《工業(yè)組態(tài)控制技術》PAGEPAGE5項目五機械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)任務2基于PLC和組態(tài)軟件的機械手監(jiān)控系統(tǒng)設計一、任務簡介任務2基于PLC和組態(tài)軟件的機械手監(jiān)控系統(tǒng)設計教學時間6時課程類型講授新課授課方式展示任務；分析決策；任務實施。教學方法任務驅(qū)動教學法；演練結(jié)合；以學生為主體的行為引導教學法。教學設備計算機、組態(tài)王6.55、西門子S7-200PLC教學目標知識目標：1.掌握機械手控制系統(tǒng)的硬件接線；2.掌握機械手控制系統(tǒng)的通信方式；3.掌握機械手控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。能力目標：1.能進行機械手控制系統(tǒng)的構(gòu)建；2.能調(diào)試且實現(xiàn)機械手PLC組態(tài)監(jiān)控工程。素質(zhì)目標：1.通過任務的提前布置，培養(yǎng)學生在生活中不斷發(fā)現(xiàn)問題，學習知識，信息收集和歸納能力。2.通過學生分組、小組各成員協(xié)作完成任務來培養(yǎng)學生的交往溝通能力和團隊合作精神。教學重點組態(tài)王與PLC通信設置教學難點組態(tài)I/O變量設置考核方式過程性考核和形成性考核相結(jié)合，任務檢查與評價（考核表）教學過程任務引入下達任務書，引入任務。任務資訊為完成任務做必備的知識講解。任務分析師生共同分析，細化工作任務。任務實施根據(jù)任務單要求，分組協(xié)作完成任務。任務評價結(jié)合學生完成的情況進行點評并給出考核成績，展示學生優(yōu)秀設計方案和程序，激發(fā)學生學習熱情。【講授新課】一、任務引入使用三菱FX2N-48MRPLC控制機械手動作，同時用MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控機械手動作過程。組態(tài)軟件顯示機械手動作過程：按下啟動按鈕后，旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位后，手臂氣缸伸出；手臂氣缸伸出到位，手爪抓緊；抓緊到位，手臂縮回；縮回到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，旋轉(zhuǎn)氣缸手左轉(zhuǎn)；左轉(zhuǎn)到位，懸臂氣缸伸出；伸出到位，手臂氣缸下降；下降到位，手爪松開；松開到位，手臂氣缸上升；上升到位，懸臂氣缸縮回；縮回到位，機械手右轉(zhuǎn)，不斷進行循環(huán)，直到按下停止按鈕。通過此任務學習，學習機械手PLC編程調(diào)試，掌握組態(tài)工程與三菱PLC聯(lián)機通訊。圖5-2-1基于PLC和組態(tài)軟件的機械手監(jiān)控系統(tǒng)工程二、任務資訊1.基于三菱PLC設備實現(xiàn)機械手組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設計；2.創(chuàng)建一個機械手組態(tài)工程；3.自行設計組態(tài)監(jiān)控畫面；4.腳本命令語言編程實現(xiàn)機械手各種動畫效果。三、任務分析（一）目標要求1.能力目標（1）初步具備簡單工程的分析能力；（2）初步具備機械手控制系統(tǒng)的構(gòu)建能力；（3）增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的能力；（4）初步具備對機械手控制系統(tǒng)的設計能力；（5）初步具備對機械手控制系統(tǒng)的分析能力；（6）初步具備對機械手控制系統(tǒng)的組態(tài)能力；（7）初步具備對機械手控制系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)能力。2.知識目標（1）掌握機械手控制系統(tǒng)的控制要求；（2）掌握機械手控制系統(tǒng)的硬件接線；（3）掌握機械手控制系統(tǒng)的通信方式；（4）掌握機械手控制系統(tǒng)的控制原理；（5）掌握使用組態(tài)王創(chuàng)建工程的方法；（6）掌握機械手控制系統(tǒng)設備連接的設置方法；（7）掌握機械手控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法；（二）理實一體化教學環(huán)節(jié)機械手控制，設置一個啟動開關、停止開關。當按下啟動開關“SB1”之后，機械手控制系統(tǒng)開始工作。當按下停止開關“SB2”后，機械手完成當前周期后停止?；谌釶LC的機械手控制系統(tǒng)理實一體化教學任務見表5-2-1。