1、吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Control System for Manipulator Based on PLC學(xué)生學(xué)號： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期： 吉 林 化 工 學(xué) 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要。減輕勞動強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。本設(shè)計(jì)應(yīng)用了西門子編

2、程軟件STEP7，在研究機(jī)械手工作原理和工藝流程的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了控制方案的分析與I/O建立，并開發(fā)了機(jī)械手的手動和自動控制子程序。應(yīng)用仿真軟件進(jìn)行機(jī)械手控制系統(tǒng)的仿真調(diào)試，達(dá)到預(yù)期效果。機(jī)械手是能夠模仿人手動作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓（吸）取、搬運(yùn)工件或工具或進(jìn)行操作的自動化裝置，它能部分的代替人的手工勞動。較高級型式的機(jī)械手，還能模擬人的手臂動作，完成較復(fù)雜的作業(yè)。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械手已被廣泛應(yīng)用，從而大大地改善了工人的勞動條件，顯著的提高勞動生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。關(guān)鍵詞: 機(jī)械手；自動化；可編程控制器- I -AbstractWith the ever

3、-changing science and technology, market competition intense, labor cost rise, formerly the manual handling cant meet the current needs of the highly automated. Reduces the labor intensity, the safeguard production reliability, the security, reduces the production cost, enhance the product quality a

4、nd the economic efficiency is the major issue which the enterprise produces must face.Design applications Siemens programming software STEP 7, we carried out the analysis of the control scheme and establish the I/O list, then I develop the manual control and automatic control program of Manipulator.

5、 Finally, we simulate the robot control system simulation debugging, All these work depend on the simulation debugging, then achieved the effect we have expected.Manipulator is to be able to imitate hand movement, and according to set program, locus, required substitute manpower to grab (inhale), ta

6、ke things or tool or the automation installation that operated, it can be partial to replace the handwork labor of person. The manipulator of higher level type can still imitate the arm movement of person，completes more complex work. It has been widely used in machinery manufacturing industry, which

7、 greatly improved the working conditions of workers, significantly improved labor productivity, and accelerate the pace of mechanization and automation of industrial production.Keywords: Design of Manipulator；Automation；PLC- 47 -目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 PLC在工業(yè)控制應(yīng)用現(xiàn)狀11.2 機(jī)械手國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 機(jī)械手發(fā)展方向21.4 待

8、解決主要問題3第2章 機(jī)械手控制系統(tǒng)介紹與分析42.1機(jī)械手工作過程及結(jié)構(gòu)組成42.1.1 機(jī)械手工作過程42.1.2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成62.2機(jī)械手控制功能要求82.3控制方案確立92.4控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102.5電氣控制結(jié)構(gòu)11第3章 軟件介紹133.1 SIMATIC S7系列標(biāo)準(zhǔn)工具軟件133.2 STEP7軟件基本功能133.2 STEP7軟件用途143.3 STEP7軟件模塊163.4 程序中調(diào)用分層結(jié)構(gòu)18第4章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)214.1 控制系統(tǒng)硬件配置214.1.1 硬件模塊選配214.1.2 系統(tǒng)盤柜設(shè)計(jì)224.2 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)274.2.1 創(chuàng)建項(xiàng)目274.2.2 機(jī)架

9、配置284.3 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)294.3.1 符號表建立304.3.1主程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)314.3.2 手動控制程序354.3.3 自動控制程序374.3.4 復(fù)位控制程序404.4 控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試41結(jié) 論44參考文獻(xiàn)45致 謝46第1章 緒論1.1 PLC在工業(yè)控制應(yīng)用現(xiàn)狀隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出快速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品,，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程控制器正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為

10、基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。從1968年通用汽車公司提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置以來，其發(fā)展勢頭迅猛，目前PLC的年生產(chǎn)增長率仍保持在30%40%的水平。同計(jì)算機(jī)的發(fā)展類似，目前PLC正朝著兩個方向發(fā)展。一是朝著小型、簡單、價格低廉的方向發(fā)展，如德國 SIEMENS公司的LOGO和S7-200、日本OMRON公司的CQM1等一類PLC。這類PLC可以廣泛地取代繼電器控制系統(tǒng)，用于單機(jī)控制和規(guī)模比較小的自動化生產(chǎn)線控制。二是朝著大型、高速度、大存儲容量、高性能、多功能和多層分布式全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。如德國SIEMENS公司的S5-115U和S7-400、日本OMRON公司的

11、CV2000等一類PLC。現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)控制中越來越被廣泛地應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)化通信能力是PLC的一個重要發(fā)展趨勢。PLC構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)將有多個PLC、多個I/O 模塊相連，并可與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等構(gòu)成整個工廠的自動控制系統(tǒng)。另外，為了滿足各種特殊功能的需要，通信模塊、位置控制模塊、快速響應(yīng)模塊、閉環(huán)控制模塊、模擬量I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、數(shù)控模塊、計(jì)算模塊、模糊控制模塊、語言處理模塊等各種智能模塊相繼出現(xiàn)，進(jìn)一步改善和提高了PLC的實(shí)時性精度、分辨率、人機(jī)對話等方面的能力1。1.2 機(jī)械手國內(nèi)外現(xiàn)狀機(jī)械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個重要組成部分。汽車業(yè)的快速

12、發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無法滿足該行業(yè)的需要。機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識，它能部分地代替人的勞動并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，氣體具有壓縮性

