基于PLC和步进电机的机械手控制系统设计
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机 械手 的工作 流程为 ：按下 复位按 钮 ，底 盘带 动机械手转动至取料位置 Ａ处 （底盘旋转原点传
感器 动作 ），大臂 旋 转 至 与水 平 线 相 差 约 １２０度 （大臂 原点传 感器 动作 ）；大 臂处 于起 始 位置 的前 提下 ，小臂 旋 转 至 与 水平 线 基 本 持 平 （小 臂 原 点 传感器 动 作 ），手 爪 张 开 ，使 机 械 手 处 于 初 始 位 置 ；按下启动按钮 ，当传感器检测到生产线 Ａ有 物料到 位 ，ＰＬＣ控 制机械 手大臂 逆时针旋 转放 下 ， 同时小 臂 抬起 ，到位 后 ，手爪 夹 紧抓取 工 件 ，再 将 大臂顺 时针旋 转抬起 ，同时小臂放下 ，大臂 和小臂 旋 转到 位后 ，底 盘带 动机身 向右旋转 ，旋转 至终点 位 置后 （底盘旋转 原点 传感 器 动作 ）．，大 臂 逆 时针 旋 转放 下 ，同时小臂抬起 ，到位后 ，手爪 松开 ，释放 工 件 ，完 成将工 件 由生产 线 Ａ搬运 至生 产线 Ｂ的 过程 ，然 后 ＰＬＣ再 控制 机 械 手 小臂 放 下 ，大 臂顺 时针 旋转 抬起 ，机身 向左 旋转 ，回到初始 位置 。
ＣＰＵ２２６
驱 动器
ｐＵ Ｌ． Ｄ ＩＲ －
Ｕ Ｖ Ｗ Ｑ０．０ ———（＝＝卜一 ＰＬＩＩ￣
一一一一一一ｔ 一一蕞一蠢 一一一一～一～～ ｑｏ．２ ———－ｃ＝＝’一 ＤＩＲ＋ 图 ２ ＰＬＣ与 步进 电机 驱 动 器及 步 进 电机 连 接 示意 图
设计 机械 手 的外 部接线 图如 图 ３所示 。其 中 Ｑｏ．０为大 臂 旋 转 步 进 驱 动 器 的 脉 冲控 制 ，Ｑｏ．１ 为小 臂旋转 步进驱 动器 的脉 冲控 制 ，Ｑ０．２为大 臂 旋转 步进驱 动器 的方 向控制 ，Ｑ０．３为 小臂 旋转 步 进 驱动器 的方 向控制 ，Ｑｏ．４、Ｑｏ．５控 制 机 身旋 转 直 流 电机 的正 、反 转 ，Ｑｏ．６控制 手 爪 的夹 紧 与松 开 。
统 的输 入输 出均 为数 字量 信 号 ，数 字 量输 入 信号 ｌ９路 ，数字 量输 出信 号 ７路 。因 此 ，主 控 制 器选 用西 门子公 司 Ｓ７—２００系列 的 ＣＰＵ２２６型 主机 模 块 ，两 台步进 电机选 用三 相步进 电机 ，驱 动器选 用 ３ＮＤ５８３驱动 模 块 。 以 大 臂 的 旋 转 控 制 为 例 ，设 计 ＰＬＣ与 步进 电机 驱 动 器 以及 三相 步 进 电机 的 连接示 意图如 图 ２所示 。 图中 ＰＬＵ＋和 ＰＬＵ一为 脉 冲控 制信号 ，脉 冲上 升沿有 效 ，为 了可靠 响应 脉 冲信号 ，脉 冲宽度应 大于 １．２微秒 。ＤＩＲ＋和 ＤＩＲ 一 为方 向信 号 ，高／低 电平 信 号 ，为 保证 电机 可 靠 换 向 ，方 向信 号应先 于脉 冲信号 至少 ５微 秒建 立 。 电机的初 始运行 方 向与 电机 的接 线 有关 ，互换 三 相 绕组 ｕ、Ｖ、ｗ 的任 何两根 线 可 以改 变 电机 初始 运行 的方 向。
图 １ 机械 手 结构 示 ห้องสมุดไป่ตู้ 图
２ 控 制系统设计
［收稿 日期 １２０１３—０１—２３ ［作者简 介］陈永利 （１９７４一），女 ，河南沁 阳人 ，讲师 ，工程硕士 ，主要从事 自动控制 系统方面 的研究。
