基于S7_200的多关节机械手的PLC控制
基于西门子S7_200PLC控制的机械手项目技术报告
概要本文介绍了用PLC S7-200为控制电路主元件，外加电器系统，输入输出电路，构成了整体的实训项目。
通过PLC控制机械手来模拟工业生产过程中机电设备的工作原理。
工业机械手的任务是搬运物品，要求把物品从一个工位搬到另一个工位，如下图所示。
机械手的全部动作由气缸驱动，而气缸又由相应的电磁阀控制，这样使我们能更近距离地了解工业生产过程。
左移目录前言第一章机械手简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1．1 机械手概念1．2 机械手总体结构第二章PLC介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2．1 PLC发展史2．2 PLC应用2．3 PLC特点第三章汽缸简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3．1汽缸概念与汽缸分类3．2汽缸结构与工作原理第四章相关元气件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 4．1电磁阀介绍4．2传感器介绍第五章项目的实施. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 5．1机械手的控制要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .11 5．2机械手总体设计方案. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .115．2．1主程序5．2．2公用程序5．3绘制原理草图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .13 5．3．1开关原理图5．3．2PLC外部接线图5．3．3机械手气动原理图5．4元气件选型计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 5．5输入/输出地址分配表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .16 5．6绘制流程图或顺序功能图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .17 5．7机械手程序设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 5．8系统的安装与调试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .24 5．8．1系统安装工具5．8．2系统安装记录5．8．3系统安装故障分析及解决方法5．8．4安装验收表结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27前言为工业机械手研制一个技术性能优良的控制系统，对于提高工业机械手的整体技术性能来说具有十分重要的意义。
基于PLC的机械手控制系统设计
基于PLC的机械手控制系统设计摘要：可编程控制器的制造和设计主要为了工业控制。
它使用的内存可以被编程为执行逻辑运算，顺序操作，定时，计数和算术操作，其内部存储着操作指令，它可以利用模拟或数字的输入\输出，控制各种类型的机械或生产过程在机械自动化中的运用范围很大。
文中的机械手主要运用于工业生产中的运输，它是根据手的动作来完成设计的，它能够取代工人来运输货物。
同时操作员可以在一些高危环境进行作业，大大加快了生产效率。
首先，分析机械手的现状，推进控制系统设计。
其次，根据分析出的设计目标提出控制系统整体设计方案，并对各模块分析。
最后，完成系统软硬件的设计方案，实现预期效果，让机械手自动工作方式和手动工作方式都可完成动作并用组态软件实现上位机监控。
关键词：PLC；机械手；控制系统；监控1 研究的背景及意义华经产业研究院数据显示：2020年中国GDP总量从部分产业来看，工业增加值为55682.72亿美元，比上年增长了580.15亿美元，占比GDP总量为37.82%，其中制造业实现增加值38538.08亿美元，占GDP比重为26.18%。
可以看出工业制造业的发展依然灼热，这种情况下，企业应该根据现有的工业自动化程度去研究合适的智能化、自动化机械。
机械手在很多场所都有使用，为了提高工业生产中货物运输过程的效率，国内企业需要一种科学合适的工业机械手来辅助货物运输。
此次设计旨在做出一款成本较低、使用安全，性能较好易于操控的机械手。
机械手的好处有很多，它可以改善工人的劳动环境，安全地帮助工人完成作业，避免在温度不宜的、尘土飞扬、异味严重、有毒、放射污染的状况下用手操作，真正做到安全作业。
