摘要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求，本课题就是模拟实际现场的机构而设计制作的。
本课题运用STEP7软件进行对西门子S7-300进行编程硬件组态，完成对机械气爪的控制。
运用子程序调用、程序循环、初始地点赋值等方法，实现定点取货后在指定地点存放，存放货物完毕后能够控制其自动完成码四层货任务，过程中可以控制其运行速度，运行点等。
关键词：西门子；PLC编程；机械气爪；自动码货AbstractWith the popularization and development of industrial automation, controls the d emand increases every year, handling robot applications are becoming more common, mainly in the automotive, electronics, machining, food, medicine and other fields of production lines or cargo transported, can be more Good energy conservation and imp rove the efficiency of transport equipment or products, other transport modes to reduc e restrictions and inadequate to meet the requirements of modern economic developm ent, this project is to simulate the actual scene of institutions designed and manufactur ed.This topic using STEP7 software programming and configurate of Siemens S7-300 hardware, complete control of the mechanical air ing the subroutine calls, program loop, the initial location methods of assignment, load goods at fixed point than unload them at specific place. After storing we can control it to finish stacking up the goods in four layers. The process can control the running speed, operating point, etc.Keywords：Siemens；PLC programming ；Mechanical air claw；Automatically pack目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章设计任务 (5)第二章系统组成 (6)2.1 电仓库的系统组成结构 (6)2.2 系统的工作原理 (6)第三章设计方案 (7)3.1 技术路线图 (7)3.2 STEP7硬件组态 (7)3.2.1 安装GSD文件 (7)3.2.2 建立PROFIBUS总线 (8)3.3 程序设计方案 (9)第四章具体程序设计 (11)4.1 FESTO电机轴控制方式 (11)4.2 程序流程图设计 (12)4.3 程序调试与改进 (13)4.3.1 STEP7程序调试 (13)4.3.2 变量表调试程序 (17)4.3.3 程序中出现的问题 (17)第五章总结 (18)5.1设计总结 (18)5.2 展望寄语 (18)附录A 机电系统设计日志 (19)附录B 答辩记录（老师的提问及自己回答整理） (19)附录C 设计成果（设计图、加工出来的曲线图、轮廓图等） (20)第一章设计任务在现代物流系统中，自动化电仓库是一个重要的组成部分。
在电仓库中，堆垛机是自动化过程的主要作业设备，是输送系统的核心设备，决定整个出入库及分类、码放能否流畅进行。
此次课程设计采样西门子S7-300PLC来实现对电仓库的控制。
具体的设计内容如下：提供工件种类及个数如表1.1表1.1 电仓库码放工件工件种类工件个数银色8粉色7黑色 5工件的摆放分两次，首先先对工件进行分拣，分拣后码放图形如图1.1。
图 1.1分拣后码放图形在将工件分类后，按照不同的要求进行存储码放。
本组的码放图形如图 1.2所示。
图 1.2最终完成码放图形第二章系统组成2.1 电仓库的系统组成结构Festo电仓库系统的X、Y、Z轴的移动由三个步进电机控制，能够精准的定位，使机械手到达指定位置，厂家给定了电机轴的控制功能块FB10，在STEP中只需要改变FB10的输入参数即可控制步进电机的运转。
机械手的抓紧与松开由电磁阀控制的气爪实现，在气爪上安装有传感器，当传感器检测到气爪下面有工件时，就可以控制电磁阀动作抓取工件，由厂家给定的线路图纸可知有关传感器与电磁阀的接线图如表2.1所示。