５２
安 阳师 范 学 院 学 报
２０１３焦
２．１ 硬件 设计 通 过对机械 手 的工 作 过 程分 析 ，可 确 定该 系
一＝ 一 【ＯｔＯ
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ＩＩ１，１
弧２
————．．——一： ——一 ｌ０ ．
３
４ — —
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１ 系 统 结构 与运 动 方 式
自动化生 产线 物料搬 运机械 手结 构示意 图如 图 １所示 。该 系统 中机械 手主要 由底座 、机身 、大 臂 、小臂 和手 爪 等部 分 构成 。底 座 内放 置一 台直 流 电机 ，可 以控 制底 盘 带 动 机 身在 水 平方 向上 做 旋转运 动 ，并设 置原 点 位 置 和终 点 位 置 两个 旋 转 限位开关 ，限定底 盘 的旋 转位 置 ；大 臂可 以绕机 身 在垂 直方 向上做 旋 转运 动 ，由大 臂 旋转 步 进 电机 控制 ；小臂 可 以绕 大臂在 垂直 方 向上 做抬起 、放 下 的旋转 运动 ，由小 臂抬放 步进 电机控 制 ；手 爪 的夹 紧与松 开 由气 压驱 动 ，并 由电磁 阀控 制 ，电磁 阀通 电 ，手爪 夹 紧 ，电磁 阀断 电手爪松 开 。
网络1ldsm0omovb3vb500设置段数movw500vw501设置l段初始周期movwlvw503设置1段每次脉冲的周movd300vd505设置1段脉冲计数movw200vws09设置2段初始周期movw0vw511设置2段每次脉冲的周movdvd30vd513设置2段脉冲计数movw500vw517设置3段初始周期movwlvw519设置3段每次脉冲的周movd200vd521设置3段脉冲计数网络2ldsm00movb16a0smb67设置轮廓表的控制字节状态字节movw500smwl68设置变量内存偏移量enipls0执行pls指令开始多段操作3结束语本文采用plc与步进电机实现了自动化生产线的物料搬运机械手控制系统的设计采用plc不仅可以提高控制系统的自动化程度和可靠性同时由于plc具有输输出指示发生故障时还可以方便排除故障
基 于 ＰＬＣ和 步 进 电机 的机械 手 控制 系统设 计
陈永 利 ，李 丽
（济源职业技术学院 ，河南 济源 ４５９０００）
［摘 要】介绍了一种基于 ＰＬＣ和步进电机的机械手控制系统设计方案 ，详细论述了该机械手控制系统 的硬件结构
和软件设计流程 。系统实现了 自动化生产 线上物料 抓取及传送 的 自动化 ，提高 了生产效 率。实践证 明，该系统 运行稳
定 ，定位精确 ，具有较高的应用价值 。
［关键词】ＰＬＣ；机械手 ；步进 电机
［中图分类号】ＴＰ２７１ ．４
［文献标识码 ］Ａ
［文章编号 ］１６７１—５３３０【２０１３）０２－００５１一ｏ３
０ 前言 随着 我 国工业 自动化 水平 的不 断 提 高 ，尤 其
是 冶金 、电子 、机械 制 造等 工业 的飞 速发 展 ，为 了 降低人们 的劳 动强度 ，提高生 产效率 ，机械 手 的应 用越来越 多 。由于 Ｐ 稳 定性 强 、可 靠 性 高 ，已 经被 广 泛应 用 于 工业 控 制 中。采 用 ＰＬＣ对机 械 手 进行 控 制是 一种 安 全 、可靠 、稳 定 的控 制 方案 。 本 文 以 自动化生产 线上 的物料搬 运 机械手 为模 型 进行 了机 械手 的 ＰＬＣ控 制系统 的设计 。