13、，因此，在氣動伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外，氣源工作壓力較低，抓舉力較小。氣動技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動功能已經(jīng)被工業(yè)界廣泛接受，對于氣動機(jī)器人伺服控制體系的研究起步較晚，但已取得了重要成果，它在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用正在受到越來越多的廣泛關(guān)注。90年代初，有布魯塞爾皇家軍事學(xué)院Y. Bando教授領(lǐng)導(dǎo)的綜合技術(shù)部開發(fā)研制的電子氣動機(jī)器人“阿基里斯”六腳勘測員，也被稱為FESTO的“六足動物”。Y. Bando教授采用了世界上著名的德國FESTO生產(chǎn)的氣動元件、可編程控制器和傳感器等，創(chuàng)造了一個在荷馬史詩中最健壯最勇敢的希臘英雄阿基里斯。它能在人不易進(jìn)入的

14、危險(xiǎn)區(qū)域、污染或放射性的環(huán)境中進(jìn)行地形偵察。六腳電子氣動機(jī)器人的上方安裝了一個照相機(jī)來探視障礙物，能安全的繞過它，并在行走過程中記錄和收集數(shù)據(jù)。由漢諾威大學(xué)材料科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的氣動攀墻機(jī)器人，它能在兩個相互垂直的表面上行走(包括從地面到墻面或者從墻面到天花板上)。該機(jī)器人軸心的圓周邊上裝備著等距離(根據(jù)步距設(shè)置)的吸盤和氣缸，一組吸盤吸力與另一組吸盤吸力的交替交換，類似腳踏似的運(yùn)動方式，使機(jī)器人產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)步進(jìn)運(yùn)動。這種攀墻式機(jī)器人可被用于工具搬運(yùn)或執(zhí)行多種操作，如在核能發(fā)電站、高層建筑物氣動機(jī)械手位置伺服控制系統(tǒng)的研究或船舶上進(jìn)行清掃、檢驗(yàn)和安裝工作。機(jī)器人用遙控方式進(jìn)行半自動操作，操作者只需輸

15、入運(yùn)行的目標(biāo)距離，然后計(jì)算機(jī)便能自動計(jì)算出必要的單步運(yùn)行。操作者可對機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控2。現(xiàn)代汽車制造工廠的生產(chǎn)線，尤其是主要工藝是焊接的生產(chǎn)線，大多采用了機(jī)械手。車身在每個工序的移動；車身外殼被真空吸盤吸起和放下，在指定工位的夾緊和定位；點(diǎn)焊機(jī)焊頭的快速接近、減速軟著陸后的變壓控制點(diǎn)焊，都采用了各種特殊功能的機(jī)械手。高頻率的點(diǎn)焊、力控的準(zhǔn)確性及完成整個工序過程的高度自動化，堪稱是最有代表性的機(jī)械手應(yīng)用之一。此外機(jī)械手還應(yīng)用于酒、油漆灌裝氣動機(jī)械手；自動加蓋、安裝和擰緊機(jī)械手，牛奶盒裝箱機(jī)械手，特別是機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于制藥與醫(yī)療器械上。如：DaVinci外科手術(shù)機(jī)器手等。1.3 機(jī)械手發(fā)展方向精度

16、是指機(jī)器人、機(jī)械手到達(dá)指定點(diǎn)的精確程度，它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。重復(fù)精度是指如果動作重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。重復(fù)精度比精度更重要，如果一個機(jī)器人定位不夠精確，通常會顯示一個固定的誤差，這個誤差是可以預(yù)測的，因此可以通過編程予以校正。重復(fù)精度限定的是一個隨機(jī)誤差的范圍，它通過一定次數(shù)地重復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測定。隨著微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，以及氣動伺服技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室和氣動伺服定位系統(tǒng)的成套化。氣動機(jī)械手的重復(fù)精度將越來越高，它的應(yīng)用領(lǐng)域也將更廣闊，如核工業(yè)和軍事工業(yè)等3。有的公司把帶有系列導(dǎo)向驅(qū)動裝置的氣動機(jī)械手稱為簡單的傳輸技術(shù)，而把模塊化拼裝的氣動機(jī)械手稱為現(xiàn)代

17、傳輸技術(shù)。模塊化拼裝的氣動機(jī)械手比組合導(dǎo)向驅(qū)動裝置更具靈活的安裝體系。它集成電接口和帶電纜及氣管的導(dǎo)向系統(tǒng)裝置，使機(jī)械手運(yùn)動自如。由于模塊化氣動機(jī)械手的驅(qū)動部件采用了特殊設(shè)計(jì)的滾珠軸承，使它具有高剛性、高強(qiáng)度及精確的導(dǎo)向精度。優(yōu)良的定位精度也是新一代氣動機(jī)械手的一個重要特點(diǎn)。模塊化氣動機(jī)械手使同一機(jī)械手可能由于應(yīng)用不同的模塊而具有不同的功能，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍，是氣動機(jī)械手的一個重要的發(fā)展方向。1.4 待解決主要問題本控制系統(tǒng)運(yùn)用與STEP7完成控制系統(tǒng)的組態(tài)開發(fā)、編程等功能，需要解決的問題：(1) 從用戶的需求入手確定合適的設(shè)備選型；(2) 詳細(xì)分析機(jī)械手的邏輯控制時序過程，討論P(yáng)LC的

18、程序設(shè)計(jì)方法及程序執(zhí)行特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出機(jī)械手統(tǒng)控制程序的功能模塊和設(shè)計(jì)方案；(3) 在介紹PLC邏輯控制的基礎(chǔ)上，分析機(jī)械手生產(chǎn)過程，利用PLC強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，提出保障系統(tǒng)可靠性、安全性的一些措施。第2章 機(jī)械手控制系統(tǒng)介紹與分析自動化機(jī)械手控制系統(tǒng)是集現(xiàn)代可編程控制（PLC）技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)為一體的新一代自動化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)的人力手動控制方式。與傳統(tǒng)的手動操作控制方式相比，該系統(tǒng)不但滿足了現(xiàn)代工業(yè)流水線生產(chǎn)的高速運(yùn)行，而且在一些危險(xiǎn)場合實(shí)現(xiàn)無人自動控制，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。圖2-1為機(jī)械手的控制簡析圖。圖2-1 機(jī)械手控制簡析圖2.1機(jī)械手工作過程及結(jié)構(gòu)

