基于PLC的机械手控制系统设计
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’基于ＰＬＣ的机械手控制系统设计
ＣｏｎｔｒｏＩｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＰＬＣ
关明１，周希伦２。马立静１，宋蔚１
ＧＵＡＮＭｉｎｇ‘，ＺＨＯＵＸｉ－ｌｕｎ２，ＭＡＬｉ－ｊｉｎｇ。，ＳＯＮＧＷｅｉ。
（１．中国矿业大学机电工程学院．徐州２２１００８：２．中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州２２１００８）擅要；本文主要介绍了一棒基子ＰＬＣ控截懿气动机虢手田工作原理及系统缉或，荠介绍了甩西门子
ｓ７一）００与各元器件的连接。最后简单分析了整个系统的工作流程及模拟实验面板的介绍。
关键词：ＰＬＣｌ机械手；控制系统中国分类号：ＴＰ２７１
文献标识码：日
文章编号：１００９－０１３４（２０１２）０７（下）－０１２０－０２
Ｄｏｉ：１０．３９（］９／Ｊ．Ｉｓｓｎ．１００９－０１３４．２０１２．７（下），３８
０引言
机械手是能够按照给定程序、轨迹与要求模
仿人手的部分动作，实现自动抓取、搬运或操作的自动化装置，气动机械手则是用气动系统驱动的祝械手。应用机械手的意义在于可以提高生产作业的自动化水平及产品质量，减轻操作者的劳动强度，实现安全生产。尤其在高温、低温、粉尘、易燃易爆、有毒气体及放射性等恶劣环境中代替人进行正常工作，意义更为重大。因此，机械手在热压、锻造、机械加工、饮料装箱自动线等各种自动化作业领域中获得了广泛应用。
象、执行机构、检测装置、模数（Ａ／Ｄ）转换器和
数模（ＤＩＡ）转换器．数字计算机系统（包括硬件
和软件）。
２－２电气控制电路的设计
系统开始启动时，通过控翩面板设定要控制的气缸的初始位置，Ｓ７—２００通过控制面板的输入来获取相应初始值，Ｓ７—２００对控制面板上的输入量进行响应，然后进行输出并执行相应控制。在本设计中的，被控对象是气压控制月，通过控制阀的动作再对执行元件（气缸）的位置进行控制。为了达到控制的准确，因此在设计中采用了闭环控制系统，光电编码器（位置传感器）获取位置量，并捋获取的模拟值经过Ａ／Ｄ转换后，再通过总线送到Ｓ７—２００的输入口，进行反馈控制，从而提高系统的精度。
１
系统组成及功能介绍
机械手采用气动传动，由精度较高的气动元
件组合而成，为直角坐标式机械手结构，实现２个自由度，由机身、水平臂、竖直臂、夹紧手组成，可以完成水平臂的伸缩、竖直臂的升降以及抓取等动作，可以方便的通过滑阀的中位机能调节合适的执行元件的位置，完成对物件的移动。机械臂用２个气缸控制，即横向移动气缸和纵向移动气缸。其控制系统采用目前控制领域应用比较普遍、性能优越的ＰＬＣ，根据需要选用西门子公司的Ｓ７—２００型ＰＬ￡终为控锻系统的核心。
３模拟实验面板图
图１中的Ｗｌ、ＹＶ２．ｗ３、ＹＶ４，ＹＶ５、ＩｌＬ
分别接主机的输出点Ｑｏ．ｏ、Ｑ０．１、ＱＯ－２、００．３、Ｑｏ．４、ＱＯ．Ｓ；ＳＢＩ、ＳＢ２分别接主机的输入点１０．０、ＩＯ．５；ＳＱｌ、ＳＱ２、ＳＱ３、ＳＱ４分别按主机的输入点１０．１、１０，２、１０，３，１０４。图１中的启动、停止尾动噘按钮来实现，限位开关用钮子开关来模拟，电磁阀的原位指示灯用发光二极管来模拟。
表１机械手ＰＬＣ的Ｊ／０地址分配表
１０．０１０ＩＩＤ２Ｉｏ．３Ｉｏ．４１０ｊ
运动路线：升降臂下降——抓取工件——升降臂上升——伸缩臂右移——升降臂下降——卸载工件——升降臂上升——伸缩臀左移，完成一
次物料的搬运。
启动下限上限右限左限停止
ＱｏＤＱＯ．１Ｑ０．２Ｑ０．３Ｑ０．４
下降夹紧上升右移左移
