plc可编程控制器的笛卡尔坐标三轴机械手臂控制
摘 要直角坐标三轴机械手臂，属于机器人中的一种，因不同的使用方法可以有不同的用途。本课题直角坐标三轴机械手臂由X-Y-Z轴组成，机械手臂的横轴、纵轴和竖轴分别用3台步进电机控制。机械手的抓住、松开采用真空吸盘来实现。本课题主要研究直角坐标三轴机械手臂的运动控制系统，包括WinCC（上位机）、200PLC（下位机）、驱动器、电机机构、机械装置、检测装置等。3台步进电机由步进驱动器控制，利用步进驱动器控制其3轴机械手臂各轴的运动位置，以实现3轴联动机械手臂的运动控制系统。由S7-200PLC的Q0.0和Q0.1以及ME253位控模块发出高速脉冲位置指令和方向指令，步进驱动器接受位置指令控制步进电机运动。通过限位保护开关反馈机械臂运动的位置，将信号限位反馈给PLC。经实验室调试运行，本设计控制系统运行稳定，实现了对三轴机械手臂各个方向的定位控制，定位精度高，达到了设计要求。
目录
1. 绪论 1
1.1 本课题目标和意义 1
1.2 国内研究及发展趋势 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2. 总体设计方案 4
2.1 三轴机械手臂机械结构 4
2.2 三轴机械手臂工艺流程分析 4
2.3 三轴机械手臂控制系统整体结构设计 5
2.4 主要硬件选型 6
2.4.1 S7200 CPU选型 7
2.4.2 扩展模块选型 7
2.4.3 步进驱动器选型 7
2.4.4步进电机选型 8
2.4.5传感器选型 8
3. 三轴机械手臂硬件系统设计 9
3.1 步进驱动器与步进电机原理 9
3.2 硬件接线设计 9
3.3.1 I/0分配表 9
3.3.2电气接线图设计 10
4. S7200下位机控制程序设计 12
4.1 运用MAP库设计控制程序 12
4.1.1 MAP库运用方法 12
4.1.2功能块设计 13
4.2 运用EM253位控向导设计控制程序 16
4.2.1 EM253控向导的创建 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
4.2.2 EM253位控向导库的程序设计 20
4.3 程序设计 21
4.3.1“初始化程序”子程序 21
4.3.2“参数输入”子程序 23
4.3.3 主程序 24
5. 上位机组态界面设计 27
5.1 构建变量数据库 27
5.1.1 PC Access简介 27
5.1.2通讯设置步骤与外部变量的建立 27
5.2 WinCC画面设计 30
6. 调试运行与结果 34
6.1 实物图 34
6.2 PLC程序调试与问题 34
结束语 36
参考文献 37
附录 38
致谢 50
绪论
本课题目标和意义
本课题使用的是由PLC控制的直角坐标三轴机械手臂，属于机器人中的一种，在工业应用中，能够实现可编程的、智能控制的、多用途、运动各轴间成90度关系的机械设备。他可以携带物品，工具，以完成各种操作。随着科学技术的发展，机器人的定义持续改进，直角坐标机器人是机器人，其定义也在不断的改进。
直角坐标三轴机械手的特点：
（1）三维自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。
（2）由控制系统，驱动系统，机械系统，工具等。
（3）灵活的，多功能的，因为不同的功能操作的工具也不同
（4）高可靠性、高速度、高精度。
（5）可以在恶劣的环境中使用，能长时间工作，便于操作维修。
通过操作工具时，直角坐标机器人可用于各种自动化设备非常方便，任务，如焊接，搬运，装卸，包装，码垛，分离，检测，检测，分类，汇编，标签，编码，编码，（软拷贝）喷涂，追踪，排爆等一系列工作。
直角坐标三轴机械手臂因不同的操作工具和不同的程序可以完成不同的工作要求，本课题主要研究的是使用直角坐标三轴机械手臂完成分垛作业。可以提高稳定、优化劳动条件、产品质量、提高劳动生产率和产品的换代起着非常重要的作用。
国内研究及发展趋势
PLC及发展趋势
可编程控制器指的就是PLC它是一种可以根据程序逻辑运算的电子设备，其特点是简单使用方便、性能可靠，因此特别适合工业生产。它使用了可存储的可编程控制器，目的是在其其中储放用户要求的顺序控制、逻辑运算、定时功能、函数运算和计数等操作，通过数字量I/0或者模拟量的I/0，以控制各种类型的机械或生产过程。
