第2章 组态控制技术实例

组态控制技术

组态控制技术 (Lesson03)庞中华 青岛理工大学自动化学院vckingview@/kingview

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机械手实例一、 机械手的控制要求(1) 机械手具有启动、停止、移动、抓、放等功能。(2 ) 机械手操作人员可以通过启、停按钮控制机械手 的启动和停止。 (3 )移动和抓、放功能则由左、右、上、下移动电磁阀 和抓紧、放松电磁阀控制。

1. 对机械手的操作可以有两种方法：(1) 由现场操作人员通过相应的按钮控制机械手的动作 (2 )根据实际的生产工艺要求，编制出控制程序，按照 事先预定的顺序控制机械手的动作。

组态控制技术 具体控制要求如下：按下启动按钮SB1,机械手向下移动5s,夹紧2s,随后上升5s, 右移10s,下移5s,放松2s,上移5s,左移10s,完成一个工作周 期，回到开始位置，随后继续进行下一周期的运行…… 如果按下停止按钮SB2,则当本工作周期完成，机械手返回 到开始位置后停止运行。

二 硬件组成机械手控制系统的硬件由机械手、FX2-48MR型PLC、24V 电源和计算机组成。

组态控制技术 1.机械手机械手的外形结构示意图、操作面板布置及接线端子布置如图 4.3所示。 操作面板上有启动按钮SB1和停止按钮SB2,这两个信号需要通 过数字量输入接口送入工业控制计算机(以下简称工控机或者 IPC),以便实现系统的启动和停止。 机械手上设立有6个电磁阀，它们分别是： 放松阀控制信号HL1 下移阀控制信号HL3 左移阀控制信号HL5 夹紧阀控制信号HL2 上移阀控制信号HL4 右移阀控制信号HL6

这6个信号由工控机经过数字量输出接口输出，控制机械手的

各个动作。

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组态控制技术 2.I/O接口I/O接口是实现工控机输入/输出信号与外部设备之间进行 连接的桥梁。 这里采用一台三菱公司生产的型号为FX2-48MR的PLC(可

编程序逻辑控制器)作为工控机与机械手之间进行数据交换的设备。它具有24点数字量输入和24点数字量输出，输出是采用继电 器触点输出，可以使用于交流负载或者直流负载，每点电流容量 为2A,每个公共端最大电流为8A,电压在AC250V、DC30V以下。 FX2-48MR接线端子布置如图4.4所示。 FX2-48MR型PLC的编程口通过一根专用电缆(型号为SC-09, 购买PLC时选配)与IPC的RS232C串行通信口连接，达到数据交换的 目的，可以用于程序的写入和调试以及上位机监视。

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3.工业控制计算机(IPC)工业控制计算机是整个系统的核心部分，其功能 是通过与PLC的通信接收外部输入信号，然后按照事 先设定的程序运行，通过PLC发出控制信号给机械手， 从而控制机械手的运行。

三 I/O接口

设备的安装与接线1.定义系统的I/O分配表

在组态王内部是以I/O变量来存储外部信号的状态和数值的，必须把这些不同的变量与外部的信号之间的对应 关系作出明确的定义，才能够正确设计出控制程序。

组态控制技术对于机械手控制系统，有2个开关量控制信号需要输入到计

算机，系统启动按钮SB1和系统停止按钮SB2。计算机有6个开关量控制信号需要输出到机械手：放松阀HL1、夹紧阀HL2、下移 阀HL3、上移阀HL4、左移阀HL5和右移阀HL6。表4.1是对这 些信号作出的I/O分配定义。

在进行软件设计时，必须严格按照表4.1进行I/O变量的定义。

组态控制技术 2.硬件接线(1)机械手控制系统硬件接线图如图4.5所示。 (2)请按照以下步骤进行线路连接： a.将IPC及24V直流电源的交流220V输入电源断开，以避免在接线过程 中发生人身、设备事故。 b.按照下图所示的接线关系，完成机械手与PLC之间的接线。

组态控制技术c.用SC-09电缆(购买PLC时配套购置)将IPC的COM1串行口与PLC的编程口进行连接。注意要拧紧4个固定螺丝。 d.完成24V直流电源与PLC和机械手之间的连接。

e.检查接线是否有误以及线路的通断情况，有无短路现象。f.接通IPC及24V直流电源的交流220V输入电源，启动IPC,准 备开始进行组态工作。

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四 工程的建立现在开始建立自己的组态王机械手控制系统工程。 单击“开始”一“程序”一“组态王6.0”一“组态王”,此 时出现“组态王工程管理器”窗口。 在“组态王工程管理器”窗口中单击“新建”按钮(或者单 击“文件”菜单下面的“新建工程”菜单项),出现“新建工程向 导之一”窗口。单击“下一步”按钮，在“新建工程向导之二” 窗口中的文本框中输入工程目录“d:\”,单击“下一步”按钮， 在出现的“新建工程向导之三”窗口中输入“工程名称”为“机 械手控制系统”,最后单击“完成”按钮，并且在出现的“是否 将新建的工程设置为组态王当前工程”对话框中单击“是”按钮， 完成工程的建立，如图4.6所示。此时，组态王在d:根目录下建 立了一个“机械手控制系统”子目录，而且以后所进行的组态工 作的所有数据都将存储在这个目录中。

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五 变量的定义在“机械手控制系统”工程中，需要采用变量来存放外部设备传 送进来的控制信号(如机械手停止信号和启动信号)以及要发送到机 械手去的控制信号(例如各个阀门的控制信号)。这些变量需要同外 部设备进行数据交换，故需要首先进行设备配置，再建立相应的变量。