２控制系统设计
２．１控制系统的基本组成
一个完整的计算机控制系统应该包括被控对
蕺穑Ｂ焉：２０１１－１１－２７
作者嗣俞：关明（１９８８一），湖北剩州人，硕士研究生。研究方向为机械电子应用。［１２０］
第３４卷第７期２０１２－７（下）
万方数据
的“０”状态加载到Ｍ１０．１。继电器Ｑｏ．０断开，这
机械手动作的模拟
时机械手停止下降，Ｍ１０．１的“ｒ状态加载到Ｍ１０．２，Ｍ２０．０置。ｌ”，Ｍ２０Ｄ闭合，继电器Ｑｏ．１
（夹紧阀）接通，夹紧动作得到执行，这对定时器
启动，延时２秒使工作得到夹紧。
当确认机械手在夹紧工件后，定时器的动合触点接通，这时移位信号产生，使Ｍ１０．３处于。ｌ”状态，“０”状态加载到Ｍ１０．２，继电器ＱＯ．２（上升阀）接通，这时１０．１是断开状态，上升动作得到执行。由于是使用Ｓ指令，线圈Ｍ２０，０仍然是原状态，这时Ｑｏ．１依然是接通状态，同时机械手继续
夹紧工件。
当机械手到达上限位时，上限位开关Ｉｏ．２处
ＹＶｌ
Ｗ２ＹＶ３Ｙｖ４Ｗ５ＨＬ
Ｍ
●
●●●
●
●●
于“ｌ”状态（接通），这时移位信号产生，“Ｏ”状态加载到Ｍ１０．３，Ｑｏ．２线圈断开，这时机械手停ＳＢｌ
ＳＢ２
ｓｑｌ
ＳＱ２
ＳＱ３
ＳＱ４
Ｌ
●●●●
●●●
止运动，这时移位信号产生，使Ｍ１０．４处于“１”状态，１０．４断开，继电器Ｑｏ．３（右移阀）接通，这图１
模拟实验面板图
时右移动作执行。
下降
夹紧
上升
右移
左移
当机械手达到右限位时，右限６Ｉ中蹦－中舢中删。中酬。中舢
位开关Ｉｏ．３处于。１”状态（接通）。这时移位信号产生，使Ｍ１０，５处于。ｌ”状态，“Ｏ”状态加载到Ｍ１０．４，继电器ＱＯ．Ｏ再次接通，下降动作得Ｓ７．２００
到执行。
ｌＭ１０．０１０．５王ｏ．１
１０２
１０．３
１０．４
当机械手再次到达下限位时，．
蚪Ｖ－二—
Ｅ、Ｅ、、、１０．１接通，这时移位信号产生，使、］
Ｍ１０．６处于“ｒ状态，“０”状态加载到Ｍ１０．５，同时ＱＯ．Ｏ线圈断开，下
ＳＢｌ
ＳＢ２
Ｒｌ
Ｒ２
Ｒ３
Ｒ４
降动作停止，Ｒｅｓｅｔ指令使得Ｍ２０．０
图２ＰＬＣ外部接线图
复位，同时ＱＯ．１线圈断开，机械手
松开工件；这时定时器启动，延时１．７秒，定时器的动合触点接通，这时移位信号产生，使Ｍ１０．７当机械手位于初始位置时，上、左限位开关处于“１”状态，“０”状态加载到Ｍ１０．６，ＱＯ．２再均处于“１”状态（接通），移位寄存器数据接通，次接通，Ｉｏ．１断开，机械手又执行上升动作，当运让寄存器Ｍ１０．０处于“ｌ”状态，这时Ｑｏ．５接通，行到上限位时，Ｉｏ．２触点接通，使Ｍ１１．ｏ处于“ｌ”原位指示灯亮。
状态，。０”状态加载到ＭｌＯ．７，线圈Ｑｏ．２断开，按下启动按钮ＳＢｌ时，１０．０处于。Ｉ”状态，这时机械手停止上升，线圈ＱＯ．４接通，Ｉｏ．３断开，这时移位信号产生。Ｍ１０．０的“１”状态加载到机械手执行左移运动。
当机械手到达左限位时，１０．４触点再次接通，行，这时因为上限位开关Ｉｏ．２断开，Ｍ１０．０处于“０”
使Ｍ１１．１处于“ｌ”状态，“０”状态加载到Ｍ１１Ｄ，同时移位寄存器复位，线圈Ｑ０４断开，这时机械手当机械手到达下限位时，下限位开关Ｉｏ．１处回到初始位置，并且因为１０２、１０ｆ４均是接通状态，
Ｉ下转第１４２页】
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万方数据
４工作过程分析
Ｍ１０．１，继电器Ｑｏ．ｏ（下降阀）接通，下降动作执状态（断开），原位指示灯灭。
于。ｌ”状态（接通），这时移位信号产生，Ｍ１０．０
启动后直接生成类似数据结构的记录体，便于在测试过程中进行调用并显示，另外，如测试程序中止退出时，需及时更新记录体中的完成次数参数等，以便下次调用。
