西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8物优**

西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8物优**

简易机械手在各类全自动和半自动生产线上应用得十分广泛，主要用于零部件或成品在固定位置之间的移动，替代人工作业，实现生产的自动化控制。本设计中的机械手采用上下升降加平面转动式结构，各动作由plc控制电磁阀驱动气动执行元件完成，能十分方便的嵌入到各类工业生产线中。

2 功能与动作流程设计

2.1功能设计

机械手的任务是将传送带a上的物品搬运到传送带b。为使机械手动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关sq1、sq2、sq3、sq4、sq5，对机械手分别进行抓紧、左转、右转、上升、下降动作的限位，并发出动作到位的输入信号。机械手的起、停由sb1（启动）、sb2（停止）按钮控制。

传送带a、b由电动机拖动。传送带a上装有光电开关sp，检测到物品，传送带a停止。传送带b连续运转，将物品送至后工序，不需要用plc控制。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松等动作由气动元件（气缸）执行，由六个相应的电磁阀驱动，统一由plc控制。

2.2动作流程设计

机械手及传送带a顺序动作的要求是：

（1）按下起动按钮sb1时，机械手系统工作。首先上升电磁阀通电，手臂上升，至上升限位开关动作；

（2）左转电磁阀通电，手臂左转，至左转限位开关动作；

（3）下降电磁阀通电，手臂下降，至下降限位开关动作；

（4）启动传送带a运行，由光电开关sp检测传送带a上有无物品送来，若检测到物品，则抓紧电磁阀通电，机械手抓紧，至抓紧限位开关动作；

（5）手臂再次上升，至上升限位开关再次动作；

（6）右转电磁阀通电，手臂右转，至右转限位开关动作；

（7）手臂再次下降，至下降限位开关再次动作；

（8）放松电磁阀通电，机械手松开手爪，经延时2秒后，完成一次搬运任务，然后重复循环以上过程。

（9）按下停止按钮sb2或断电时，机械手停止在现行工步上，重新起动时，机械手按停止前的动作继续工作。

3动作时序设计

根据对机械手的顺序动作要求可作出如下所示的机械手动作流程图参见图2。流程设计使用iec61131-3标准顺序功能图sfc语言描述。

4 plc硬件设计

4.1 plc的选型

根据系统的设计要求，选用omron公司生产的cpm1a-20cdr-a小型机。该机体积小，功能强、配有标准通讯接口便于计算机对plc进行监控和管理。使用cqm1-pro01手持式编程器可以方便的在生产现场进行维护和监控。该机输入点为12，输出点为8。

4.2 i/o点编号分配

根据机械手动作流程图，可以确定电气控制系统的i/o点分配。

5 plc软件设计

5.1 编制控制状态转移图

5.2 程序设计及程序运行

（1）用步进指令编程。根据状态转移图及动作要领，

其中，在状态由hr0100转移至hr0000的条件中，增加了保持继电器的常闭触点，其作用是：当机械手工作在某一中间工步时，若plc断电或停止运行，机械手停止在中间工步上。plc复电或重新投入运行后，由于保持继电器hr具有状态断电保护的功能，因此在重新起动时，其中有某一个是断开的，使得hr0000不能置位，机械手只能从停止前被置位的保持继电器的后续工步继续动作。

（2）程序运行调试。按下起动按钮sb1，输入点00000为on，则作为自锁条件的辅助继电器20000保持为on，分支指令il接通，il与ilc之间的线圈正常工作。开始常闭触点都为on，保持继电器hr0000接通，输出点01003使上升电磁阀得电，手臂上升。当手臂上升到位时，上升限位开关使输入点00005闭合，保持继电器hr0001接通，hr0000复位，上升停止，同时，输出点01001使左转电磁阀得电，手臂左转。以后每当一步动作到位，限位条件满足时，状态转移，进行下一工步动作。当状态转移到hr0008为on时，输出点01006使放松电磁阀得电，机械手放松，同时定时器tim000计时。当计时2秒到（时间可视具体情况调整），状态又转移到hr0000，程序又重新从**工步开始循环。停止时，按下停止按钮sb2，00001断开，辅助继电器20000为off，自锁指令断开，全部输出被禁止，但各保持继电器的状态是断电保护的，机械手停在现行的工步上。当重新按起动按钮时，辅助继电器20000为on，停止前的输出被恢复，机械手继续在停止前某保持继电器为on的工步动作。

1引言

组态软件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、报警和安全机制等功能，本文中采用操作方便、可视性好、可维护性强、高性能和高可靠性的组态王6.5，用于物流控制项目，使物流调度的控制层面得到了在线的实时监控，为物流控制提供了一种优化的解决方案。

