基于组态王kingview6.53的机械手监控系统设计
摘要：
主要介绍了基于组态王Kingview6.53实现对机械手控制系统的动画设计，开发上位机监控界面。
组态王通过设备驱动程序从现场硬件设备获取实时数据并处理，以动画的方式在上位机屏幕上显示，同时按照组态要求和操作人员的指令使机械手按照设定的轨迹运行，并且将现场数据以报表的形式在监控界面中显示出来。
该系统可以很好的实现机械手的自动控制和管理。
关键词：机械手；S7-200 PLC；组态王
0 引言
在工业生产中,人们经常受到高温、腐蚀及各种辐射等因素的危害,增加了操作人员的劳动强度,甚至于危及生命。
机械手的问世,相应的各种难题迎刃而解。
本机械手控制系统采用THFJX-1型机械手实物教学模型。
用西门子S7-200 PLC 控制。
上位机监控系统采用组态王kingview6.53组态软件设计，组态王6.53是由亚控科技有限公司研制的组态软件,是运行于Microsoft Windows2000\XP 中文平台的中文界面的人机界面软件,为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、曲线和报表输出、企业监控网络系统等功能。
通过对本监控系统的分析，主要实现了以下两个功能，一、充分利用了组态王的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示机械手的运行的状态二、生成实时报表和历史报表并保存到指定的文件夹下，还可以对指定的变量进行查询。
1 机械手的控制系统工作原理
THFJX-1型机械手实物教学模型，其主体由底板、实验桌（型材结构）、旋转底盘、气动部分、手爪、三维（X、Y、Z）运动机械及电气控制等四部分组成。
气动部分由电磁阀和汽缸组成；三维运动机械部分是一个采用滚珠丝杠传动和齿轮传动相结合的模块化结构，用于实现定位功能。
电气控制是由西门子S7-200小型PLC、步进电机驱动电源模块、开关电源、光电传感器等器件组成。
通过传感器信号采集，PLC编程，对步进电机、直流电机、电磁阀进行较复杂的开关量控制、位置控制、时序逻辑控制，实现对机械手在工作台面范围内物体抓取、移、放的功能。
具体的控制要求是：
（1）按下上电按钮后，机械手得电进入工作状态。
（2）按下复位按钮后，复位指示灯闪烁，不管机械手在什么位置，都将回到原始位置。
（3）按下启动按钮后，启动灯闪烁，当按下运行按钮时，机械手臂伸出→下移→抓紧→上升→手臂收入→左摆→伸出→下移→放开→上移→手臂收入→右摆，进行一次循环运行，最后回到原始位置，等待下一次运行启动。
2 输入输出端子分配
该机械手的控制为纯开关控制，且所需I/O点数不多，一共使用了9个输入量和9个输出量。
同时，为了确保今后系统的扩展，本系统采用性价比较高的西门子S7-200的CPU226CN模块，该模块是具有40个I/O 点，包括24个输入点和16个输出点。
其I/O分配如表1所示。
表1.PLC的I/O地址分配表
输入横轴正限位I0.0
输
出
横轴脉冲Q0.0 竖轴正限位I0.1 竖轴脉冲Q0.1 横轴反限位I0.2 横轴方向Q0.2 竖轴反限位I0.3 竖轴方向Q0.3 旋转脉冲I0.4 手正转Q0.4 手正转限位I0.5 手反转Q0.5 手反转限位I0.6 底座正转Q0.6 底座正限位I0.7 底座反转Q0.7 底座反限位I1.0 电磁阀动作Q1.0
3 系统组态设计及功能实现
下面介绍利用组态王kingview6.53对机械手控制系统进行组态的设计，其步骤如下：
（1）设备连接
打开组态王软件，进入工程管理器，新建一个工程，选择他的存储路径并设定项目名称为“机械手”。
进入工程浏览器后，首先进行设备的连接。
上位机COM1与PLC之间通过PC/PPI编程电缆连接，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“设备配置向导”，相关配置如图1所示
图1 设备配置向导
（2）通讯设备参数设置
在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击“设备”大纲项下PLC 与上位计算机所连串口，进行参数设置。
PLC 的通信参数与组态王设置应一致，同时组态王系统的COM1口设置要与PLC 一致。
PLC 采用默认的通信参数[1]如下：波特率为9600bps，通信协议为PPI，模式为十一位。
（3）构造数据库
数据库是组态王软件的核心部分。