19、組成機(jī)械手控制系統(tǒng)主要包括兩個方面：一方面是機(jī)械結(jié)構(gòu)；另一方面是自動化控制。機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)控制功能的前提；自動化控制是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分。自動化控制過程變化靈活，邏輯要求嚴(yán)密；機(jī)械組成相對簡單，其結(jié)構(gòu)、設(shè)備組成都比較固定。2.1.1 機(jī)械手工作過程機(jī)械手在生產(chǎn)線上的任務(wù)是將工件從D點(diǎn)傳送到E點(diǎn)，在此系統(tǒng)中還需要利用傳送帶將部件運(yùn)輸?shù)较乱粋€生產(chǎn)工序。機(jī)械手在空間上主要進(jìn)行以下動作：機(jī)械手下降，機(jī)械手抓緊工件，機(jī)械手與工件上升，機(jī)械手與工件有右移，機(jī)械手與工件下降，機(jī)械手放松工件，機(jī)械手上升，機(jī)械手左移?？刂破鳈z測上、下、左、右限位開關(guān)的通斷，決定當(dāng)前的動作，通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出

20、，控制機(jī)械手的動作。根據(jù)機(jī)械手控制簡析圖分析，A缸、B缸、C缸分別為機(jī)械手動力裝置，MC為傳送帶驅(qū)動電機(jī)。LS0為原點(diǎn)指示，LS1為A缸左限位開關(guān)，LS2為A缸右限位開關(guān)，LS3為B缸下限位開關(guān)，LS4為B缸上限位開關(guān)，LS5為傳送帶部件指示。當(dāng)機(jī)械手處于A缸收縮到最右端、B缸收縮到最上端、C缸松開狀態(tài)時，機(jī)械手位于初始位置。機(jī)械手開始工作時， B缸下降，直到LS3有信號產(chǎn)生時B缸停止下降，此時說明B缸已到達(dá)下限位；同時C缸動作，使機(jī)械手夾緊部件，延時2秒后B缸收縮，直到LS4有信號產(chǎn)生，此時說明到達(dá)上限位；此時C缸仍處于夾緊狀態(tài)，A缸開始右移，直到LS1有信號產(chǎn)生，說明氣缸已到達(dá)右限位，A缸

21、停止右移，部件位于傳送帶上方；然后B缸下降，直到LS5有信號產(chǎn)生時B缸停止下降，此時說明B缸已到達(dá)下限位，同時C缸放開部件，啟動傳送帶。延時2秒后B缸回到上限位，A缸回到右限位，延時3秒后傳送帶停止，完成一次循環(huán)任務(wù)。機(jī)械手控制順序如圖2-2所示。圖2-2 機(jī)械手控制順序圖2.1.2 機(jī)械手結(jié)構(gòu)組成1. 手部結(jié)構(gòu)手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒有手掌，只有自身的運(yùn)動將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取

22、部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式，如圖2-3所示。1.手指 2.銷軸 3.拉桿 4.指座圖2-3 滑槽杠桿式手部受力分析2. 腕部的結(jié)構(gòu)腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時要注意以下幾點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。轉(zhuǎn)動靈活，密封性要好。(2) 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個自由度的位置檢測、管線的布置以及潤滑、維修、調(diào)整等問題，要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 (3) 通往手腕油

23、缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過，以便手腕轉(zhuǎn)動時管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。3. 臂部的結(jié)構(gòu)臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上，因而一般機(jī)械手的手臂有二個自由度，即手臂的伸縮和升降運(yùn)動。手臂的升降運(yùn)動是通過立柱來實(shí)現(xiàn)的；立柱的橫向移動即為手臂的橫向移動。手臂的各種運(yùn)動通常由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影響機(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動形式、自由度數(shù)、運(yùn)動速度及其定位精度的要求來

24、設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時，設(shè)計(jì)時必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時一般要注意下述要求：(1) 剛度要大。為防止臂部在運(yùn)動過程中產(chǎn)生過大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。(2) 導(dǎo)向性要好。為防止手臂在直線移動中，沿運(yùn)動軸線發(fā)生相對運(yùn)動，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。(3) 偏重力矩要小。所謂偏重力矩就是指臂部的重量對其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動速度，要盡量減少臂部運(yùn)動部分

25、的重量，以減少偏重力矩和整個手臂對回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量。(4) 運(yùn)動要平穩(wěn)、定位精度要高。由于臂部運(yùn)動速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動即不平穩(wěn)，定位精度也不會高。故應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時要采取一定的緩沖措施。4. 液壓傳動系統(tǒng)機(jī)械手的液壓傳動是以有壓力的油液作為傳遞動力的工作介質(zhì)。電動機(jī)帶動油泵輸出壓力油，是將電動機(jī)供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能。壓力油經(jīng)過管道及一些控制調(diào)節(jié)裝置等進(jìn)入油缸，推動活塞桿運(yùn)動，從而使手臂作伸縮、升降等運(yùn)動，將油液的壓力能又轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。手臂在運(yùn)動時所能克服的摩擦阻力大小，以及夾持式手部夾緊工件時所需保持的握力