2 物流实验控制装置

2.1物流控制装置介绍

项目的硬件平台是上海新奥托实业有限公司的生产的efat/lc-i型物流控制实验系统。项目主要有以下几个部分组成：

辊道输送机、四自由度机械手、全自动堆垛机和立体仓库。所有设备都安装在2m×3m的实验平台上。

（1）辊道输送机。本系统*设计两条辊道输送机，进货与出货可根据需要来设计程序进行自由组态。其传动系统采用交流变频调速方式分别由二台西门子420变频器控制，可进行正反转控制。具体每条辊道是用于进库或出库由用户设置。

（2）四自由度机械手。四自由度机械手用于辊道、货台间货物的连接，为圆柱型，可实现x轴伸缩、z轴升降、臂腕回转功能。驱动采用步进电机，夹爪采用气动方式。

（3）全自动堆垛机。一台全自动堆垛机、一个基道、二排货架（4层×6列）和二个出货台、构成一个全自动立体仓库。全自动堆垛机其实质为一台三自由度机械手，升降和行走采用步进电机控制，货叉采用直流电机控制。

（4）检测设备。实验平台还安装有电子称（安装于货台）、颜色传感器、铁/非铁识别传感器、条码读入器、位置光电传感器等检测设备，用于监视系统的运行状态。电子称和条码读入器通过rs232通讯口与pc连接，其它传感器均通过安装在现场控制柜内的变送单元与plc连接。

2.2物流控制装置控制工艺

具体的过程工艺：入货时，先在用户端货物入库处输入操作所必需的信息，提交服务器批准。服务器同意后，进行输送动作，在输送开始时由颜色传感器、铁/非铁传感器、条码扫描仪对进行动作的货物进行，向服务器提交测量信息。再由传感器对货物进行监督，当货物快到达输送机末尾时，传感器向控制器发出信号，控制器紧接着向机械手发出动作指令。机械手在控制器的作用下，将货物取走，然后安全放置在货台，并向控制器发出信号。堆垛机通过限位开关的控制作用，把货物送达*的货位。在堆垛机搬送完毕时，传感器向服务器发出到达通知，服务器即把此动作的名称、日期、客户端序号等记入数据库，并对在库数据进行修改、保存。同样，出货时，用户先向服务器出库处输入货物的位置信息，经过堆垛机的正确寻址，取得货物后，交于货台，同时向控制器发出信号，紧接着控制器向机械手发出动作指令。快到辊道时，向控制器发出信号，协调辊道的正常运行。最后对相关的信息做出记录保存，并打印报表。

3 系统的控制方案

采用了主控计算机与siemens公司的simatic s7系列的plc［2］构成profibus现场控制网，对于整个物流实验装置的控制，计划采用现场设备—控制器—软件的控制方式，即现场操作层，中间控制层，综合管理层的三级模式。

4 系统设计

4.1电气原理

在综合考虑s7-200的扩展模块，电源，较大i/o配置，通讯和网络功能后，决定采用一台cpu224（点数为14输入/10输出）控制辊道输送机，两台cpu226（点数为24输入/16输出）分别控制机械手和堆垛机。辊道输送机是采用一台cpu224外加一块ai扩展模块来控制，机械手考虑到多自由度的需求采用一台cpu226来控制，堆垛机采用一台cpu226控制。需要说明的是，物流装置的三个部分是独立运行的，但是彼此之间是需要严密的时序逻辑的，如辊道输送机的货物抵达辊道的尾部时，机械手就必须作出相应的动作，或者机械后的货物放下后，堆垛机就应该开始查找判断该货物应该放置货架的位置，而机械部件动作是需要一定的时间的，机械手动作的滞后时间是2s，做监控的时候必须加以注意，由于三个部分的plc连接图是类似的。

4.2 s7-200plc编程

对应的各自的逻辑图后，有三种方法可以对plc编程，用得较多的是梯形图语言（lad），指令表（stl），和顺序功能流程图（sfc）。在本文中，采用在v4.0step 7 microwin sp4中使用lad对各个plc进行编程。

4.3组态软件的设计

组态王6.5是国产组态软件中成熟的组态工具，由亚控科技发展有限公司出品。启动组态王后，建立一个物流控制的工程，点击com1选择siemens的s7-200plc的i/o设备，然后设置通信，一般有两种方式：pc/ppi电缆，连接pg/pc的串行通信口和cpu通信；pg/pc上安装cp卡，通过mpi电缆连接cpu通信口，本文采用后一种通信方式。

