王守峰

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧530001）

基于W inCC的裝配機(jī)械手監(jiān)控設(shè)計(jì)

王守峰

（桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西南寧530001）

介紹了一種裝配流水線上機(jī)械手控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用西門子PLC-200作為控制器，并由W inCC組態(tài)軟件來設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，以實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。

W inCC；PLC-200；PC Access；控制

機(jī)械手是一種能夠模仿人手及手臂動(dòng)作的自動(dòng)化操作裝置，可以用來抓取、搬運(yùn)工件或操作工具。它極大的提高了工作效率，降低了勞動(dòng)成本和作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)，是工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中必不可少的一種工具。本文采用了西門子PLC-200來控制裝配流水線中使用的一種機(jī)械手，并利用WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，通過監(jiān)控界面的使用，對(duì)機(jī)械手的操作過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)信息，為及時(shí)處理故障提供了可行性。

1　機(jī)械手控制過程

流水線裝配區(qū)機(jī)械手的主要任務(wù)是將工件從傳送帶A點(diǎn)搬運(yùn)到傳送帶B點(diǎn)。具體控制要求如下：按下啟動(dòng)按鈕后，當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到有工件時(shí)，傳送帶A停止工作，同時(shí)機(jī)械手下降；下降到一定位置（由限位開關(guān)控制）后機(jī)械手夾緊工件，3 s后開始上升，期間保持夾緊狀態(tài)；上升到位后右移，右移到位后下降，下降到位后機(jī)械手松開，3s后機(jī)械手上升。上升到位后，傳送帶B開始運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手左移，左移到位后，傳送帶B停止運(yùn)行，此時(shí)機(jī)械手恢復(fù)到原位，當(dāng)光電開關(guān)再次檢測(cè)到工件時(shí)，傳送帶A才停止工作，以此往復(fù)進(jìn)行周期性循環(huán)。為保證機(jī)械手動(dòng)作精準(zhǔn)，在機(jī)械手上需要加限位開關(guān)，依次為上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、右移限位開關(guān)和左移限位開關(guān)，機(jī)械手到達(dá)指定位置后發(fā)出信號(hào)，以控制機(jī)械手的動(dòng)作［1］。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件設(shè)計(jì)

可編程控制器PLC是專為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，是一種數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力和可靠性，廣泛應(yīng)用到工業(yè)加工控制領(lǐng)域。為滿足機(jī)械手控制要求，系統(tǒng)采用西門子S7-200系列中的CPU 224 CN，該型號(hào)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，具有1個(gè)RS485通訊/編程口，支持PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊。在本系統(tǒng)中采用PC/PPI（USB）通信編程電纜將PLC和計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，軟件編程采用STEP7-Mincro/WIN32，按照要求配置硬件和軟件，確保PLC和PC能夠正常通信。上位機(jī)監(jiān)控采用WinCC進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，WinCC是西門子在自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能相結(jié)合的產(chǎn)物［2］。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本（Script）語言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能，也為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計(jì)周期，而且提高了工作效率。由于WinCC內(nèi)部沒有PPI驅(qū)動(dòng)，不能直接與S7-200進(jìn)行通信，但是WinCC有OPC服務(wù)器或客戶端的驅(qū)動(dòng)，通過OPC可以實(shí)現(xiàn)PLC和WinCC之間的數(shù)據(jù)交換［3］。

西門子推出的PC Access軟件是專門用于S7-200 PLC的OPC服務(wù)器（Server）軟件，可以與任何標(biāo)準(zhǔn)的OPC客戶端（Client）通信并提供數(shù)據(jù)信息。PC Access軟件自帶OPC客戶機(jī)測(cè)試端，用戶可以方便的檢測(cè)其項(xiàng)目的通信質(zhì)量及配置的正確性［4］。PC Access可與Micro/WIN共享通信路徑，因此凡是Micro/WIN能夠訪問的通信方式，PC Access都支持。故當(dāng)PC連通PLC之后無需額外接線，在安裝PC Access之后，為了和PLC進(jìn)行接通，在設(shè)置通信路徑時(shí)（Set PG/PC Interface），只需要設(shè)置Micro/WIN的路徑，如圖1所示。

