基于W inCC的装配机械手监控设计

王守峰

（桂林理工大学南宁分校，广西南宁530001）

基于W inCC的装配机械手监控设计

王守峰

（桂林理工大学南宁分校，广西南宁530001）

介绍了一种装配流水线上机械手控制系统，系统采用西门子PLC-200作为控制器，并由W inCC组态软件来设计监控界面，以实时对机械手进行监测和控制。

W inCC；PLC-200；PC Access；控制

机械手是一种能够模仿人手及手臂动作的自动化操作装置，可以用来抓取、搬运工件或操作工具。它极大的提高了工作效率，降低了劳动成本和作业危险系数，是工业生产自动化中必不可少的一种工具。本文采用了西门子PLC-200来控制装配流水线中使用的一种机械手，并利用WinCC组态软件设计监控界面，通过监控界面的使用，对机械手的操作过程进行监测和控制，实时了解其运行状态信息，为及时处理故障提供了可行性。

1　机械手控制过程

流水线装配区机械手的主要任务是将工件从传送带A点搬运到传送带B点。具体控制要求如下：按下启动按钮后，当光电开关检测到有工件时，传送带A停止工作，同时机械手下降；下降到一定位置（由限位开关控制）后机械手夹紧工件，3 s后开始上升，期间保持夹紧状态；上升到位后右移，右移到位后下降，下降到位后机械手松开，3s后机械手上升。上升到位后，传送带B开始运行，同时机械手左移，左移到位后，传送带B停止运行，此时机械手恢复到原位，当光电开关再次检测到工件时，传送带A才停止工作，以此往复进行周期性循环。为保证机械手动作精准，在机械手上需要加限位开关，依次为上升限位开关、下降限位开关、右移限位开关和左移限位开关，机械手到达指定位置后发出信号，以控制机械手的动作［1］。

2　系统设计

2.1硬件设计

可编程控制器PLC是专为在工业环境中应用而设计的，是一种数字运算操作系统，具有很强的抗干扰能力和可靠性，广泛应用到工业加工控制领域。为满足机械手控制要求，系统采用西门子S7-200系列中的CPU 224 CN，该型号集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，具有1个RS485通讯/编程口，支持PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯。在本系统中采用PC/PPI（USB）通信编程电缆将PLC和计算机进行连接，软件编程采用STEP7-Mincro/WIN32，按照要求配置硬件和软件，确保PLC和PC能够正常通信。上位机监控采用WinCC进行组态设计，WinCC是西门子在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相结合的产物［2］。它集成了SCADA、组态、脚本（Script）语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统环境下使用各种通用软件的功能，也为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。由于WinCC内部没有PPI驱动，不能直接与S7-200进行通信，但是WinCC有OPC服务器或客户端的驱动，通过OPC可以实现PLC和WinCC之间的数据交换［3］。

西门子推出的PC Access软件是专门用于S7-200 PLC的OPC服务器（Server）软件，可以与任何标准的OPC客户端（Client）通信并提供数据信息。PC Access软件自带OPC客户机测试端，用户可以方便的检测其项目的通信质量及配置的正确性［4］。PC Access可与Micro/WIN共享通信路径，因此凡是Micro/WIN能够访问的通信方式，PC Access都支持。故当PC连通PLC之后无需额外接线，在安装PC Access之后，为了和PLC进行接通，在设置通信路径时（Set PG/PC Interface），只需要设置Micro/WIN的路径，如图1所示。

图1　PC Access设置PG/PC接口

2.2软件设计

根据机械手控制过程的要求，PLC-200的I/O分配表如表1所示。

表1　PLC I/O分配表

为了在WinCC监控界面控制实际开关，应将PLC的输入点设为中间继电器M，故系统分别采用了M20.0～5对PLC的输入地址进行重新定义，作为WinCC的外部变量来控制开关动作。WinCC读取PLC变量时，可以借助PC Access快速输入，即将S7-200项目中的变量导入PC Access.所以在建立PLC项目时，要首先建变量符号表。

打开PC Access软件，在文件选项中选择输入符号，找到要导入的PLC项目，系统会自动加载符号表中的变量。为了WinCC读取PLC的变量，需要再将表中的输入地址改成I/O分配表中WinCC定义的变量。将所创建好的变量全部拖拽到PC Access集成客户测试端，点击测试客户机状态按钮。当质量为“好”时，表示通信成功。

WinCC组态项目时，首先建立一个单用户项目，并设置计算机的属性。然后在变量管理中添加OPC驱动，右键OPC驱动程序，选择“系统参数”，在OPC条目管理器中找到“S7200.OPCServer”，并将其中的变量全部添加到WinCC项目中。

最后设计监控界面，新建一个画面，将PLC定义的外部变量和画面中的对象进行组态链接。组态完成之后，运行项目，当按下启动开关之后，对应的启动指示灯点亮，同时在图中还定义了原位、上升、下降、左移、右移和夹紧指示灯，以方便观察机械手的运行状态，当光电开关检测到有效信号时，机械手下降抓取工件，并上升。此时夹紧指示灯和上升指示灯也点亮，如图2所示。

图2　WinCC机械手监控界面

3　结束语

WinCC和PLC可以实时进行数据的交换，通过上位机监控界面，操作员可以远程控制和监视机械手的运行状况，为生产带来了便利，同时也能够及时的进行故障的处理，大大提高了系统的自动化程度。

［1］田淑珍.S7-200 PLC原理及应用［M］.北京:机械工业出版社，2014.

［2］郑长山.基于PLC和WinCC的机械手监控系统设计［J］.重庆电力高等专科学校学报，2013，18（05）：35-39.

［3］崔琦.S7-200 PLC与WINCC监控的通信研究［J］.洛阳理工学院学报，2010，20（04）：35-38.

［4］Edition.PC Access快速入门［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，山东菏泽人，助教，研究生，研究方向为计算机控制技术。