然后在数据字典里分别根据plc的i/o来设置必要的数据变量，由于组态王6.5是商业软件，数据字典里可用的数据变量数也是受限的，根据需要来选择合适的版本。

点击画面来设计组态画面，组态工具功能较强大的特点是能将上位机的画面，通过通信，来实时展现设备动态，从而来实现监控。

以辊道输送机为例，进入文件夹里的画面选项，制作辊道输送机的主画面。主要的动画有辊道的进货、出货，正/反转，货物的连续运送和速度调节。画面上装有起/制动按钮和手动/自动按钮，还有三个画面之间的切换按钮，可以方便的在三个画面之间方便的切换，状态显示指出了颜色传感器、铁磁传感器、扫描仪和多个位置传感器的实时状态。

类似的，同样建立了机械手和堆垛机的主画面。机械手的动作拆分为几个部分，分别为取货，旋转臂和放货。三个画面依次动作，来完成一个完整的机械手控制。画面设置了起/制动按钮，手动/自动按钮，状态显示指出了当前处于的工作状态。堆垛机的组态较为复杂，大体为进货和出货两个方面。进货时，堆垛机先得到关于左右货架的相关信息（货位是否满/左或右货架），货物经堆垛机从货台水平叉起，在水平限位开关的控制下沿x轴作水平移动寻址；到达相应的x值后，在垂直限位开关的控制下沿y轴作垂直寻址，在到达正确位置后，在入库认址开关的作用下，将货物放在*货架。出货的过程与此相反。

在完成画面组态后，还进行的了实时数据库和历史数据库的设计，实时数据库中的取得的数据采用经验模型分析后决定是否产生预警信号，提醒操作人员，历史数据库中的数据则定期打印以作为整个系统运行检验数据。由于系统考虑到将来的扩展，预留了一些接口，以提供二次开发，延长系统生命周期和减少二次开发成本。

1、通信装置的硬件描述

PLC与PC机之间实现通道，可使二者互补功能上的不足，PLC用于控制方面既方便又可靠，而PC机在图形显示、数据处理、打印报表以及中文显示等方面有很强的功能。因此，各PLC制造厂家纷纷开发了适用于本公司的各种型号PLC与PC机通信的接口模块。三菱公司开发的FX-232AW接口模块用于FX2系列PLC与计算机通信。还有与以太网连接的接口模块AJ71E71、与MAP网连接的接口模块AJ71M51-S1、与FAISMAP网连接的接口模块AJ71M51M1等。不同的通信方式，有着不同的成本价格和不同的适用范围。在此介绍一种通过PC机的RS-232口与PLC进行通信的实现方法。

FX2系列PLC的编程接口采用RS-422标准，而计算机的串行口采用RS-232标准。因此，作为实现PLC计算机通信的接口电路，必须将RS-422标准转换成RS-232标准。

RS-232与RS-422标准在信号的传送、逻辑电平均不相同。

RS-232采用单端和单端发送器，只用一根信号线来传送信息，并且根据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来决定逻辑的“1”(-3～-15V)和“0”(3～15V)；

RS-422标准是一种以平衡方式传输的标准，即双端发送和双端接收，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。RS-422电路由发送器、平衡连接电缆、电缆终端负载和组成。它通过平衡发送器和差动将逻辑电平和电位差之间进行转换(2V表示“0”，-2V表示“1”)。回收西门子PLC。

选用MAXIM公司的MAX202实现RS-232与TTL之间的电平转换。MAX202内部有电压倍增电路和转换电路，仅需5V电源就可工作，使用十分方便；选用MAX490实现RS-485与TTL之间的转换。每片MAX490有一对发送器/，由于通信采用全双工方式，故需两片MAX490，另外只需外接4只电容即可。

PLC的RS-422接口配接DB-25型连接器，而PC机一般用DB-9型连接器。

将RS-232的RS、CS短接，这样对计算机发送数据来说，PLC总是处于就绪状态。也就是说，计算机在任何时候都可以将数据送到PLC内。又由于DR、ER交叉连接，因此，对计算机接收数据来说，必须等待至PLC处于准备就绪状态。PLC回收。

2、通信装置的软件描述

2.1FX2系列PLC与计算机之间通信协议

FX2系列PLC与计算机之间的通信采用RS-232标准，其传输速率固定为9600bps，奇偶校验位采用偶校验。数据以帧为单位发送和接收。一个多字符帧由力所示的五部分组成，其中和校验值是将命令码ETX之间的的呢字符的ASCII码(十六进制数)相加，取得所得和的较低二位数。STX和ETX分别表示该字符帧的起始标起和结束标志。西门子PLC回收。

FX2系列与计算机之间的通信是以主机发出的初始命令，PLC对其作出响应的方式进行通信的。共有0、1、7、8四种命令，上位机实现对PLC的读写和强行置位。通过ENQ、ACK和NAK，上位机协调与PLC的通信应答。

2.2通信过程

采用BlandC编写主机与PLC的通信程序。首先必须对COM1口进行初始化，波特率为9600bps，奇偶校验位采用偶校验，七位有效数据。当计算机接收到来自PLC的应答字符ACK后，就可以进入数据通信了。