图７传动轴扭矩测试设备外观图
实现了不同特性测试条件的准备，测试过程的建
一一—＿＿一
，赢剁嚣ｊ麟ｊ驯等Ｉ等型
一
ｒ－ｍ¨ｑＭ“ｌｆ譬誓互ｉ芒…
立，特性参数的实时采集、曲线绘制、展示，测
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一
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试结果的计算、存储及动态再现、打印等。研发
的测试设备已投入运行，取得了较好的检铡效果，为新型风电传动轴的研发提供了可靠的性能指标。同时，也为其他相关产品的检测设备开发提供了可行的技术思路，能有效减少开发成本和开发时间，提升测试自动化水平和可靠性。
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图６滑扭耐久试验结果查询一打印界面
３．３实施效果
扭矩测试设备外观如图７所示，采用槽钢框
架结构，模块化安装各子系统，包括机械部件（底座平台及其上安装的各部件）、液压动力系统、软硬件控制系统等。整套系统运行可靠、稳定，且
便于运输。该试验台已交付传动轴研发企业使用，
参考文献：
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Ｓ７２００
取得了较好的试验效果，获得了可靠的研发数据。
４结束语
本试验台主要用于检测一种新型风电传动轴
的扭矩传动性能，包括滑扭（一次或耐久）特性
和静扭特性。围绕溯试要求，对试验台的总体方案、液压动力系统、基于工控机的控制系统设计
ＰＬＣ用户指南【Ｍ】．西门
及测试流程中涉及的关键技术问题进行了探讨，
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【上接第１２１页】
Ｍ１０．０处于“ｌ”状态，至此系统完成一个工作循环。参考文献：
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５结束语
在自动化技术的发展过程中，“可编程程序控制器一传感器一执行元件”组成的典型控制系统占有重要的地位。当安装有组态王等软件的计算机
作为整个系统自吐位机进行实时监控时，工作人
员可以实时的观测到机械手的工作状况，而不需要在现场进行观察，画面更直观生动。随着国家
综合国力的不断增强，未来几年内，机电一体化的建设一定会迎来一次大发展。
１１４２１
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基于PLC的机械手控制系统设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
关明， 周希伦， 马立静， 宋蔚， GUAN Ming， ZHOU Xi-lun， MA Li-jing， SONG Wei关明,马立静,宋蔚,GUAN Ming,MA Li-jing,SONG Wei(中国矿业大学机电工程学院,徐州,221008) ， 周希伦,ZHOU Xi-lun(中国矿业大学信息与电气工程学院,徐州,221008)制造业自动化
Manufacturing Automation2012,34(14)19次
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引用本文格式：关明. 周希伦. 马立静. 宋蔚. GUAN Ming. ZHOU Xi-lun. MA Li-jing. SONG Wei 基于PLC的机械手控制系统设计[期刊论文]-制造业自动化 2012(14)