现代生产要求制造业能对社会需求做出快速的变化，PLC正是为了满足这一要求出现的，PLC是以微处理心片为基础的通用工业控制设备。
PLC可编程控制器的功能强大、利用面广、使用便捷、可灵活使用，PLC亦然成为现代工业自动化的主要控制器之一。PLC已经普遍在各类机械设备和生产过程的自动控制系统中，并在其余控制方面，例如在办公和家庭智能化控制中的应用也得到了快速的发展。
组态软件及发展趋势
组态软件是一种面向工业自动化的通用数据采集和监控软件，即SCADA软件，亦称人机界面或HMI/MMI软件，在国内通常称为“组态软件”，在组态软件出现之前，大部分用户是通过第三方软件（如VB、VC、DELPHI、PB甚至C等）编写人机交互界面，这样做存在这开发周期长、工作量大、维护困难、容易出错、扩展性差等缺点，世界上第一款组态软件InTouch在20世纪80年代中期由美国的Wonderware公司开发，80年代末，主态软件进入中国市场，一开始人们对组态软件处于不认识、不了解阶段，随着经济的发展，人们对组态软件的观念有了重大改变，逐渐认识到组态软件的重要性，组态软件的市场需求不断增加，现在组态软件在国内获得认可开始广泛的应用，已经成为工业过程控制中必不可少的组成部分之一[2]。
SIMATIC WinCC作为组态软件中的一种是西门子公司在1996年推出的一款软件，它是西门子在自动化领域中的先进技术与Microsoft相结合的产物，性能全面，技术先进，系统开放，WinCC除了支持西门子的自动化系统外，可与AB、Modicon、GE等公司的系统连接，通过OPC方式[2]。
机械手臂的应用及发展趋势
拥有模拟人类手臂作用并可实现种种作业的自动控制设备就是机械手臂，这种机械手臂设备拥有两个或两个以上关节相连结并且可以在二维或三维空间进行运动。结构由机械本体，控制器，伺服和传感器等组成，并根据指定的工艺流程完成操作要求。机械手臂的运行由步进电机或者伺服电机驱动一只手臂，工件的拿起或者放下动作由末端的机械装置决定，并可以把检测装置，检测到的数据精确的回馈到控制器中。
机械手臂在现代自动化控制的应用已经相当广泛，由于各个地区生产需要的不同，和各产业对于机械手臂的要求也有差异。主要用于人工不能或将花大量的时间来做这项工作，机械臂能够减少人在精度和耐久性的不可预测的问题。在第一台工业用机械手臂发明到现在，机械手臂的利用也从原本的、模具制造、汽车制造、电子产业等产业，更拓展到医学、农业、服务行业等相关产业。
目录
1. 绪论 1
1.1 本课题目标和意义 1
1.2 国内研究及发展趋势 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
2. 总体设计方案 4
2.1 三轴机械手臂机械结构 4
2.2 三轴机械手臂工艺流程分析 4
2.3 三轴机械手臂控制系统整体结构设计 5
2.4 主要硬件选型 6
2.4.1 S7200 CPU选型 7
2.4.2 扩展模块选型 7
2.4.3 步进驱动器选型 7
2.4.4步进电机选型 8
2.4.5传感器选型 8
3. 三轴机械手臂硬件系统设计 9
3.1 步进驱动器与步进电机原理 9
3.2 硬件接线设计 9
3.3.1 I/0分配表 9
3.3.2电气接线图设计 10
4. S7200下位机控制程序设计 12
4.1 运用MAP库设计控制程序 12
4.1.1 MAP库运用方法 12
4.1.2功能块设计 13
4.2 运用EM253位控向导设计控制程序 16
4.2.1 EM253控向导的创建 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
4.2.2 EM253位控向导库的程序设计 20
4.3 程序设计 21
4.3.1“初始化程序”子程序 21
4.3.2“参数输入”子程序 23
4.3.3 主程序 24
5. 上位机组态界面设计 27
5.1 构建变量数据库 27
5.1.1 PC Access简介 27
5.1.2通讯设置步骤与外部变量的建立 27
5.2 WinCC画面设计 30
6. 调试运行与结果 34
6.1 实物图 34
6.2 PLC程序调试与问题 34
结束语 36