计算机可对PLC内各软设备进行读、写和强制ON/OFF操作。除开PLC的计时器和计数器的设定值采用常数时，以及文件寄存器内的数据，FX2系列PLC的所有开关量输入、输出以及各软件设备对计算机都是透明的。其操作时的多字符帧的格式如图3所示。但不同的操作在“多个字符”项内有所不同。例如，计算机对PLC的软设备Y20～Y37进行读操作，查装置地址表为00A2，读取2字节数据。收购PLC。

如传送的命令有错误，PLC返回NAK信号，本次操作失败，重新进行。

为了保证主机与PLC的通信准确无误，上位机也必须按通信协议进行和校。如接收的信息有误，则重新读取。如重复3次仍不行，则显示错误信息。

使用C语言很容易实现以上编程。

主机还可向PLC写数据，进行单点的强近置位和复位。

对于运行在控制和实验室环境飞速下本方案运行可靠、性价比高、体积小、但是对于通信距离长，环境恶劣的发问，需加光电隔离等措施。

一、吹塑机的概念

中空吹塑机主要是用于生产瓶、壶、罐、桶及小型异形件等各种单层、双层、（双层）可视液位线吹塑中空制品，特别适用于PVC、PE、PC、PP、PS、PA等原料的中空吹塑。中空吹塑成型机原理为“挤—吹”成型。挤出机均采用变频电机调速，既可获得大的调速范围以满足不同制品的要求，又可使挤出型坯相当稳定,以保证产品重量的统一。挤出机塑化的熔融塑料经挤出机头形成型坯，型坯进入模具压缩空气吹塑成型，即完成一个循环。目前市场上的中空吹塑机有大机型和小机型。小机型里又分单工位和双工位。双工位工作时，左右工位各完成一个工作过程算一个循环。

中空吹塑机由机械、电气、液压、气路、水路及伺服油源(选配)等部分组成。

二、系统描述
    中空吹塑机采用变频电机的调速控制系统；机头及挤出机的加热与温控系统；动作程序控制系统（PLC）及相应的安全防护系统等。人机界面采用触摸屏输入。

    工艺流程：机筒模头加热保温一定时间—启动挤料—调整机头调好挤出成型管坯—[启动—模架上—合模—风嘴上—电热切片切断管坯—抬模头上—模架下—风嘴下—吹气冷却成型—吹针微抽—拉底下—开模—模架上]自动循环工作。

三、控制系统设计 

系统原理及配置： 

工作过程：粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。 

系统电气控制部分的主要配置如下： 

单架机：

    UN214-1AD23-0XB0    1PCS

    UN231-7PH22-0XA0   1PCS

    UN231-7PD22-0XA0   1PCS

    UN232-OHB22-0XA0   1PCS

    UN231-0HF22-0XA0   1PCS

    UN222-1BH22-0XA0   1PCS

    404T 7寸彩屏    1PCS

    18DI/30DO 12TC,2AO具体根据机器而定

双架机：

    UN216-2AD23-0XB0   1PCS

    UN231-7PH22-0XA0   1PCS

    UN231-7PD22-0XA0   1PCS

    UN232-OHB22-0XA0   1PCS

    UN222-1BH22-0XA0   1PCS

    404T 7寸彩屏    1PCS

    24DI/32DO 12TC,2AO具体根据机器而定

 （1）主机采用UniMAT UN214-1AD23-0XB0（单架机）和UN216-2AD23-0XB0（双架机）控制。编程采用结构化编程理念，机器动作手，自动程序，温控程序，报警及保护控制程序，数据转换程序等分程序块。编于修改和程序。
（2）扩展模块全部采用UniMAT模块，温度的测量采用工业铠装绝缘K型热电偶。温度控制由UN200系列的8路热电偶模块UN231-7PH22-0XA0和4路热电偶模块UN231-7PD22-0XA0完成，模块将采集到的温度模拟信号反馈到CPU，通过CPU内部程序PID自动调节，精确控制各段温度，静态控温精度在±0.5℃；保证塑化温度恒定不变，保证塑料溶液的流动性。　　 
（3）锁模压力由模拟量输入模块UN231-0HF22-0XA0采集，通过压力传感器实时反馈锁模时压力，确保锁模压力稳定；油路PQ阀控制，采用UN232-0HB22-0XA0控制PQ阀，方便设定每个油压动作的压力和流量。
（4）壁厚控制由UN231-0HF22-0XA0输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过模拟量输出模块UN232-0HB22-0XA0控制执行机构驱动伺服阀来实现。 
（5）操作面板采用高清触摸屏完成整机的型坯温度、动作压力、流量，机器动作时间参数，工艺参数的设定、显示等，采用菜单式程序控制，操作简便可靠。