26、大小，均與油液的壓力和活塞的有效工作面積有關(guān)。手臂做各種運(yùn)動的速度決定于流入密封油缸中油液容積的多少。這種借助于運(yùn)動著的壓力油的容積變化來傳遞動力的液壓傳動稱為容積式液壓傳動，機(jī)械手的液壓傳動系統(tǒng)都屬于容積式液壓傳動4。液壓傳動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：(1) 油泵：它供給液壓系統(tǒng)壓力油，將電動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，用這壓力油驅(qū)動整個液壓系統(tǒng)工作。(2) 液動機(jī)：壓力油驅(qū)動運(yùn)動部件對外工作部分。手臂做直線運(yùn)動，液動機(jī)就是手臂伸縮油缸。也有回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液動機(jī)一般叫作油馬達(dá)，回轉(zhuǎn)角小于360的液動機(jī)，一般叫作回轉(zhuǎn)油缸（或稱擺動油缸）。(3) 調(diào)節(jié)裝置：各種閥類，如單向閥、溢流閥、節(jié)流閥

27、、調(diào)速閥、減壓閥、順序閥等，各起一定作用，使機(jī)械手的手臂、手腕、手指等能夠完成所要求的運(yùn)動。2.2機(jī)械手控制功能要求機(jī)械手控制功能要求主要有兩方面：一方面是信號檢測，一方面是控制方式的確定。1. 信號檢測機(jī)械手控制系統(tǒng)信號輸入檢測主要涉及三類信號的監(jiān)測，主要包括：按鈕的輸入檢測、限位信號的輸入檢測，以及故障信號的輸入檢測。(1) 按鈕輸入檢測。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測，主要有啟動按鈕、停止按鈕以及工作方式切換按鈕等。(2) 限位信號的輸入檢測。限位信號是指機(jī)械手在運(yùn)動過程中當(dāng)?shù)竭_(dá)指定位置時由傳感器產(chǎn)生的信號。機(jī)械手運(yùn)動到最左邊或者最右邊時，左限位傳感器或者右限位傳感器將會產(chǎn)生電信號，并且

28、控制器將檢測這些電信號，并且通過控制器控制發(fā)出控制信號，使機(jī)械手停止向右或者向左運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手穩(wěn)定、準(zhǔn)確的生產(chǎn)。(3)故障信號的輸入檢測。在生產(chǎn)過程中由于機(jī)械部件的磨損老以及其他外界的影響，機(jī)械手運(yùn)動時會出現(xiàn)不同的故障。故障出現(xiàn)時應(yīng)當(dāng)使機(jī)械手自動緊急停車，避免造成人員受傷和更多的經(jīng)濟(jì)損失。此時故障信號發(fā)生器將產(chǎn)生一電信號，通過控制器檢測此信號，并發(fā)出緊急停車的命令，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。2. 控制方式機(jī)械手控制方式主要有兩種，一種是由安裝在現(xiàn)場啟動開關(guān)控制，即手動控制；另一種是以控制器為核心，通過上位機(jī)監(jiān)控軟件控制，即自動控制。在手動控制中，需要在控制面板上安裝設(shè)備開關(guān)，通過操作開關(guān)來控制現(xiàn)場設(shè)

29、備，利用按鈕對機(jī)械手每一步動作進(jìn)行控制。例如，按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升；按下“右移”按鈕，機(jī)械手右移。手動操作可用于調(diào)整工作位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。在自動控制系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)單步運(yùn)行、返回初始位置、單周期運(yùn)行和全自動運(yùn)行，并且要求自動擋的操作必須在返回初始位置的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。單步運(yùn)行是指機(jī)械設(shè)備按照一定的工作流程對整個系統(tǒng)進(jìn)行一步步的操作；返回初始位置是指按下此按鈕時使機(jī)械手自動回到初始位置；單周期運(yùn)行是指按下啟動按鈕時，機(jī)械手自動完成一個周期動作，并且返回到初始位置；全自動運(yùn)行是指按下全自動按鈕時，機(jī)械手自動返回初始位置后，按正常工作順序自動反復(fù)連續(xù)工作。當(dāng)機(jī)械手生產(chǎn)運(yùn)行出現(xiàn)故障

30、時，整個操作系統(tǒng)必須緊急停車。當(dāng)機(jī)械手控制系統(tǒng)需要停止時，必須完成最后一個工作任務(wù)，并回到初始位置。2.3控制方案確立機(jī)械手控制系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運(yùn)行生產(chǎn)，并且在出現(xiàn)故障是能夠自動緊急停車。機(jī)械手的自動控制既能滿足節(jié)省勞動力的要求，又能實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定高效的生產(chǎn)需求。通過對機(jī)械手工作過程及控制要求的分析和研究，機(jī)械手控制系統(tǒng)主要涉及數(shù)字量控制點(diǎn)，其中包括數(shù)字量信號輸入點(diǎn)和數(shù)字量信號輸出點(diǎn)，并能夠確定其I/O點(diǎn)表，如表2-1所示。表2-1 機(jī)械手控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)表序號描述符號類型1啟動按鈕QDANDI2停止按鈕TZANDI3自動/手動SZDDI4急停按鈕JTANDI5連續(xù)/單周期LXZ

31、QDI6上限位SXWDI7下限位XXWDI8左限位ZXWDI9右限位YXWDI10手動上升SSSDI11手動夾緊SJJDI12手動左移SZYDI13傳送帶故障CSGZDI14手動下降SDXJDI15手動松開SDSKDI16手動右移SDYYDI17傳送帶部件指示LS5DI18手動啟動傳送帶SQCSDDI19原點(diǎn)指示LSODI20A缸故障AGGZDI21B缸故障BGGZDI22C缸故障不能夾緊CGJJGZDI23C缸故障不能松開CGSKGZDI24回到原點(diǎn)HYDQDO25下降XJQDO26夾緊/松開JJQDO27上升SSQDO28右移YYQDO29左移ZYQDO30傳送帶CSDQDO由I/O點(diǎn)表可

