基于PLC的搬运机械手控制系统设计

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１０，２０１　４　

基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计　

吕栋腾　

（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）　

摘要：传统的搬运机械手采用硬接线控制，系统接线复杂，灵活性有待提高。提出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手　

设计方案，并采用ＭＣＧＳ组态监控。以软件编程代替硬件控制完成机械手的运动控制，在一定程度上提高了搬运机械手　

系统的灵活性。　

关键　：搬运　械手；ＰＬＣ；组态监控　

中图分类号：ＴＰ２４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　４）１　０—０１　６８—０２　

在现代机械加工领域，机械手广泛应用于中小　

批量生产的自动化生产线上，用于替代人类的繁重　

劳动，实现生产的机械化和自动化。搬运机械手由于　

定位准确、工作稳定、结构灵活多样等特点，可用来　

在不同的工业环境中完成搬运物体的工作。搬运机　

械手的核心是其控制系统，传统的搬运机械手采用　

机电液气联合控制，接线复杂，可靠性不高。本文提　

出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计方案，并　

采用组态监控，为搬运机械手的运动提供了一个仿　

真的工业环境，通过软件控制代替硬接线控制，以软　

件编程完成搬运机械手运动过程的动作修改和控　

制，在一定程度上提高了搬运机械手系统的灵活性。　

１　搬运机械手控制系统设计　

１．１搬运机械手运动过程分析　

搬运机械手是一个整体的单元，其动作顺序为：　

开始＿＋横臂伸出一竖臂伸出一手指夹紧一竖臂收　

回　横臂收回＿＋摆动右摆　横臂伸出一竖臂伸出＿÷　

手指松开　竖臂收回　横臂收回一摆动左摆一循环　

开始，其运动过程如图１所示。其中搬运机械手左转　

右转到位，横臂的伸出与收回到位，竖臂的伸出与收　

回到位都由相应的接近开关进行检测，已确保动作　

到位。摆动气缸的旋转运动，双活塞气缸的伸出与收　

回动作以及机械手抓得开合都由电磁阀来控制，根　

据通电形式的不同，完成不同的动作。控制系统分为　

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基于PLC的搬运机械手控制系统设计

摘 要

随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运，可以更好的节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。

本机械手的机械结构主要是曲轴在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电气一体化的设计方案，使用带自锁功能的气缸实现了机械手对工件的抓放和保证了在断气状态下机械手状态的保持，通过伺服电机来实现机械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用SIEMENS公司的SIMATIC S7-200系列PLC作为核心控制器，外扩定位模块EM253模块对伺服电机进行精确的定位控制，从硬件和软件两个方面进行设计，完成了PLC在搬运机械手中硬件连接，I/O点分配和应用程序的设计，实现了机械手的上电初始化、零点复位、故障报警、手动运行、半自动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运目的。

关键词 搬运机械手 定位模块EM2253 控制系统 可编程PLC SIMATIC S7-200系列PLC核心控制器。

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目 录

目 录 ................................................................................................................................... 2

1引言 .................................................................................................................. 1

1.1 搬运机械手的应用简况 .............................................................................. 1

XXXX本科课程设计

目录

前 言 ................................................... 1

第一章 绪 论 ............................................ 2

1.1课题背景与现实意义 ................................ 2

1.2可编程控制器的产生特点及发展趋势 .................. 2

1.3本文主要工作 ...................................... 7

第二章 方案论证和选择 ................................... 8

2.1 题目与要求 ........................................ 8

2.2 方案选择与论证 .................................... 9

2.2.1利用单片机实现对机械手的控制 ................. 9

2.2.2利用传统继电器实现对机械手的控制 ............. 9

2.2.3 实现对机械手的控制 ........................... 9

2.3 系统流程图 ....................................... 10

第三章 系统的硬件设计 .................................. 11

3.1 功能按钮概述 ..................................... 11

3.2 机械手传送系统输入和输出点分配表 ................. 11

3.3 输入和输出点分配表 ............................... 11

3.4 输入和输出点原理接线图 ........................... 12

基于ＰＬＣ的搬运机械手硬件系统设计　

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃａｒｒｙｉｎｇ　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　Ｈａｒｄｗａｒｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　

１引言　随着工业的高速发展，机械手已经　

在工业生产中得到了广泛的应用。机械　

手是能模仿人手和臂的某些动作功能，　

按固定程序抓取、搬运物件或操作工具　

的自动操作装置。它可代替人的繁重体　力劳动，以实现生产的机械化和自动　化，并且能在有害环境下操作以保护人　《ＰＬＣ＆ＦＡ》２。１蛑８月Ｉ　

中北大学机械与动力工程学院刘春林史斐娜　Ｌｉｕ　ｃｈｕｎｌｉｎ　Ｓｈｉ　ｆｅｉｎａ　摘要：本文针对完成工件在两条生产线之间搬运任务的搬运机械手控制系统进行设计。采用了电　气一体化的设计方案，使用气缸实现了机械手对工件的抓放，通过变频器控制异步电动机来实现机　械手在水平、竖直方向快速精确的移动。采用三菱公司的ＦＸ２Ｎ系列ＰＬＣ作为核心控制器，从硬件　方面进行设计，完成７ＰＬＣ在搬运机械手中硬件连接、Ｉ／Ｏ点分配以及界面的简单设计，实现了机　械手的零点复位、故障报警、手动运行和在无人看守时的自动运行。最终达到设计要求，完成搬运　目的。　关键词：搬运机械手ＰＬＣ控制系统　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｉｍｅｄ　ａｔ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｗｏ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ．Ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｗｅ　ｕｓｅ　ａ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｇｒａｓｐ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｋｅｅｐ　ｍｏｔｏｒ　ｍｏｖｅ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｉｎ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ａｄｏｐｔ　Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　ｃｏｍｐａｎｙ　ＦＸ２Ｎ　ＰＬＣ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ什０ｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ．ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ｉｎ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｈａｎｄ　ＰＬＣ　ｈａｒｄｗａ　ｒｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，Ｉ／Ｏ　ｐｏｉｎｔ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅ　ｒｆａｃｅ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｏｎ　ｚｅｒｏ　ｒｅｓｅｔ，　ｆａｕｌｔ　ａｌａｒｍ，ｍａｎｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｗｈｅｎ　ｎｏ　ｋｅｅｐｉｎｇ　ｗａｔｃｈ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ａｃｈｉｖｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｐｕｒｐｏｓｅ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ＰＬＣ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　【中国分类号】ＴＰ２４１．３　【文献标识码】Ｂ　文章编号１　６０６　５１　２３（２０１　４）０８—００６５～０５