基于S7—200PLC的机械手运动控制

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山东交通学院

电控与PLC课程设计

报告书

院(部)别 信息科学与电气工程学院

姓 名 Donald George

指导教师 王长顺

课 程 设 计 任 务 书

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题 目 基于PLC的机械手控制（天煌）

基于PLC的多通道温湿度监控装置（天煌）

基于步进电机控制的PLC实现（东疆教仪）

院 (部) 信息科学与电气工程学院

学生姓名 Donald George

5 月 27 日至 6 月 7日 共2 周

指导教师(签字)

院 长(签字)

一、 设计内容及要求

1. 基于PLC的机械手控制（天煌）

机械手工作示意图如下：

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控制过程如下：

分别有总的启、停按钮，开始时，按下启动按钮SB后，机械手处于原始位置，Y3亮，过2秒钟，变为放松状态，则Y1亮，Y7亮，准备2秒钟后，机械手开始顺序动作，SW1 按键实现“多次循环/一次循环”的切换，“多次循环”可自动循环完成整个过程，直至按停止按钮复原。“一次循环”实现一次完整工作过程，若仍需工作，则需按键控制。“停止”按钮应设有两个，一个实现立即完全停止，完全停电，而另一个停止按钮按下时，先完成整个工作过程，然后停止。

1、机械手下降：延时1秒后，Y1灭，按SQ1，表示到下限位的检测信号，则Y2亮。

2、机械手夹紧：延时3秒后， Y3亮，表示夹紧。

3、机械手上升：延时1秒后，Y2灭，按SQ2，表示到上限位的检测信号，则Y4亮。

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

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。

课 程 设 计 说 明 书

课程设计说明书

课 程 名 称:电气控制PLC课程设计

课 程 代 码: XXXXXXXX

题

目:基于PLC机械手控制系统

学 生 姓 名: X X

学 号: XXXXXXXXXXXXX

年级/专业/班: XXXX级电气自动化X班

学院(直属系) : XXXXXXX学院

指 导 教 师: X X

学院名称： XXXXXX 专业： XXX 年级： 2021级

机械手控制系统设计

一、 选题背景及题目来源

工业实际工程，可在天科TKPLC-A实验装置机械手装置的模拟控制实验区完本钱模拟实验。

二、训练目的

〔1〕通过使用各根本指令，进一步熟悉掌握PLC的编程和程序调试；

〔2〕学会绘制电气原理图及接线图；

〔3〕选择电气元器件；

〔4〕完成系统硬件和软件设计；

〔5〕完成模拟实验；

〔6〕编写技术文件。

三、要求实现的功能

启动机械手，将物体从A处移动到B处，机械手将完成原位、下降、抓取、上升、右移、下降、放松、上升、左移、循环或者回到原位动作过程。在执行动作时由限位开关对机械手位置进行控制，并且由双线圈二位电磁阀推动气缸完成。提出改良方案：在机械手夹紧过程进行探究，增加压力传感器用于机械手爪压力并进行反响控制；增加超声波传感器检测物体是否滑落。当物体出现滑落或操作错误时发出报警等。

四、实验设备

1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台

2、天科TKPLC-A实验装置

3、机械手模块

五、设计任务

〔1〕根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；

〔2〕绘制电气原理图及PLC I/O接线图；

〔3〕设计软件系统；