32、知，此控制系統(tǒng)開關(guān)量很多，并且各個開關(guān)量間的邏輯關(guān)系復(fù)雜。任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此在設(shè)計(jì)機(jī)械手控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：1. 最大限度地滿足被控對象和用戶的控制要求。設(shè)計(jì)前應(yīng)該深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集資料，并與相關(guān)部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。2. 在滿足控制要求的前提下，力求使控制簡單、經(jīng)濟(jì)高效、能耗低，使用及維修方便。3. 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時為了現(xiàn)自動化控制過程，采用PLC作為核心控制器是個較好的方案。以下是選擇PLC作為核心處理器的理

33、由：PLC具有體積較小、設(shè)計(jì)周期短、數(shù)據(jù)處理和通信方便、易于維護(hù)和操作、明顯降低成本等優(yōu)點(diǎn)，可滿足機(jī)械手的功能要求。除此之外，PLC作為機(jī)械手控制系統(tǒng)使設(shè)計(jì)過程變得更加簡單，可實(shí)現(xiàn)的功能變得更多。由于PLC的CPU強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使機(jī)械手系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔?。其中PLC的選擇包括機(jī)型的選擇、CPU的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊選擇等。本課題主要選用西門子PLC S7-300系列。主要根據(jù)如下：1. 選用該機(jī)型可以滿足機(jī)械手工藝控制要求。2. 西門子PLC目前應(yīng)用比較成熟，技術(shù)上有保證，且有豐富的成功經(jīng)驗(yàn)可以鑒戒

34、，縮短系統(tǒng)開發(fā)的周期，降低成本。3. 西門子S7-200通訊功能比較弱，不利于上下位機(jī)的通訊，同時功能比較簡單，不能滿足控制要求。S7-400主要用于大型的集散控制系統(tǒng)中，所以選用S7-300就可以滿足工藝控制要求5。2.4控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)確立的控制方案，機(jī)械手自動控制系統(tǒng)的總體框圖如圖2-4所示，西門子PLC為核心控制器，通過檢測操作面板按鈕的輸入、各類傳感器的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和停止。圖2-4 機(jī)械手控制系統(tǒng)示意圖根據(jù)工藝要求確定被控系統(tǒng)需要完成的控制動作，確定這些動作之間的邏輯關(guān)系，自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下：1. 分配輸入/輸出設(shè)備，即確定外圍設(shè)備傳送給PLC的輸入信號和PLC發(fā)送

35、給外圍設(shè)備輸出信號，同時還要將I/O點(diǎn)進(jìn)行分配，在此基礎(chǔ)上確定PLC的選型。2. 根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和所選PLC的I/O點(diǎn)的情況設(shè)計(jì)PLC用戶程序，此時可采用梯形圖或流程圖語言形式的用戶程序。PLC的用戶程序按照工藝所要求的全部功能及其相互關(guān)系，利用計(jì)算機(jī)軟件對PLC程序進(jìn)行編譯、調(diào)試和修改，同時還要對PLC的工作狀態(tài)、特殊功能進(jìn)行設(shè)定，完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所要求的控制功能。3. 保存已完成的程序，確認(rèn)程序無誤后將程序下載。4. 程序下載成功后，對現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試并投入生產(chǎn)。2.5電氣控制結(jié)構(gòu)電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、電氣控制柜等單元。由于在該系統(tǒng)中需要檢測較多的數(shù)字輸入量，然后根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行

36、數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時序就需要嚴(yán)格按照檢測信號的輸入進(jìn)行控制。要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機(jī)及其擴(kuò)展模塊之外，還需要繼電器、UPS、傳感器和空氣開關(guān)等設(shè)備。1. 繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在機(jī)械手控制系統(tǒng)中，其中設(shè)備的運(yùn)行都不是連接的。而是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或者根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行動作的，因此需要PLC根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來控制所有

37、設(shè)備的啟停，應(yīng)該根據(jù)輸出點(diǎn)的多少來配置繼電器個數(shù)。在此共需要7個繼電器，分別為上移動繼電器、下移動繼電器、左移動繼電器、右移動繼電器、回原點(diǎn)繼電器、加緊/放松繼電器、傳送帶控制繼電器。2. UPS電源模塊UPS即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。在此設(shè)計(jì)中主要用于給計(jì)算機(jī)及各個儀表設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、

38、硬件不受損壞。UPS設(shè)備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護(hù)6。利用UPS電源給控制系統(tǒng)供電可以使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定運(yùn)行，保證了生產(chǎn)線在突發(fā)事件中的安全生產(chǎn)。不僅提高控制系統(tǒng)的安全系數(shù)，而且可以減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。3. 各類按鈕在這個控制系統(tǒng)的自動操作中，采用三種機(jī)械按鈕，機(jī)械手控制系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行，手動/自動按鈕使用旋鈕，即旋到另一邊就斷開；自動啟動按鈕采用觸電式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動彈起復(fù)位。在手動控制狀態(tài)時，對于每個設(shè)備都對應(yīng)設(shè)置一個按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開復(fù)位。4. 傳感器傳感器的作用是將壓力、溫度等非電量的物理信號轉(zhuǎn)換成電量信號，一

