基于S7—200PLC的机械手运动控制

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基于PLC和组态王的机械手控制系统设计

作者：刘次乐 李小斌 吴宏岐 刘霞

来源：《数字技术与应用》2018年第05期

摘要：在我国机械手的发展越来越受到社会的关注，机械手取代人力的趋势日渐明显，机械手控制系统的研究和教学被许多高校关注，然而受实验室设备和场地的限制，在校大学生很难获得更多的实验机会。因此，这里给出一种基于组态王和PLC的机械手控制系统设计方案，可有效解决实验条件不足的问题，帮助在校学生更好地理解学习机械手控制过程。实践表明，该方案可以取得很好的研究、学习效果。

关键词：机械手；PLC；组态王

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）05-0020-03

随着科技的发展和生产加工的高效、高精度需求，机器人的应用已经越来越受到国内生产企业的重视，在南方很多企业已经开始将机器人应用于工业生产，这也进一步推动了高等院校对机器人控制系统的研究和教学，目前在校大学生对机器人控制系统的学习兴趣也是空前高涨。然而，与之相对的是实验设备的紧缺和实验场地的严重不足。这里给出一种机械手虚拟控制系统设计方法，可借助计算机软件逼真地模拟机械手的控制过程，使学生和老师不要机械手就可以实现机械手控制系统的设计和工作过程研究。该方案只需要计算机和PLC，或者只有计算机，即可达到真实系统的仿真效果。

1 机械手主要结构及工作过程

1.1 机械手主要结构

如图1所示，机械手主要由A、B、C三个气缸组成，A气缸控制水平方向移动，B气缸控制垂直方向的移动，C气缸完成机械手夹紧、松开动作，三个气缸在程序控制下完成机械手对物料的搬运[1]。

1.2 机械手工作过程

当机械手处于原始位置，它的左上位开关处于闭合的状态，当用户按下启动开按钮时，机械手将开始向下运动，碰到下限位开关时，停止2秒后执行夹紧动作，夹起A点物体，随后机械手开始向上移动，碰到上限位开关时开始向右移动，碰到右限位开关就向下运动，直到遇到下限位开关，执行松开动作将物品放到b点。之后，机械手回到原位，这个流程即完成了一次物料的搬运的过程，整个工作过程如图2所示。

目 录

第1章 概述 ………………………………………………………………1

1.1 PLC简介………………………………………………………………1

1.2 机械手概述…………………………………………………………1

1.3 机械手控制系统设计步骤 ………………………………………2

第2章 控制方案论证…………………………………………………3

2.1 搬运机械手的设计原理……………………………………………3

2.2 PLC的选取 …………………………………………………………4

第3章 控制系统硬件电路设计……………………………………7

3.1 传送带A,B主电路图及传送带B的控制电路图…………………7

3.2 PLC控制面板及接口电路图………………………………………8

第4章 控制系统软件设计…………………………………………10

4.1 控制系统的软件设计原理………………………………………10

4.2 梯形图…………………………………………………………12

第5章 控制系统调试…………………………………………………14

5.1 控制系统的调试过程………………………………………………14

总结………………………………………………………………………15

参考文献…………………………………………………………………16

附录………………………………………………………………………17

1 第1章 概 述

1.1 PLC简介

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。

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兰　三笙　望　

ｓ　ｉ　ｇｎ　ｏｆ　ｑｌａｒｅｅ－－ｄｉ　ｒｉｌｅｉ１ｓ　ｉ　ｏｎａｌ　Ｍｎｉ　ｐｕｌ　ａｔ　ｏｒ　Ｂａｓ　ｅｄ　ｏｎ￥７－２００　ＰＬＣ　

刘涛杜秋来龚林生　

Ｌｉｕ　Ｔａｏ　Ｄｕ　Ｑｉｕｌａｉ　Ｇｏｎｇ　Ｌｉｎｓｈｅｎｇ　（江西渝州科技职业技术学院，江西新余３３８０２９　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｙｕｚｈｏｕ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｘｉｎｙｕ　３３　８０２９）　

摘要：为了提高机械手在工业生产中定位的精度，提出了一种用步进电机驱动的三维机械手的装置。　机械手手臂和躯干的运动用步进电机驱动，依靠接近开关以及光电编码器的精确定位，利用ｓ７—２００作为控　制器来实现对机械手的控制。控制方案中详细论述机械手控制系统的硬件结构及软件实现方法。测试表明，　该系统具有较高的应用价值。　关键词：ｓ７—２００；机械手；步进电机；光电编码器　中图分类号：ＴＨＩ３８　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—４７９２一（２０１　１）９—０１８０—０３　’　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｄｒｉｖｅｎ　ｂｙ　ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｏｎ￣ｏ１．Ｂｙ　ｔｈｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｓｗｉｔｃｈ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｅｎｃｏｄｅｒ　ｔｈｅ　Ｓ７—２００　ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆｔｈｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｗｈｏｓｅ　ａｒｎｌ　ａｎｄ　ｔｒｕｎｋ　ａｒｅ　ｄｒｉｖｅｎ　ｂｙ　ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｈａｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅｒｅ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ａ　ｈｉｇｈ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓ７—２００；Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；Ｓｔｅｐｐｉｎｇ　Ｍｏｔｏｒ；Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｃｏｄｅｒ　

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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。1

目录

目录 ........................................................................... 2

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

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

1.2机械手的应用意义 .................................................. 2

2系统设计 ................................................................ 2