小型搬运机械手的PLC控制系统设计

152研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用

中国设备工程 2024.03（上）搬运机械手是能模仿人和臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，在工业自动化生产过程中，机械手广泛应用于机械加工、食品、医药等领域的自动流水线、货物装卸调用，在现代的自动化生产车间中都配有搬运机械手，机械手可用于搬运货物、取料、送料等，该文利用力控组态软件平台，以PLC作为控制器，设计了可以远程监控的搬用机械手控制系统。1 搬运机械手的控制要求某生产线上有一台工业机械手，主要功能是将工件由工作台A处搬运到工作台B处。示意图如图1所示。图1 机械手工作示意图机械手初始状态：机械手在左上位，原位指示灯HL点亮，左限位开关SQ4和上限位开关SQ2受压闭合。（1）按下起动按钮SB1后，原点指示灯HL灭，机械手下降电磁阀YV1得电，机械手开始下降。（2）机械手下降到位后，压动下限位开关SQ1，YV1断电，夹紧电磁阀YV2得电，机械手夹紧工作。（3）完全夹紧后，上升电磁阀YV3得电，机械手上升。（4）上升到上限位SQ2后，机械手右移电磁阀YV4得电，机械手右移。（5）右移到右限位SQ3后，机械手下降电磁阀YV1基金项目：校级科研项目“基于力控组态软件的PLC虚拟仿真平台构建与应用研究”（gsgzxy20220206）。基于PLC和力控组态软件的搬运机械手模拟仿真系统设计杨轶霞（甘肃工业职业技术学院，甘肃 天水 741025）摘要：基于力控组态软件和PLC控制的搬运机械手监控系统设计，包括下位机PLC控制系统设计，用力控组态软件在上位计算机上组态监控界面，通过通讯接口在上位机模拟搬运机械手运行情况的全过程。解决了工业控制系统没有实际物理控制对象情况下，构建的形象直观反映机械手运行过程的仿真训练平台，提高了学生的工程应用能力，具有推广应用价值。关键词：可编程控制器；机械手；组态软件；监控中图分类号：TP277;TD76 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2024）03（上）-0152-03得电，机械手下降。（6）下降到下限位SQ1后，机械手夹紧电磁阀YV2复位，机械手将工件松开。（7）完全松开后，上升电磁阀YV3得电，机械手上升。（8）上升到位后，压动上限位开关SQ2，机械手左移电磁阀YV5得电，机械手左移。左移到位后，压下左限位开关SQ4，机械手回到原点，至此一个周期的动作结束。再按一次起动按钮SB1就开始下一个周期运行。2 搬运机械手控制系统总体设计搬运机械手一个周期的动作属于典型的顺序控制，通过控制不同的电磁阀线圈得电或断电完成机械手上升、下降、左右移动等动作。利用力控组态软件和PLC构建的虚拟仿真平台制作机械手的监控界面，组态画面显示机械手的动作状态。通过PLC控制器实现机械手各环节的控制。本系统选用北京三维力控公司的ForceControl7.1版本，力控具有完整的分布式体系结构，与高可靠的PLC和网络系统结合，通过多种通信协议，组态可视化操作界面，达到集中管理和监控的目的。搬用机械手的运行通过PLC进行控制，控制器选用西门子S7-200系列的CPU226 PLC，在上位计算机中安装力控组态软件和 STEP7 MicroWinV4.0编程软件，计算机与下位机PLC用RS232C标准串口COM1实现硬件通信连接。搬用机械手仿真系统设计包括搬用机械手组态画面的构建、PLC程序设计。3 PLC控制系统设计3.1 I/O地址分配表根据搬用机械手的控制要求，将PLC的I/O分配如图2所示。3.2 控制系统程序设计根据搬用机械手的工序，画出顺序功能图如图3所示。4 搬运机械手力控组态监控的设计4.1 I/O设备组态和数据库组态（1）I/O设备组态。底层设备PLC、DCS、智能仪

PLC的物料分拣机械手自动化控制系统设计 摘 要 机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用气动驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对物料分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词: 机械手，气动控制，可编程控制器（PLC），自动化控制，物料分拣 The Design for The Automatic Control System of The Sorting Materials Manipulator Based on PLC

2 ABSTRACT Manipulator plays an extremely important role in the field of advanced manufacturing. It can carry goods, sort materials and do heavy works instead of the human being. It also can realize mechanization and automation of the production, do the jobs in harmful environment to protect the personal safety. So it is widely used in metallurgy, machinery manufacturing, electronics, light industry and atomic energy etc. In this paper,by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material

毕业设计（论文）

题 目:机械手的PLC控制

机械手的PLC控制

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导师签名： 日期： 年 月 日 机械手的PLC控制

2 摘 要

机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。机械手的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、等机械器件组成；电气方面有交流电机、变频器、传感器、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、检测技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。

机械手PLC控制系统的设计与装调

1 控制要求

（1）完成把左工位的工件搬运到右工位；

（2）机械手有两种控制方式：手动方式和自动方式；

其中自动方式设有单步、单周期、连续三种工作方式。

（3）手动方式：用按钮对机械手的每步进行单独控制， 类似于点动操作 ；当按住右行按钮时，机械手右行，松开或碰到右限位开关时，右行停止 。此方式用于检修。

（4）单步操作：每按一下启动按钮，机械手完成一步动作后自动停止。 此方式用于系统的调试。

（5）单周期操作：机械手从原点开始，按下启动按钮，机械手自动完成一个周期的动作后停止。在工作中若按一下停止按钮，则机械手动作停止。重新启动时需用手动操作方式将机械手移回到原点，然后按一下启动按钮，机械手又开始重新单周期操作。

（6）连续操作：机械手从原点开始，按一下启动按钮，机械手将自动地、连续地周期性循环。在工作中若按下停止按钮，则机械手将继续完成一个周期的动作后，回到原点自动停止。

2 控制方案

2.1控制方案框图 接触器接触器接触器启动/停止控制按钮按钮手动/自动选择限位开关升降双线圈二位电磁阀放松夹紧电磁阀左右双线圈二位电磁阀PLC光控检查

2.2 控制流程图 Sm0.10213456879原始等待下降YV1夹紧YV2上升YV3右移YV4YV4停止下降YV5放松YV6上升YV3左移YV5启动SB1下线开关SQ12S后上限开关SQ2右限开关SQ3光电开关SP下线开关SQ13S后上限开关SQ2左限开关SQ4

3 电路的设计 3.1控制电路的设计

（1）PLC的选型

因为所需的PLC输入触点为17个，为了可以有富余的输入触点，所以总共需要18个输入触点，所需的输出触点为6个。根据以上所以选择的是S7-CPU224

CN AC/DC/RLY型号的PLC机型和数字量扩展模块为EM 223 CN DC/RELAY。

（2）I/O分配表

输入信号 输出信号