39、便后續(xù)電路進(jìn)行處理。在此系統(tǒng)中，限位傳感器將機(jī)械手的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳送到PLC的控制功能模塊，在PLC主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過通信口出給接觸器控制氣缸，實(shí)現(xiàn)精確控制。5. 空氣開關(guān)空氣開關(guān)就是利用了空氣來熄滅開關(guān)過程中產(chǎn)生的電弧，所以叫空氣開關(guān)。在正常情況下，過電流脫扣器的銜鐵是釋放著的；一旦發(fā)生嚴(yán)重過載或短路故障時，與主電路串聯(lián)的線圈就將產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁吸力把銜鐵往下吸引而頂開鎖鉤，使主觸點(diǎn)斷開。欠壓脫扣器的工作恰恰相反，在電壓正常時，電磁吸力吸住銜鐵，主觸點(diǎn)才得以閉合。一旦電壓嚴(yán)重下降或斷電時，銜鐵就被釋放而使主觸點(diǎn)斷開。當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常時，必須重新合閘后才能工作，實(shí)現(xiàn)了失壓保護(hù)

40、。因?yàn)榻^緣方式有很多，有油開關(guān)，真空開關(guān)和其它惰性氣體的開關(guān)。在項(xiàng)目研究開發(fā)時必須考慮人生安全和對卡件保護(hù)，所以所有用電設(shè)備都需經(jīng)過空氣開關(guān)。第3章 軟件介紹STEP7軟件是用于SIMATIC S7系列系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)工具，是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進(jìn)行編程操作。3.1 SIMATIC S7系列標(biāo)準(zhǔn)工具軟件SIMATIC S7系列可編程控制器是西門子全集成自動化系統(tǒng)中的控制核心，是其集成與開放特性的重要體現(xiàn)。該系列PLC繼承了西門子上一代PLC SIMATIC S5系列穩(wěn)定、可靠和故障率低的精髓，將先進(jìn)控制思想、現(xiàn)

41、代通訊技術(shù)和IT技術(shù)的最新發(fā)展集于一身，在CPU運(yùn)算速度、程序執(zhí)行效率、故障自診斷、聯(lián)網(wǎng)通訊、面向工藝和運(yùn)動控制和功能集成以及實(shí)現(xiàn)故障安全的容錯與冗余技術(shù)等方面取得了業(yè)界公認(rèn)的成就。不斷創(chuàng)新的PLC編程組態(tài)工具STEP7采用SIMATIC軟件的集成統(tǒng)一架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)PLC編程組態(tài)的易用性和友好性以及與上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)的集成統(tǒng)一性提供了一個功能強(qiáng)大、風(fēng)格一貫的軟件平臺。符合IEC-61131-3的多種高級編程語言的補(bǔ)充，使PLC在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝編程、多重回路調(diào)節(jié)、甚至模糊控制和神經(jīng)元控制等智能控制算法時具有類似高級變成語言的特點(diǎn)和優(yōu)勢。憑借繼承統(tǒng)一的通訊，SIMATIC S7 PLC在實(shí)現(xiàn)車間級、工廠

42、級、企業(yè)級乃至全球企業(yè)鏈的生產(chǎn)控制與協(xié)同管理中起到中堅(jiān)作用。幾年以前，當(dāng)控制界在圍繞PLC、DCS和基于PC的解決方案，爭論何者將成為控制系統(tǒng)主流時，當(dāng)人們在為如何突破“自動化孤島”而積極思考、探索和憂慮時，攜全集成自動化的理念，西門子提出通過不斷豐富和發(fā)展PLC的控制功能和總線通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了橫跨工廠自動化和過程自動化兩大自動化領(lǐng)域的統(tǒng)一的控制策略。如今SIMATIC S7 PLC在全球自動化各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和成功經(jīng)驗(yàn)，充分證明了PLC解決方案的強(qiáng)大生命力和多種不同控制系統(tǒng)在技術(shù)、理念突飛猛進(jìn)的過程中殊途同歸的必然趨勢。3.2 STEP7軟件基本功能STEP7軟件是以中文為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，

43、其自身有多種功能，基本功能有以下幾點(diǎn)：1. 系統(tǒng)以中文方式在線報(bào)警和報(bào)警信息歸檔存儲、數(shù)據(jù)記錄與報(bào)表的自動生成、自動打印；2. 有系統(tǒng)工程師和操作員安全保密功能；3. 具有各類工程信息歸檔；4. 系統(tǒng)報(bào)表生成，具有寬行不限字符打印能力；5. 具有WINDOWS標(biāo)準(zhǔn)接口；6. 高級語言開發(fā)與嵌套接口；7. 具有三維圖形元和中文顯示功能的流程圖組態(tài)功能；8. 具有先進(jìn)和完備的工程圖支持庫,以及完善的圖形編輯功能；9. 具有ISA及工程習(xí)慣用立體圖形庫；10. 支持工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP、ISO、MB+、UDP/IP、FINS等開放通訊協(xié)議；11. 支持管理標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊的協(xié)議驅(qū)動軟件；12. 多種

44、I/O接口驅(qū)動和分布式現(xiàn)場控制總線；13. 支持功能鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等多種外部設(shè)備；14. 可進(jìn)行實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)分析；15. 具有事件驅(qū)動和多窗口顯示功能；16. 在線切換功能和特殊運(yùn)算功能；17. 高級語言C+接口功能。3.2 STEP7軟件用途STEP7 是用于SMATIC 300/400站，創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件。針對不同的工程技術(shù)人員，可以使用語句表、體梯形圖、功能快等語言。使用STEP7可以完成一些比較大或比較復(fù)雜的應(yīng)用。例如：可以用高級語言或圖形設(shè)計(jì)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)?？梢院蚐MATIC附加的軟件包兼容。SETP7軟件界面友好。操作方便。硬件組態(tài)軟件編程簡單清晰明了。是復(fù)