建立在数据库中的各种变量负责和各种外部设备进行数据交换, 以及相关数据的存储, 它将组态的工程的各个部分连接成有机的整体[2]。
选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\ 数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框，创建机械手控制系统各个变量数据。
这些变量与PLC 内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。
通过建立动画连接，这样PLC的实际输入输出状态就以动画的形式都反映在组态监控界面上。
变量的定义如图2所示
图2 变量定义
（4）监控界面的设计和动画连接
进入组态王的开发系统，新建一个画面。
在画面上创建机械手控制示意图，画中主要绘制了机械手，开始/复位按钮和机械手位置指示灯。
除此之外，画面中还增加了实时报表和指定查询报表，在报表中插入要查询的变量，以便用户方存储和查看。
主画面如图3 所示
建立变量数据库中的变量与组态画面中各个对象间的联系，从而使画面能够根据实际数据的变化产生动画效果。
编写应用程序，用户定义类似C语言的命令语言来驱动应用程序。
下面是部分应用程序命令语言。
if(\\本站点\开关==1&&\\本站点\横轴反限位==1 &&\\本站点\竖轴反限位==1)
\\本站点\水平移动=\\本站点\水平移动+1;
if(\\本站点\水平移动>=100)
\\本站点\水平移动=100;
if(\\本站点\水平移动==100&&\\本站点\手正转限位==1&&\\本站点\手反转限位==1)
\\本站点\垂直移动=\\本站点\垂直移动+1;
if( \\本站点\垂直移动>=100)
\\本站点\垂直移动=100;
if(\\本站点\手正转限位==0&&\\本站点\手反转限位==0)
{
\\本站点\垂直移动=\\本站点\垂直移动-1;
\\本站点\木块垂直移动=\\本站点\木块垂直移动+1;
}
……
图3 机械手监控界面
(5) 系统运行
按照要求将上位机，PLC和机械手连接好以后，启动组态王运行系统TOUCHVIEW,运行机械手控制系统。
将PLC开关指向RUN状态，观察组态画面是否与机械手运行一致，，否则，检查组态画面动画隐含连接正确与否，直至组态动画正常运行为止。
4 设计过程遇到的问题及解决方法
组态监控过程中PLC 和计算机之间是通过RS232 串行口进行通信[3]的，实验室中的PLC 和编程软件STEP-7之间也是通过RS232 串行口进行通信的，同一时刻只能有一个设备使用RS232串行口，所以在PLC梯形图编辑完并下载到PLC上后，应断开编程软件STEP-7和PLC之间的通信，否则组态监控软件是无法对PLC中各个寄存器的状态进行采样监控的。
在进行监控界面的设计时，机械手的上移下移都很容易实现，但底座的旋转需要要考虑到视角的变化，因此需要设计多组横轴手臂，建立隐含连接。
对在条件符合时，对应的图像才会显现出来。
程序控制为：
if(\\本站点\水平移动==100&&\\本站点\垂直移动==0&&\\本站点\木块垂直移动==100)
{
\\本站点\隐含标志=1;
\\本站点\木块隐含标志=1;
}
if(\\本站点\下降按钮==1)
{
\\本站点\垂直移动1=\\本站点\垂直移动1+1;
\\本站点\木块垂直移动2=\\本站点\木块垂直移动2+1;
}
if(\\本站点\下降按钮==0&&\\本站点\木块垂直移动2==100)
\\本站点\垂直移动1=\\本站点\垂直移动1-1;
if(\\本站点\垂直移动1==0&&\\本站点\木块垂直移动2==100)
\\本站点\隐含标志=0
5 结束语
本机械手自动控制系统，其物理对象层控制采用西门子S7-200小型PLC是机械设备更灵活有效，动作准确，易于维护和扩展。
上位机监控软件采用组态王kingview6.53 组态软件开发，操作界面友好，自动化程度高，监控可靠[4]。
本机械手控制系统的研制，对工业现场货物的搬运具有较强的借鉴意义。
参考文献
[1] 廖常初.S7-200PLC编程及应用[M] 机械工业出版社2007
[2] 北京亚控科技发展有限公司，组态王Version6.53用户手册[M] 2007
[3] 霍俊仪袁长明世纪星组态软件在机械手控制中的应用[J] 2005
[4] 覃贵礼基于组态王Kingview6.53 在仿真机械手控制系统中的实现[J] 2009。