以机械手代替人手进行工作，还可以有效减少由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。
2 机械手的组成与分类2.1机械手的组成目前市面上机械手的种类非常的多，外观与功能也都不同，但追其本质，机械手主要由执行机构和驱动机构以及控制系统组成，除这三个部分之外还有文中所用的位置检测装置（传感器）。
基于西门子S7—200PLC的机械手控制
基于西门子S7—200PLC的机械手控制作者：黄卫庭胡汉文来源：《数字技术与应用》2014年第01期摘要：本文采用西门子公司的小型PLC为控制器制作一款机械手模型并通过梯形图程序实现了机械手的信号定位的运行控制。
在开发过程中采用金属接近开关发出“位置到达信号”，伸缩电磁铁YT将通电吸盘下推到料位，机械微动开关SQ因不再受外压而复位，电磁铁YT 断电将吸盘上拉回初始位，SQ受压动作。
此机械手装箱设计简化了系统结构，降低了成本。
本文重点介绍了程序编写过程中遇到的难点和解决方案。
该机械手装箱结构简单，程序灵活且实用性强。
关键词：PLC 机械手装箱梯形图中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）01-0009-021 引言本控制中所采用的PLC（Programmable Logic Controller）是SIEMENS公司的一种应用方便灵活、可靠性高，结构紧凑小巧S7-200PLC，具有快速和精确的操作顺序和过程控制。
结合高效的“三步分析法”：首先通过结构示意图明确任务，然后分析设计I/O分配图，最后依任务和I/O分配图及程序分块表进行“按功能分块，化整为零”思路设计机械手装箱控制梯形图。
2 明确任务2.1 工作结构描述机械手的“信号定位”是指通过“测位开关”发出“位置到达信号”，待PLC收到该信号之后，立即停发输往步进驱动器（或伺服驱动器）的脉冲，从而使步进电机（或伺服电机）预定位置。
该设计广泛用于实现生产设备的信号定位运行控制中。
该控制的具体机械手装箱结构如图1所示。
在该结构图中的原位、装箱位均为“金属接近开关SS0、SS1”发出“位置到达信号”，伸缩电磁铁YT将通电吸盘下推到料位，机械微动开关SQ因不再受外压而复位，电磁铁YT断电将吸盘上拉回初始位，SQ受压动作。
上料槽有料时，光电开关SSy发出“有料信号”。
电磁吸盘通电时能将料吸住，断电后能将料释放。
步进电机M2正转时机械手前进（右），反转机械手后退（左）通过图1可知，该本机械手控制过程中三种运动状态。
基于S7-200PLC的四自由度机械手控制系统设计
摘
要： 设 计 了基 于 Ｐ Ｌ Ｃ的 四 自由度机 械 手控 制 系统 ， 用Ｐ Ｌ Ｃ 实现 了外 来信 号 触发 的 对 电磁 阀的顺 序
ｌ ３ ｌ ４
的 ±９ ０ 。 旋转 ， １只 Ｓ Ｕ型 气缸 实 现垂 直运 动 ， １只 ＭＡ Ｌ 型气 缸 实 现 手 爪 的伸 缩 运 动 ， １只 ＭＳ Ｑ Ｂ型 气 缸 实 现
手 爪 的 ±１ ８ ０ 。 旋源自 以及 １只气动 手爪 。该 机 械 手可 广
量 旋 转 气 ！ 缸 手 爪开 一… 合 气 一 缸
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ２ － ２ ７ 图 １ 四 自 由度 机 械 手
基金项 目： 国家 自然基金资助项 目（ ５ １ ０ ７ ５ ２ ４ ５ ）
本 研究 控制 的机 械手 主要 用 于小 空 间内 的零件搬 运， 由于 ２个 旋转 气 缸可 通过 机械设 置 其两 个止 点 ， 故
引 言
手臂水平 伸缩气缸 手臂竖直 升降气缸 手臂左右 旋转气缸
四 自由度机 械 手在 生 产 中得 到 了广 泛 的应 用 … 。
Ｐ Ｌ Ｃ是一 种方 便 开发 与联 网且 抗干 扰 能力强 的可编 程
逻 辑控 制 器件 ， 在 自动 化 生 产 线 中也得 到 了广 泛 的应 用 ， 针 对一 款 四 自由度 机 械 手 ， 应用 ｓ ７ ． ２ ０ ０型 Ｐ Ｌ Ｃ 设 计 了其控 制 系统 。 １ 机械 手 的机 械 结构及 气 路设计 图 １为 四 自由度 机械 手 的 照 片 ， 该 机 械 手 的组 成 为： １只 Ｑ Ｇ Ｋ型齿 轮齿 条式 摆 动 气缸 实 现 整 个 机械 手
S7-200机械手控制系统程序的实现要点
S7-200机械手控制系统程序的实现有一个机械手，它是由底盘S轴控制左右旋转机械手，上下由L轴控制，伸缩由U轴控制，此外机械手本身可以抓物，我们称之为T轴。
S轴由直流电机控制。
有左限位和右限位控制其极限位置。
在哪个位置停下来有旋转编码器控制。
因为机械手旋转的时候，旋转编码器会发出脉冲，PLC会对脉冲进行高速计数。
我们利用S7-200里面的高速计数器4的方式0进行计数。
L轴上下运动是由步进电机来控制的，步进电机是由运动加方向来控制的，这里规定，如果方向信号为高电平，向下运动。