45、雜的編程工作變的簡單。指令豐富符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)。具有自動檢測語法錯誤功能。幫助功能強(qiáng)大版本向下完全兼容?？梢园裇ETP7軟件編寫的程序很方便的轉(zhuǎn)化成STEP7的程序。其邏輯關(guān)系保持不變。在STEP7中一些非標(biāo)準(zhǔn)的指令和功能快。也可以自動用新的指令和功能快代替。STEP7中集成的SIMATIC編程語言和語言表達(dá)方式，符合EN 61131-3標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)軟件包符合圖形化以及面向?qū)ο蟮腤indows操作系統(tǒng)要求，可以運(yùn)行在操作系統(tǒng)Windows 2000/XP專業(yè)版以及Windows Server 2003下，并與Windows的圖形和面向?qū)ο蟮牟僮髟硐嗥ヅ洹?標(biāo)準(zhǔn)軟件支持自動任務(wù)創(chuàng)建過程的各個階

46、段，具體如下：(1) 建立和管理項(xiàng)目；(2) 對硬件和通訊作組態(tài)和參數(shù)賦，值管理符號；(3) 創(chuàng)建程序，例如為S7可編程控制器創(chuàng)建程序；(4) 下載程序到可編程控制器；(5) 測試自動化系統(tǒng)，診斷設(shè)備故障。1. SIMATIC管理器IMATIC管理器可以管理一個自動化項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)，無論是為哪個可編程控制系統(tǒng)（S7/M7/C7）設(shè)計(jì)的，編輯所選數(shù)據(jù)的工具由SIMATIC 管理器自行啟動。2. 符號編輯器使用Symbol Editor（符號編輯器），可以管理所有的共享符號。具有以下功能：(1) 為過程信號（輸入/輸出）、位存儲和塊設(shè)定符號名和注釋；(2) 分類功能；(3) 從/向其它的Windo

47、ws程序?qū)?導(dǎo)出。使用這個工具生成的符號表可供其它所有工具使用，對一個符號屬性的任何變化都能自動被其它工具識別。3. 編程語言用于S7-300和S7-400的編程語言梯形邏輯圖（Ladder Logic）、語句表（Statement List）和功能塊圖（Function Block Diagram）都集成在一個標(biāo)準(zhǔn)軟件包中。(1) 梯形邏輯圖（LAD）是STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式。它的指令語法與一個繼電器的梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時，使用梯形圖，可以追蹤電信號在電源示意線之間的流動。(2) 語句表（STL）是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼

48、相似。如果一個程序是用語句表編寫的，CPU執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易，語句表已進(jìn)行擴(kuò)展，還包括一些高層語言結(jié)構(gòu)（例如，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問和塊參數(shù)）。(3) 功能塊圖（FBD）是STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。復(fù)合功能（如數(shù)學(xué)功能）可用邏輯框相連直接表達(dá)。其中梯形邏輯圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖非常相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制，因此在機(jī)械手控制系統(tǒng)中選用LAD編程方式。4. 硬件組態(tài)使用這個功能可以為自動化項(xiàng)目的硬件進(jìn)行組態(tài)和參數(shù)賦值。具有以下功能：(1) 組態(tài)可編程控制器時，可以從電子

49、目錄中選擇一個機(jī)架，并在機(jī)架中將選中的模板安排在所需要的槽上。(2) 組態(tài)分布式I/O與組態(tài)中央I/O一致，也支持以通道為單位的I/O。(3) 在給CPU賦值參數(shù)的過程中，可以通過菜單的指導(dǎo)設(shè)置屬性，比如，啟動特性和循環(huán)掃描時間監(jiān)控。支持多處理方式。輸入的數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中。(4) 在向模板作參數(shù)賦值過程中，所有可以設(shè)置的參數(shù)都是用對話框來設(shè)置的。沒有任何設(shè)置使用DIP開關(guān)。向模板的參數(shù)賦值傳送是在CPU啟動過程中自動完成的。例如，模板可以調(diào)換而無需賦值新的參數(shù)。(5) 功能模板（FM）和通訊處理器（CP）的參數(shù)賦值，與其它模板的賦值方法一樣，也是在硬件組態(tài)工具中完成的。對于每一個FM和C

50、P，都有模板特定對話框和規(guī)則（包括在FM/CP功能軟件包范圍內(nèi)）。通過只在對話框中提供有效的選項(xiàng)，系統(tǒng)可以防止不正確的參數(shù)輸入。5. 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和連接(1) 支持PROFINET IO IRT通訊（等時實(shí)時通訊 Isochronous Realtime）。這意味著短時的等時總線循環(huán)時間可以被組態(tài)。(2) 可以直接將IO設(shè)備復(fù)制到另外的站中。如果IP地址重復(fù)，可以定義在插入時修改（保留IP地址或重新分配一個地址）。(3) 可以為PROFINET IO設(shè)備分配看門狗時間（Watchdog Time），在“IO Cycle”中，該選項(xiàng)在設(shè)備屬性中可以選擇。(4) 當(dāng)PROFIBUS DP中使用光纖時，

51、特別是當(dāng)組態(tài)了光纖環(huán)網(wǎng)時，可以定義OLM的個數(shù)。這將有助于總線參數(shù)的計(jì)算更為精確。另外，也意味著使用高性能的設(shè)備后，總線時間將被縮短。6. 組態(tài)和診斷硬件先前的“H”可選軟件包“S7-400H容錯系統(tǒng)”將不再作為一個單獨(dú)的可選軟件包提供；取而代之，現(xiàn)在已將其集成在STEP7 V5.3中。要打開相關(guān)的電子手冊“S7-400H容錯系統(tǒng)”，可在任務(wù)欄中選擇啟動 SIMATIC 文檔。塊庫“冗余IO”包含了用于支持冗余I/O設(shè)備的塊7。3.3 STEP7軟件模塊在STEP7軟件中，結(jié)構(gòu)化的用戶程序是以“塊”的形式實(shí)現(xiàn)的。塊是一些獨(dú)立的程序或者數(shù)據(jù)單元，在STEP7中主要有以下幾種類型的塊：組織塊OB(