感器 动作 ），大臂 旋 转 至 与水 平 线 相 差 约 １２０度 （大臂 原点传 感器 动作 ）；大 臂处 于起 始 位置 的前 提下 ，小臂 旋 转 至 与 水平 线 基 本 持 平 （小 臂 原 点 传感器 动 作 ），手 爪 张 开 ，使 机 械 手 处 于 初 始 位 置 ；按下启动按钮 ，当传感器检测到生产线 Ａ有 物料到 位 ，ＰＬＣ控 制机械 手大臂 逆时针旋 转放 下 ， 同时小 臂 抬起 ，到位 后 ，手爪 夹 紧抓取 工 件 ，再 将 大臂顺 时针旋 转抬起 ，同时小臂放下 ，大臂 和小臂 旋 转到 位后 ，底 盘带 动机身 向右旋转 ，旋转 至终点 位 置后 （底盘旋转 原点 传感 器 动作 ）．，大 臂 逆 时针 旋 转放 下 ，同时小臂抬起 ，到位后 ，手爪 松开 ，释放 工 件 ，完 成将工 件 由生产 线 Ａ搬运 至生 产线 Ｂ的 过程 ，然 后 ＰＬＣ再 控制 机 械 手 小臂 放 下 ，大 臂顺 时针 旋转 抬起 ，机身 向左 旋转 ，回到初始 位置 。
ＣＰＵ２２６
驱 动器
ｐＵ Ｌ． Ｄ ＩＲ －
Ｕ Ｖ Ｗ Ｑ０．０ ———（＝＝卜一 ＰＬＩＩ￣
一一一一一一ｔ 一一蕞一蠢 一一一一～一～～ ｑｏ．２ ———－ｃ＝＝’一 ＤＩＲ＋ 图 ２ ＰＬＣ与 步进 电机 驱 动 器及 步 进 电机 连 接 示意 图
设计 机械 手 的外 部接线 图如 图 ３所示 。其 中 Ｑｏ．０为大 臂 旋 转 步 进 驱 动 器 的 脉 冲控 制 ，Ｑｏ．１ 为小 臂旋转 步进驱 动器 的脉 冲控 制 ，Ｑ０．２为大 臂 旋转 步进驱 动器 的方 向控制 ，Ｑ０．３为 小臂 旋转 步 进 驱动器 的方 向控制 ，Ｑｏ．４、Ｑｏ．５控 制 机 身旋 转 直 流 电机 的正 、反 转 ，Ｑｏ．６控制 手 爪 的夹 紧 与松 开 。
统 的输 入输 出均 为数 字量 信 号 ，数 字 量输 入 信号 ｌ９路 ，数字 量输 出信 号 ７路 。因 此 ，主 控 制 器选 用西 门子公 司 Ｓ７—２００系列 的 ＣＰＵ２２６型 主机 模 块 ，两 台步进 电机选 用三 相步进 电机 ，驱 动器选 用 ３ＮＤ５８３驱动 模 块 。 以 大 臂 的 旋 转 控 制 为 例 ，设 计 ＰＬＣ与 步进 电机 驱 动 器 以及 三相 步 进 电机 的 连接示 意图如 图 ２所示 。 图中 ＰＬＵ＋和 ＰＬＵ一为 脉 冲控 制信号 ，脉 冲上 升沿有 效 ，为 了可靠 响应 脉 冲信号 ，脉 冲宽度应 大于 １．２微秒 。ＤＩＲ＋和 ＤＩＲ 一 为方 向信 号 ，高／低 电平 信 号 ，为 保证 电机 可 靠 换 向 ，方 向信 号应先 于脉 冲信号 至少 ５微 秒建 立 。 电机的初 始运行 方 向与 电机 的接 线 有关 ，互换 三 相 绕组 ｕ、Ｖ、ｗ 的任 何两根 线 可 以改 变 电机 初始 运行 的方 向。
图 １ 机械 手 结构 示 ห้องสมุดไป่ตู้ 图
２ 控 制系统设计
［收稿 日期 １２０１３—０１—２３ ［作者简 介］陈永利 （１９７４一），女 ，河南沁 阳人 ，讲师 ，工程硕士 ，主要从事 自动控制 系统方面 的研究。
５２
安 阳师 范 学 院 学 报
２０１３焦