参考文献 37
附录 38
致谢 50
绪论
本课题目标和意义
本课题使用的是由PLC控制的直角坐标三轴机械手臂，属于机器人中的一种，在工业应用中，能够实现可编程的、智能控制的、多用途、运动各轴间成90度关系的机械设备。他可以携带物品，工具，以完成各种操作。随着科学技术的发展，机器人的定义持续改进，直角坐标机器人是机器人，其定义也在不断的改进。
直角坐标三轴机械手的特点：
（1）三维自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角。
（2）由控制系统，驱动系统，机械系统，工具等。
（3）灵活的，多功能的，因为不同的功能操作的工具也不同
（4）高可靠性、高速度、高精度。
（5）可以在恶劣的环境中使用，能长时间工作，便于操作维修。
通过操作工具时，直角坐标机器人可用于各种自动化设备非常方便，任务，如焊接，搬运，装卸，包装，码垛，分离，检测，检测，分类，汇编，标签，编码，编码，（软拷贝）喷涂，追踪，排爆等一系列工作。
直角坐标三轴机械手臂因不同的操作工具和不同的程序可以完成不同的工作要求，本课题主要研究的是使用直角坐标三轴机械手臂完成分垛作业。可以提高稳定、优化劳动条件、产品质量、提高劳动生产率和产品的换代起着非常重要的作用。
国内研究及发展趋势
PLC及发展趋势
可编程控制器指的就是PLC它是一种可以根据程序逻辑运算的电子设备，其特点是简单使用方便、性能可靠，因此特别适合工业生产。它使用了可存储的可编程控制器，目的是在其其中储放用户要求的顺序控制、逻辑运算、定时功能、函数运算和计数等操作，通过数字量I/0或者模拟量的I/0，以控制各种类型的机械或生产过程。
现代生产要求制造业能对社会需求做出快速的变化，PLC正是为了满足这一要求出现的，PLC是以微处理心片为基础的通用工业控制设备。
PLC可编程控制器的功能强大、利用面广、使用便捷、可灵活使用，PLC亦然成为现代工业自动化的主要控制器之一。PLC已经普遍在各类机械设备和生产过程的自动控制系统中，并在其余控制方面，例如在办公和家庭智能化控制中的应用也得到了快速的发展。
组态软件及发展趋势
组态软件是一种面向工业自动化的通用数据采集和监控软件，即SCADA软件，亦称人机界面或HMI/MMI软件，在国内通常称为“组态软件”，在组态软件出现之前，大部分用户是通过第三方软件（如VB、VC、DELPHI、PB甚至C等）编写人机交互界面，这样做存在这开发周期长、工作量大、维护困难、容易出错、扩展性差等缺点，世界上第一款组态软件InTouch在20世纪80年代中期由美国的Wonderware公司开发，80年代末，主态软件进入中国市场，一开始人们对组态软件处于不认识、不了解阶段，随着经济的发展，人们对组态软件的观念有了重大改变，逐渐认识到组态软件的重要性，组态软件的市场需求不断增加，现在组态软件在国内获得认可开始广泛的应用，已经成为工业过程控制中必不可少的组成部分之一[2]。
SIMATIC WinCC作为组态软件中的一种是西门子公司在1996年推出的一款软件，它是西门子在自动化领域中的先进技术与Microsoft相结合的产物，性能全面，技术先进，系统开放，WinCC除了支持西门子的自动化系统外，可与AB、Modicon、GE等公司的系统连接，通过OPC方式[2]。
机械手臂的应用及发展趋势
拥有模拟人类手臂作用并可实现种种作业的自动控制设备就是机械手臂，这种机械手臂设备拥有两个或两个以上关节相连结并且可以在二维或三维空间进行运动。结构由机械本体，控制器，伺服和传感器等组成，并根据指定的工艺流程完成操作要求。机械手臂的运行由步进电机或者伺服电机驱动一只手臂，工件的拿起或者放下动作由末端的机械装置决定，并可以把检测装置，检测到的数据精确的回馈到控制器中。
机械手臂在现代自动化控制的应用已经相当广泛，由于各个地区生产需要的不同，和各产业对于机械手臂的要求也有差异。主要用于人工不能或将花大量的时间来做这项工作，机械臂能够减少人在精度和耐久性的不可预测的问题。在第一台工业用机械手臂发明到现在，机械手臂的利用也从原本的、模具制造、汽车制造、电子产业等产业，更拓展到医学、农业、服务行业等相关产业。
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