52、Organization Block)功能FC(Function)功能塊FB(Function Block)系統(tǒng)功能SFC(System Function)系統(tǒng)功能塊SFB(System Function Block)背景數(shù)據(jù)塊背景DB(Instance Data Block)共享數(shù)據(jù)塊共享DB(Share Data Block)各模塊的具體功能如下：1. 組織塊（OB）在CPU中，用戶程序由啟動程序、主程序和各種中斷響應(yīng)程序等不同的程序模塊構(gòu)成，這些模塊在STEP7中的實(shí)現(xiàn)形式就是OB。OB是直接被操作系統(tǒng)調(diào)用的用戶程序塊，OB與不同的CPU類型是相關(guān)的，某一型號的CPU支持哪些OB是確定的

53、。例如，OB35和OB40可在CPU315-2DP中使用，而OB36和OB41則不行。因此，用戶只能編寫目標(biāo)CPU支持的OB。OB1是對應(yīng)于循環(huán)執(zhí)行的主程序的程序塊，它是STEP7程序的主干。其他大多數(shù)OB則對應(yīng)于不同的中斷處理程序（另外還有啟動程序和背景程序等非中斷類的OB）。與每一個OB緊密相連的是它對應(yīng)的類型和優(yōu)先級。OB的類型指出了它的功能，例如延時中斷、硬件中斷等；OB的優(yōu)先級則用于表明一個OB是否可以被另外一個OB中斷，優(yōu)先級較低的OB總是可以被優(yōu)先級較高的OB中斷。在S7系列CPU中，背景循環(huán)OB90的優(yōu)先級最低，其次就是OB1，它的優(yōu)先級是1，因此OB1通?？偸强梢员黄渌鸒B中

54、斷。對于S7-300的CPU，各個OB的優(yōu)先級都是固定的，用戶無法更改。2. 功能（FC）和功能塊（FB）FC和FB都是由用戶自己編寫的程序模塊，可以被其他程序塊（OB、FC和FB）調(diào)用。與其他編程語言中的“函數(shù)”相似，F(xiàn)C/FB也帶有參數(shù)，以名稱的方式給出的參數(shù)稱作形式參數(shù)（形參），在調(diào)用時給形式參數(shù)賦的具體值就是實(shí)際參數(shù)（實(shí)參），例如：將實(shí)參“I0.1”賦給形參“START”。FC與FB的根本區(qū)別在于，F(xiàn)C不具備的存儲區(qū)，而FB擁有自己的存儲區(qū)背景DB，在調(diào)用任何一個FB時，都必須指定一個背景DB。這一區(qū)別使得FC和FB在以下幾個方面有所不同。參數(shù)、變量的類型，分別打開示例項(xiàng)目中的FC1和

55、FB1，在變量聲明區(qū)中，可以看到參數(shù)和變量類型。FC和FB都具有輸入（IN）、輸出（OUT）、輸入/輸出（IN_OUT）三種參數(shù)類型。IN類型的參數(shù)用于塊調(diào)用時的數(shù)據(jù)輸入；OUT類型的參數(shù)用于輸出結(jié)果；IN_OUT類型的參數(shù)則級可以作為數(shù)據(jù)的輸入，又可以作為數(shù)據(jù)和輸出。FC和FB都具有臨時（TEMP）變量。臨時變量存儲在系統(tǒng)的本地?cái)?shù)據(jù)堆棧（Local Date Stack）中，當(dāng)FC或者FB調(diào)用完畢后，這些變量空間就會釋放，因此臨時變量僅在FC或者FB調(diào)用期間有效。FB有靜態(tài)（STAT）變量類型，而FC沒有。與臨時變量不同，靜態(tài)變量存儲在FB的背景DB中，當(dāng)FB調(diào)用完畢后，靜態(tài)變量的數(shù)據(jù)仍然有

56、效。FC還有一個返回值變量（RET_VAL）用以返回調(diào)用的結(jié)果。使用OUT或者IN_OUT類型的參數(shù)可以輸出多個變量，因此比RET_VAL具有更大的靈活性。參數(shù)的賦值，由于FC沒有數(shù)據(jù)區(qū)，因此在調(diào)用FC的時候必須給形參附實(shí)參；FB的情況則比較復(fù)雜。對于FB的大多數(shù)類型的參數(shù)，可以賦實(shí)參，也可以不賦。如果不給FB的形參賦值，則自動讀取當(dāng)前的背景DB中的參數(shù)值。但對FB的某些特殊數(shù)據(jù)類型的參數(shù)也要求必須給形參賦實(shí)參。3. 系統(tǒng)功能（SFC）和系統(tǒng)功能塊（SFB）SFC和SFB是預(yù)先編寫好的可供用戶程序調(diào)用的FC和FB，它們已經(jīng)固化在S7的CPU中，因此稱為“系統(tǒng)功能”和“系統(tǒng)功能塊”。通常SFC和SFB提供一些系統(tǒng)級的功能調(diào)用，例如通訊功能等。需要注意的是，雖然SFB已經(jīng)固化在CPU中，但是CPU中并不包含背景DB，因此SFB和FB一樣，在調(diào)用之前需要由用戶生成相關(guān)的背景DB。與OB一樣，SFC和SFB也是與具體的CPU相關(guān)的，通過查閱相關(guān)CPU的技術(shù)手冊可以找到該CPU支持的SFC和SFB的詳細(xì)信息。4. 背景D