1.配置设备在组态王工程管理器中，双击

刚才建立的“机械手控制系统”工 程，启动组态王的“工程浏览器”。 (1) 双击工程目录显示区中“设备”大纲项下面的“COM1”成员名， 然后在出现的窗口中输入COM1的通信参数： 波特率：9600bp/s

偶校验，7位数据位，1位停止位，RS232通信方式

组态控制技术(2)双击目录内容显示区中的“新建”图标，在“设备配置向导”中 单击“PLC”-“三菱”-“FX2”-“编程口” 单击“下一步”,取名“FX2PLC”,单击“下一步”,为设备指定

所连接的串口”COM1”,单击“下一步”,为设备指定一个地址“0”(注意，这个地址应该与PLC通信参数设置程序中设定的地址相同), 再单击“下一步”,出现“通信故障恢复策略”,设定窗口，默认设

置，单击“下一步”,出现“信息总结”窗口，完成设备的配置。在工程浏览器的“目录内容显示区”中出现“FX2PLC”图标。

2.定义变量根据表4.1,需要建立2个数字量输入变量和6个数字量输出变量，实现和PLC的数据交换。 单击“数据库”大纲项下的“数据词典”,在目录内容显示区

中双击“新建”,出现“定义变量”窗口。

组态控制技术 (1)启动按钮 基本属性页：变量名： 启动按钮 变量类型：I/O离散 连接设备：FX2PLC 寄存器： X1 数据类型： bit 读写属性：只读 采集频率：100ms(以加快系统响应速度)

(2)类似，建立“停止按钮”,寄存器为“X2”。(3)同样，放松阀、夹紧阀、下移阀、上移阀、左移阀、右移阀等6个变量 寄存器分别为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6,读写属性设置为“读 写”。

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(4) 此外，为了在程序中对当前机械手运行状态及按钮 按下情况进行识别，需要利用3个变量：运行标志：变量类型“内存离散”

停止标志：变量类型“内存离散”次数： 变量类型“内存整型”

(5)再建立4个内存实型变量：工件x、 工件y,机械手x、机械手y, 用来控制工件和机械手所处的位置。

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六、简单画面的设计与编辑画面是用户用来与计算机进行人机交互、监视控制系统状况、进行生产操作、输入控制命令的人机界面。设 计完善的画面，能够让操作人员形象、直观、正确地掌握 整个系统的设备状况，能够及时发出自己的操作命令。4:210,160,400,31 文件-画面

5:500,190,91,316:530,220,31,120 7:510,338,71,35

8:510,372,20,389:560,372,20,38 10:530,371,31,39

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七、动画连接前面仅是将画面上的一些图形对象(组态王中称为图素)绘制出来。但 是，要让这些图素能够反映出机械手的动作，必须要让这些图素能够根据变 量的

变化而产生一定的动作，比如：位置移动、数据显示等。

(1)4号：缩放按钮：表达式设置为“\\本站点\机械手x 变化方向设置为“从右向左缩放” 最小时对应值为0,占据百分比为50,

最大时对应值为100,占据百分比为100,

(2)5号： 水平移动按钮： 水平移动连接：表达式设置为“\\本站点\机械手x 向左移动距离设置为200,最左边对应值0,向右移动距离设置为0,最右边对应值100,

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(3)6号：1)缩放按钮：缩放连接窗口： 表达式设置为“\\本站点\机械手y 最小时对应值为0,占据百分比为38, 最大时对应值为100,占据百分比为100, 变化方向设置为底部从下向上缩放

2)水平移动按钮：水平移动连接：表达式设置为“\\本站点\机械手x 向左移动距离设置为200,最左边对应值0, 向右移动距离设置为0,最右边对应值100,

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(4)7、8、9号：1)水平移动按钮： 水平移动连接：表达式设置为“\\本站点\机械手x 向左移动距离设置为200,最左边对应值0, 向右移动距离设置为0,最右边对应值100, 2)垂直移动按钮： 表达式设置为“\\本站点\机械手y 向上移动距离设置为80,最上边对应值0, 向下移动距离设置为0,最下边对应值100,

(5)10号(工件):1)水平移动按钮： 水平移动连接：表达式设置为“\\本站点\工件x 向左移动距离设置为200,最左边对应值0, 向右移动距离设置为0,最右边对应值100, 2)垂直移动按钮： 表达式设置为“\\本站点\工件y 向上移动距离设置为80,最上边对应值0, 向下移动距离设置为0,最下边对应值100,

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八、命令语言及简单控制程序的编写命令语言是一种类似C语言的程序。软件设计人员可以利 用命令语言书写的程序增强应用程序的灵活性。

组态王的命令语言可以分为：应用程序命令语言、热键命 令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命 令语言和画面命令语言。 命令语言的句法与C语言很相似，具有完善的语法错误检 查功能、丰富的运算符以及各种函数(例如数学函数、系统 函数、字符串函数、控件函数等)。命令语言通过“命令语言编辑器”输入，然后在组态王运 行系统中被编译执行。

组态控制技术机械手控制系统的命令语言： 1.事件命令语言程序的编制 1)工程目录显示区： 文件-命令语言-事件命令语言 2)目录内容显示区： 双击“新建”,出现“事件命令语言”对话框， “事件描述”:“启动按钮==1” 发生时：“运行标志=1” 双击“新建”,出现“事件命令语言”对话框， “事件描述”:“停止按钮==1” 发生时：“停止

标志=1” 2 .应用程序命令语言程序的编制 1)工程目录显示区： 文件-命令语言-应用程序命令语言 2)目录内容显示区： 双击“请双击这儿进入<应用程序命令语言>对话框”,进入了应用程 序命令语言对话框。 在“启动时”: 在“运行时”: 并且，把“运行时”命令语言程序的执行周期设置为100ms。

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