表2.1 传感器与电磁阀接线图符号名地址说明气抓加紧检测信号I2.0 气抓加紧时为1气抓放松检测信号I2.1 气抓松开时为1工件检测信号I2.2 检测到工件时为1气抓加紧电磁阀Q0.5 Q0.5=1气抓加紧气抓放松电磁阀Q0.4 Q0.4=1气抓放松2.2 系统的工作原理在STEP中的hardware中进行硬件组态，选择与PLC相匹配的CPU模块、总线、电源模块、导轨Rail、信号模块SM、接口模块IM、编程模块。
通过USB下载到PLC中，气抓的控制为气动，应为其充好气压。
通过对设备上的输入进行操作，使有关输入上电，从而完成对XYZ轴移动的控制，气抓的松紧。
第三章设计方案3.1 技术路线图图3.1技术路线图3.2 Step7硬件组态3.2.1 安装GSD文件为了控制Festo步进电机，需要在STEP中安装Festo电机控制文件GSD文件。
在硬件配置界面选择”Option”中”Install GSD File…”安装CMMS-ST的GSD 文件，这样你就可以在右侧设备栏中找到Festo CMMS-ST下的模块文件，安装完成以后，在PROFIBUS DP目录下出现CMMS-ST，如图3.2所示。
图3.2 安装GSD文件3.2.2 建立PROFIBUS总线硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，例如生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。
在STEP7的HW Config界面中建立中央机架，然后在2号槽中添加控制器CPU313C-2 DP模块，设置DI16/DO16的输入与输出的开始与结束的地址均为0到1。
然后在4号槽中添加数字量输入模块DI16XDC24V，设置输入的开始与结束地址为2到3，这样就可以使用地址为IB2和IB3的16为开关量。
本实验中CUP与CMMS-ST控制模块之间采用PROFIBUS总线进行数据传递，因此在CPU的DP上建立如图3.3所示的PROFIBUS总线，在总线上添加三个CMMS-ST 模块分别把地址设置成4、5、6。
图3.3 硬件组态图3.3 程序设计方案S7-300系列PLC的编程语言是STEP7。
用文件块的形式管理用户编写的程序及程序运行所需的数据，组成结构化的用户程序。
这样，PLC的程序组织明确，结构清晰，易于修改。
为支持结构化程序设计，STEP7用户程序通常由组织块(OB)、功能块（FB）或功能(FC)等三种类型的逻辑块和数据块(DB)组成。
其中OB1是主程序循环块，OB100是上电只执行一次功能块，主要进行初始化设置。
本次试验建立如表3.1所示的块，其中OB1中写循环主程序，FB10是Festo 给定的电机控制工程块，调用该功能块可以控制电机运转，DB10、DB11、DB12均为FB10的背景数据块，在OB1主程序中分别对其进行调用来控制XYZ轴方向的电机运转。
功能FC10主要是赋值指令，通过调用FC10可以改变FB10电机位置参数，进而控制电机位置，FC11也是赋值指令，存储的是码货的位置FC10中储存卸货的位置。
表3.1 程序中使用到的块对象名称符号名类型OB1 Main 组织块FB10 CMMS-ST-CTRL 组织块DB10 CTRL_X FB10的背景数据块DB11 CTRL_Y FB10的背景数据块DB12 CTRL_Z FB10的背景数据块DB90 GV-CM 数据块程序中使用到的功能模块如图3.4所示图3.4功能模块图在程序块之间的调用关系如图3.5所示，其中OB1与三个电机轴之间是双向的传递数据，OB1需要给电机轴发送移动指令，电机功能块把位置信息数据反馈给OB1。
在调用程序时需要判断I0.4是否上电，若上电则调用FC11、FC6、FC9，若不上电则调用FC1、FC3、FC5、FC3。
这样做是为了在卸货和码货的程序中避免双线圈输出的错误。
图3.5 程序中块的调用关系第四章具体程序设计4.1 Festo电机轴控制方式OPM(Mode of Operation)有4种操作模式分别为：0=记录选择模式（用于运行记录号内的定位参数）1=定位直接模式（直接通过总线给定速度、位置等参数来运行）5=扭矩直接模式（直接通过总线给定扭矩值，对输出力的控制）9=速度直接模式（直接通过总线给定速度值、对输出速度的控制）本程序使用OPM=1定位直接模式，通过总线给定速度、位置等参数运行。
如图4.1图4.1 操作模式变量利用老师给我们的步进电机控制程序模块，我们可以方便的在程序中对步进电机进行控制。
在硬件配置中我们设置的X轴的起始地址为十进制的256，所以在程序中应该给电机设置地址为100（16进制）。
如图4.2图4.2 X轴电机地址设置图4.2 程序流程图设计图4.3 第一段程序流程图图4.4 第二段程序流程图程序的开始我们将使用复位键，将所有数据位置归零。
然后按下I0.1后XY 移动到取货地点，手动送入货物，机器检测到货物后移动XY到第一卸货点并且使计数器加1，XY到位后移动Z轴，这样避免以后摆好的货物被碰掉，Z轴到位后气抓松开，然后Z轴归位，XY再次回到取货点待命。
第二段程序当打开I0.4按下I0.1后，XY自动移动到第一卸货点，然后Z轴移动夹取货物，这是将码放的第一地点送入下次XY移动的目标地址，待Z轴归为后XY移动到码货点，Z轴移动写下货物，这是将卸货点计数器加1，同时将第二卸货点的目标送入XY移动目标地址，完成循环。