表5-2-1理實一體化教學環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)一機械手控制系統(tǒng)的控制要求環(huán)節(jié)二機械手控制系統(tǒng)實訓設備的基本配置及控制接線圖環(huán)節(jié)三機械手控制系統(tǒng)的組成及控制原理環(huán)節(jié)四機械手控制系統(tǒng)的組態(tài)環(huán)節(jié)五機械手控制系統(tǒng)的調(diào)試（三）理實一體化教學步驟機械手控制系統(tǒng)實訓設備的基本配置三菱系列PLC（FX2N-48MR）一塊；機械手控制模擬實驗模塊一塊；PC/PPI通信電纜一條；MCGS嵌入版組態(tài)軟件7.7一套；STEP7MicroWINV4.0軟件一套；計算機一臺；連接導線若干；四、任務實施（一）設計機械手監(jiān)控系統(tǒng)工程1.創(chuàng)建新工程機械手組態(tài)工程文件的創(chuàng)建與任務1相同，這里不再重復。2.創(chuàng)建組態(tài)畫面進入MCGS組態(tài)軟件后，就可以為工程建立畫面。（1）工作臺上的設備窗口、用戶窗口實時數(shù)據(jù)庫是我們進行組態(tài)設計時用到最多的窗口，我們首先進行設備窗口的設置。在進行組態(tài)設計時，為了使PLC能夠與觸摸屏經(jīng)RS-485線連接成功，在進行界面繪制前務必先進行設備窗口設置。鼠標左鍵單擊工作臺上“設備窗口”。雙擊“設備窗口”，進入繪制界面。點擊鼠標右鍵，選擇設備工具箱，進行串口設備選擇與設置。如圖5-2-2所示。圖5-2-2組態(tài)軟件設備窗口設置1在進行串口選擇與設置時，我們先鼠標左鍵雙擊選擇“通用串口父設備”，然后再選擇“三菱FX系統(tǒng)編程口”（以三菱FX2N為例）。如圖5-2-3所示。圖5-2-3組態(tài)軟件設備窗口設置2進行串口屬性設置時，一般先對“通用串口父設備”進行設置，然后再對子設備設置。如圖5-2-4所示。圖5-2-4組態(tài)軟件設備窗口設置3完成“設備窗口”設置后，我們進行關閉保存。然后點擊工作臺“用戶窗口”→“新建窗口”。完成后雙擊進入繪制界面。界面繪制方法與任務1基本相同，只闡述不同點。如圖5-2-5所示。圖5-2-5組態(tài)軟件繪制界面任務1，是對機械手動作的模擬，在本任務，用PLC控制機械手的動作，我們需要將旋轉(zhuǎn)氣缸、懸臂氣缸、手臂氣缸的表達式轉(zhuǎn)換成相應的PLC輸出線圈、數(shù)據(jù)寄存器的表達式。在用觸摸屏按鈕控制PLC程序時，需要對按鈕屬性進行設置。在對其進行設置時，我們一般將操作屬性的表達式選擇為PLC中的輔助繼電器m。如圖5-2-6所示。啟動按鈕方法如下：圖5-2-6按鈕設置方法停止按鈕設置方法與之相同。（二）PLC控制程序編寫根據(jù)工作任務描述，使用4個二位五通雙控電磁閥分別驅(qū)動機械手的4個氣缸，確定PLC輸入/輸出元件地址分配如表5-2-2所示。表5-2-2PLC輸入/輸出元件地址分配表輸入輸出序號地址說明序號地址說明1X0啟動按鈕1Y0驅(qū)動旋轉(zhuǎn)氣缸左轉(zhuǎn)2X1停止按鈕2Y1驅(qū)動旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)3X2旋轉(zhuǎn)氣缸右限位3Y2驅(qū)動懸臂氣缸伸出4X3旋轉(zhuǎn)氣缸左限位4Y3驅(qū)動懸臂氣缸縮回5X4懸臂氣缸伸出限位5Y4驅(qū)動手臂氣缸伸出6X5懸臂氣缸縮回限位6Y5驅(qū)動手臂氣缸縮回7X6手爪氣缸夾緊限位7Y6驅(qū)動手爪氣缸夾緊8X7手爪氣缸松開限位8Y7驅(qū)動手爪氣缸松開9X10手臂氣缸伸出限位10X11手臂氣缸縮回限位1.寫出機械手動作流程如下：初始位置→啟動→旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)→懸臂伸出→手臂伸出→手爪抓緊→手臂縮回→懸臂縮回→旋轉(zhuǎn)氣缸右轉(zhuǎn)→懸臂伸出→手臂伸出→手爪松開→手臂縮回→懸臂縮回→初始位置。根據(jù)工作流程畫出機械手順序功能圖。如圖5-2-7所示。圖5-2-7機械手順序功能圖2.繪制電氣控制原理圖由工作任務要求可知，電氣控制原理圖為PLC的電氣控制原理圖，根據(jù)列出的PLC輸入/輸出地址分配表，繪制出PLC的電氣控制原理圖。圖中所有的輸出都需要用DC24V電源來驅(qū)動。如圖5-2-8所示。圖5-2-8機械手電氣控制原理圖注意：繪制電氣控制原理圖時，首先要保證與項目要求相符合，其次所用元件的圖形符號應符號中華人民共和國國家標準。繪制的電氣控制原理圖要規(guī)范，圖中所用元件應進行標注和說明。3.根據(jù)機械手的動作特點，采用步進指令編程的方法，將整個工作任務的運行程序編寫如圖所示。在進行編寫時，為了從組態(tài)軟件上所觀察到的機械手的工作過程，將定時器