２．１ 硬件 设计 通 过对机械 手 的工 作 过 程分 析 ，可 确 定该 系
一＝ 一 【ＯｔＯ
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————．．——一： ——一 ｌ０ ．
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１ 系 统 结构 与运 动 方 式
自动化生 产线 物料搬 运机械 手结 构示意 图如 图 １所示 。该 系统 中机械 手主要 由底座 、机身 、大 臂 、小臂 和手 爪 等部 分 构成 。底 座 内放 置一 台直 流 电机 ，可 以控 制底 盘 带 动 机 身在 水 平方 向上 做 旋转运 动 ，并设 置原 点 位 置 和终 点 位 置 两个 旋 转 限位开关 ，限定底 盘 的旋 转位 置 ；大 臂可 以绕机 身 在垂 直方 向上做 旋 转运 动 ，由大 臂 旋转 步 进 电机 控制 ；小臂 可 以绕 大臂在 垂直 方 向上 做抬起 、放 下 的旋转 运动 ，由小 臂抬放 步进 电机控 制 ；手 爪 的夹 紧与松 开 由气 压驱 动 ，并 由电磁 阀控 制 ，电磁 阀通 电 ，手爪 夹 紧 ，电磁 阀断 电手爪松 开 。
网络1ldsm0omovb3vb500设置段数movw500vw501设置l段初始周期movwlvw503设置1段每次脉冲的周movd300vd505设置1段脉冲计数movw200vws09设置2段初始周期movw0vw511设置2段每次脉冲的周movdvd30vd513设置2段脉冲计数movw500vw517设置3段初始周期movwlvw519设置3段每次脉冲的周movd200vd521设置3段脉冲计数网络2ldsm00movb16a0smb67设置轮廓表的控制字节状态字节movw500smwl68设置变量内存偏移量enipls0执行pls指令开始多段操作3结束语本文采用plc与步进电机实现了自动化生产线的物料搬运机械手控制系统的设计采用plc不仅可以提高控制系统的自动化程度和可靠性同时由于plc具有输输出指示发生故障时还可以方便排除故障
基 于 ＰＬＣ和 步 进 电机 的机械 手 控制 系统设 计
陈永 利 ，李 丽
（济源职业技术学院 ，河南 济源 ４５９０００）
［摘 要】介绍了一种基于 ＰＬＣ和步进电机的机械手控制系统设计方案 ，详细论述了该机械手控制系统 的硬件结构
和软件设计流程 。系统实现了 自动化生产 线上物料 抓取及传送 的 自动化 ，提高 了生产效 率。实践证 明，该系统 运行稳
定 ，定位精确 ，具有较高的应用价值 。
［关键词】ＰＬＣ；机械手 ；步进 电机
［中图分类号】ＴＰ２７１ ．４
［文献标识码 ］Ａ
［文章编号 ］１６７１—５３３０【２０１３）０２－００５１一ｏ３
０ 前言 随着 我 国工业 自动化 水平 的不 断 提 高 ，尤 其
是 冶金 、电子 、机械 制 造等 工业 的飞 速发 展 ，为 了 降低人们 的劳 动强度 ，提高生 产效率 ，机械 手 的应 用越来越 多 。由于 Ｐ 稳 定性 强 、可 靠 性 高 ，已 经被 广 泛应 用 于 工业 控 制 中。采 用 ＰＬＣ对机 械 手 进行 控 制是 一种 安 全 、可靠 、稳 定 的控 制 方案 。 本 文 以 自动化生产 线上 的物料搬 运 机械手 为模 型 进行 了机 械手 的 ＰＬＣ控 制系统 的设计 。