圖1　PC Access設(shè)置PG/PC接口

2.2軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)械手控制過程的要求，PLC-200的I/O分配表如表1所示。

表1　PLC I/O分配表

為了在WinCC監(jiān)控界面控制實(shí)際開關(guān)，應(yīng)將PLC的輸入點(diǎn)設(shè)為中間繼電器M，故系統(tǒng)分別采用了M20.0～5對(duì)PLC的輸入地址進(jìn)行重新定義，作為WinCC的外部變量來控制開關(guān)動(dòng)作。WinCC讀取PLC變量時(shí)，可以借助PC Access快速輸入，即將S7-200項(xiàng)目中的變量導(dǎo)入PC Access.所以在建立PLC項(xiàng)目時(shí)，要首先建變量符號(hào)表。

打開PC Access軟件，在文件選項(xiàng)中選擇輸入符號(hào)，找到要導(dǎo)入的PLC項(xiàng)目，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)加載符號(hào)表中的變量。為了WinCC讀取PLC的變量，需要再將表中的輸入地址改成I/O分配表中WinCC定義的變量。將所創(chuàng)建好的變量全部拖拽到PC Access集成客戶測(cè)試端，點(diǎn)擊測(cè)試客戶機(jī)狀態(tài)按鈕。當(dāng)質(zhì)量為“好”時(shí)，表示通信成功。

WinCC組態(tài)項(xiàng)目時(shí)，首先建立一個(gè)單用戶項(xiàng)目，并設(shè)置計(jì)算機(jī)的屬性。然后在變量管理中添加OPC驅(qū)動(dòng)，右鍵OPC驅(qū)動(dòng)程序，選擇“系統(tǒng)參數(shù)”，在OPC條目管理器中找到“S7200.OPCServer”，并將其中的變量全部添加到WinCC項(xiàng)目中。

最后設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，新建一個(gè)畫面，將PLC定義的外部變量和畫面中的對(duì)象進(jìn)行組態(tài)鏈接。組態(tài)完成之后，運(yùn)行項(xiàng)目，當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)之后，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)在圖中還定義了原位、上升、下降、左移、右移和夾緊指示燈，以方便觀察機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到有效信號(hào)時(shí)，機(jī)械手下降抓取工件，并上升。此時(shí)夾緊指示燈和上升指示燈也點(diǎn)亮，如圖2所示。

圖2　WinCC機(jī)械手監(jiān)控界面

3　結(jié)束語

WinCC和PLC可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，通過上位機(jī)監(jiān)控界面，操作員可以遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視機(jī)械手的運(yùn)行狀況，為生產(chǎn)帶來了便利，同時(shí)也能夠及時(shí)的進(jìn)行故障的處理，大大提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

［1］田淑珍.S7-200 PLC原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

［2］鄭長(zhǎng)山.基于PLC和WinCC的機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.重慶電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2013，18（05）：35-39.

［3］崔琦.S7-200 PLC與WINCC監(jiān)控的通信研究［J］.洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，20（04）：35-38.

［4］Edition.PC Access快速入門［EB/OL］.https://support.industry. siemens.com/cs/document/80922996/pc-access%E5%BF% AB%E9%80%9F%E5%85%A5%E9%97%A8？dti=0&lc= zh-CN.2010.

The Design of Assembly Manipulator ControlSystem based on W inCC

WANG Shou-feng
（Nanning Branch，Guilin University of Technology，Nanning Guangxi 530001，China）

This paper introduces an assembly line manipulator control system.The system uses the SIEMENS PLC-200 as the controller，and the monitoring interface is designed by WinCC configuration software in order to monitor and control the robot in real time.

WinCC；PLC-200；PC access；control

TP241.2

B

1672-545X（2016）05-0234-02

2016-02-13

王守峰（1984-），男，山東菏澤人，助教，研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)控制技術(shù)。