：该程序块用于将一个脉冲量转化为一个位移量，因此它可用于一段

脉冲数转化为位移，或将一个脉冲频率转化为速度。（4）Q0_x_Home：Q0_x_Home程序块用于寻找参考点位置。（5）Q0_x_MoveRelative：Q0_x_MoveRelative程序块用于使轴按照指定的方向、以指定的速度运行指定的相对位移。（6）Q0_x_MoveAbsolute：Q0_x_MoveAbsolute程序块用于使轴以指定的速度运动到指定的绝对位置。（7）Q0_x_MoveVelocity：Q0_x_MoveVelocity程序块用于使轴按照指定的方向和频率运动，在运动过程可对频率进行更改。（8）Q0_x_Stop：Q0_x_Stop程序块用于使轴减速直至停止。（9）Q0_x_LoadPos：Q0_x_LoadPos程序块用于将当前位置的绝对位置设置为预置值。二、MAP库的应用6校准利用本项目所使用的算法将计算出减速过程（从减速起始点到速度最终为Velocity_SS）所需要的脉冲数。但在减速过程中所形成的斜坡有可能会导致计算出的减速斜坡与实际的包络不完全一致。此时就需要对Tune_Factor进行校正。Tune_Factor的最优值取决于最大、最小和目标脉冲频率以及最大减速时间。运动校准图如图9-14所示。三、MCGS安全机制应用制作1权限操作MCGS组态软件的操作权限机制和Windows

NT类似，采用用户组和用户的概念来进行操作权限的控制。在MCGS中可以定义无限多个用户组，每个用户组中可以包含无限多个用户，同一个用户可以隶属于多个用户组。操作权限的分配是以用户组为单位来进行的，即对某种功能的操作哪些用户组有权限、某个用户能否对这个功能进行操作取决于该用户所在的用户组是否具备对应的操作权限。MCGS组态软件按用户组来分配操作权限的机制，使得用户能方便地建立各种多层次的安全机制。例如：实际应用中的安全机制一般要划分为操作员组、技术员组、负责人组。操作员组的成员一般只能进行简单的日常操作；技术员组负责工艺参数等功能的设置；负责人组能对重要的数据进行统计分析。各组的权限各自独立，但某用户可能因工作需要，能够进行所有操作，则只需把该用户同时设为隶属于三个用户组即可。三、MCGS安全机制应用制作2系统权限管理为了整个系统能够安全的运行，需要对系统权限进行管理，操作有：（1）用户权限管理（2）登录用户（3）退出登录（4）用户管理（5）修改密码三、MCGS安全机制应用制作3工程加密在MCGS组态环境下如果不想要其他人随便看到自己所组态的工程或防止竞争对手了解到自己的工程组态细节，可以为工程加密。在“工具”下拉菜单中单击“工程安全管理”→“工程密码设置”命令，弹出“修改工程密码”对话框，如图9-37所示。修改密码完成后单击“确认”按钮，工程加密即可生效，下次打开“机械手抓取控制”需要输入密码。三、MCGS安全机制应用制作4MCGS组态软件动画制作（1）封面制作在MCGS组态软件开发平台上，单击“用户窗口”标签，再单击“新建窗口”按钮，生成“窗口0”，选中“窗口0”，单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性”对话框，设置完毕单击“确认”按钮，退出。立体文字是通过两个文字颜色不同、没有背景（背景颜色与窗口相同）的文字标签错位重叠而成的。在这里首先应了解-个概念，就是“层”的概念。所谓层，指的是图形显示的前后顺序，位于上“层”的物体必然遮盖下“层”的物体。就是两种不同颜色的文本框重叠在一起，利用工具条中的层次调整按钮，改变两者之间的前后层次和相对位置，使上面的文字遮盖下面文字的一部分，形成立体的效果。如实现“MCGS组态软件演示工程”立体文字效果，可以将颜色为“黑色”的层放在下面，颜色为“白色”的层放在上面，然后通过上下左右键进行调整，“欢迎使用”文字的实现方法也一样。不同颜色的文字，它们位于不同的“层”（显示的前后顺序不同)，X-Y坐标也不相同。三、MCGS安全机制应用制作4MCGS组态软件动画制作（2）封面制作动画效果在MCGS组态软件开发平台上，单击“主控窗口”，选中“主控窗口”，单击“系统属性”按钮，弹出“主控窗口属性设置”对话框，在“基本属性”选项卡中将封面显示时间设为“30”，在“封面窗口”中选中“封面窗口”。按“F5”键进入运行环境,首先运行的是“封面窗口”，如果不操作键盘与鼠标，封面窗口自动运行30s后进入“动画组态”窗口，否则立即进入“动画组态”窗口。封面窗口运行效果图为9-42所示。04项目分析PARTONE一、项目分析初始状态时，机械手位于最左上角位置处，上限位行程开关SQ2、左限位行程开关SQ4为ON，机械手的手爪处于放松状态，手爪电磁阀YV1为OFF，称此位置为原点位置。按下启动按钮SB1后，下降电磁阀YV0得电，机械手开始自动运行。机械手先下