基于W inCC的裝配機械手監控設計

王守峰

（桂林理工大學南寧分校，廣西南寧530001）

基于W inCC的裝配機械手監控設計

王守峰

（桂林理工大學南寧分校，廣西南寧530001）

介紹了一種裝配流水線上機械手控制系統，系統采用西門子PLC-200作為控制器，并由W inCC組態軟件來設計監控界面，以實時對機械手進行監測和控制。

W inCC；PLC-200；PC Access；控制

機械手是一種能夠模仿人手及手臂動作的自動化操作裝置，可以用來抓取、搬運工件或操作工具。它極大的提高了工作效率，降低了勞動成本和作業危險系數，是工業生產自動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械手，并利用WinCC組態軟件設計監控界面，通過監控界面的使用，對機械手的操作過程進行監測和控制，實時了解其運行狀態信息，為及時處理故障提供了可行性。

1　機械手控制過程

流水線裝配區機械手的主要任務是將工件從傳送帶A點搬運到傳送帶B點。具體控制要求如下：按下啟動按鈕后，當光電開關檢測到有工件時，傳送帶A停止工作，同時機械手下降；下降到一定位置（由限位開關控制）后機械手夾緊工件，3 s后開始上升，期間保持夾緊狀態；上升到位后右移，右移到位后下降，下降到位后機械手松開，3s后機械手上升。上升到位后，傳送帶B開始運行，同時機械手左移，左移到位后，傳送帶B停止運行，此時機械手恢復到原位，當光電開關再次檢測到工件時，傳送帶A才停止工作，以此往復進行周期性循環。為保證機械手動作精準，在機械手上需要加限位開關，依次為上升限位開關、下降限位開關、右移限位開關和左移限位開關，機械手到達指定位置后發出信號，以控制機械手的動作［1］。

2　系統設計

2.1硬件設計

可編程控制器PLC是專為在工業環境中應用而設計的，是一種數字運算操作系統，具有很強的抗干擾能力和可靠性，廣泛應用到工業加工控制領域。為滿足機械手控制要求，系統采用西門子S7-200系列中的CPU 224 CN，該型號集成14輸入/10輸出共24個數字量I/O點，具有1個RS485通訊/編程口，支持PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊。在本系統中采用PC/PPI（USB）通信編程電纜將PLC和計算機進行連接，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。上位機監控采用WinCC進行組態設計，WinCC是西門子在自動化領域中的先進技術和Microsoft的強大功能相結合的產物［2］。它集成了SCADA、組態、腳本（Script）語言和OPC等先進技術，為用戶提供了Windows操作系統環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、形象直觀的操作環境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。由于WinCC內部沒有PPI驅動，不能直接與S7-200進行通信，但是WinCC有OPC服務器或客戶端的驅動，通過OPC可以實現PLC和WinCC之間的數據交換［3］。

西門子推出的PC Access軟件是專門用于S7-200 PLC的OPC服務器（Server）軟件，可以與任何標準的OPC客戶端（Client）通信并提供數據信息。PC Access軟件自帶OPC客戶機測試端，用戶可以方便的檢測其項目的通信質量及配置的正確性［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PC連通PLC之后無需額外接線，在安裝PC Access之后，為了和PLC進行接通，在設置通信路徑時（Set PG/PC Interface），只需要設置Micro/WIN的路徑，如圖1所示。

圖1　PC Access設置PG/PC接口

2.2軟件設計

根據機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監控界面控制實際開關，應將PLC的輸入點設為中間繼電器M，故系統分別采用了M20.0～5對PLC的輸入地址進行重新定義，作為WinCC的外部變量來控制開關動作。WinCC讀取PLC變量時，可以借助PC Access快速輸入，即將S7-200項目中的變量導入PC Access.所以在建立PLC項目時，要首先建變量符號表。

打開PC Access軟件，在文件選項中選擇輸入符號，找到要導入的PLC項目，系統會自動加載符號表中的變量。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。將所創建好的變量全部拖拽到PC Access集成客戶測試端，點擊測試客戶機狀態按鈕。當質量為“好”時，表示通信成功。

WinCC組態項目時，首先建立一個單用戶項目，并設置計算機的屬性。然后在變量管理中添加OPC驅動，右鍵OPC驅動程序，選擇“系統參數”，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項目中。

最后設計監控界面，新建一個畫面，將PLC定義的外部變量和畫面中的對象進行組態鏈接。組態完成之后，運行項目，當按下啟動開關之后，對應的啟動指示燈點亮，同時在圖中還定義了原位、上升、下降、左移、右移和夾緊指示燈，以方便觀察機械手的運行狀態，當光電開關檢測到有效信號時，機械手下降抓取工件，并上升。此時夾緊指示燈和上升指示燈也點亮，如圖2所示。

圖2　WinCC機械手監控界面

3　結束語

WinCC和PLC可以實時進行數據的交換，通過上位機監控界面，操作員可以遠程控制和監視機械手的運行狀況，為生產帶來了便利，同時也能夠及時的進行故障的處理，大大提高了系統的自動化程度。

［1］田淑珍.S7-200 PLC原理及應用［M］.北京:機械工業出版社，2014.

［2］鄭長山.基于PLC和WinCC的機械手監控系統設計［J］.重慶電力高等專科學校學報，2013，18（05）：35-39.

［3］崔琦.S7-200 PLC與WINCC監控的通信研究［J］.洛陽理工學院學報，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，研究方向為計算機控制技術。