反之为向上运动。
在S7-200中对步进电机的控制是由高速脉冲输出PTO来控制的。
应用PTO的向导来编制程序非常方便。
但是如果不用向导来编制也无所谓，就要对其控制字节，初始周期，周期增量，脉冲个数处理好也是一样的。
U轴的伸缩运动也是由步进电机来控制，原理和L轴一样，极限位置有缩回限位和伸出限位。
B轴控制爪子的抓紧和放松。
机械手输入和输出信号如下表。
停止 I0.0复位 I0.1启动 I0.2编码器 I0.3左限位 I0.4右限位 I0.5上限位 I0.6下限位 I0.7缩回限位 I1.0伸出限位 I1.1爪子左限位 I1.2爪子右限位 I1.3S顺时针 Q1.1S逆时针 Q1.2T顺时针 Q1.3T逆时针 Q1.4L脉冲 Q0.0L方向 Q1.5 =0向上；=1向下U脉冲 Q0.1U方向 Q1.6 =0缩回；=1伸出B轴 Q1.7 =0松；=1抓原点 M10.0 =1;原点L轴限位 M10.1U轴限位 M10.2抓放完成 M10.3抓放标志 M10.4 =1：抓件；=0：放件抓放件初始 T34复位标志 M3.0运行标志 M3.1停止标志 M3.2建立了2个向导，第一个PTO配置Q0.0对L轴的控制，开始地址为vb134~vb267最大的速度为8000个脉冲每秒，即MAX_SPEED=8000pulses/s,最小为SS_SPEED=500pulses/s.加速时间为1000ms,减速时间为1000ms。
基于PLC控制的多关节机械手设计
我国机械手应用工程起来比较晚应用领域窄生产技术系统技术与外国比有差距，当我国机械手生产许多都是应用上要求，而且新设计生产，品种规格多批量小：零部件通用化温度低供货周期少成率高，而且质量可靠性不稳定因此迫切需要结合产业化前期的关键技术对产品进行全面的规划。搞好系统化、通用化、模块化设计积极推进产业化进程。[1]《工业机器人》该文献详细的介绍了目前工业机械手发展现状。)
这些工业机械手主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明
我们的总体设计方案为，运用PLC作为控制器，控制机械手的各关节的往复运动进行物料搬运。
机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机械手的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机械手的关节，利用人手对机械手进行动作示教，机械手能实现动作的记录和再现。[3]濮良贵.《机械设计》8版.高等教育出版社. 2006年
基于PLC的多关节机械手控制系统设计 精品
关键词nOfMulti-jointRobotControlSystemBasedOnPLC
Abstract：Manipulatoris often encountered in the field of industrial automation, a control object. With the development of industrial automation in recent years, robot gradually become a new subject, and has been a rapid development. Manipulator widely used and forging, stamping, forging, welding, assembly, machining, painting, heat treatment and other industries. Especially in the heavy, high temperature, toxic, hazardous, radioactive, and more dust and other harsh work environment, the robot because of its significant advantages and special attention. In short, the mechanical hand is to increase labor productivity, improving working conditions, reduce labor intensity and to achieve industrial production of an important means of automation. Attach great importance to its domestic and international applications and development.
基于S7-200PLC气动控制机械手项目
基于S7-200P L C的气动控制机械手项目项目要求：采用PLC为主组成的控制系统，控制若干个电磁阀，驱动机械手作伸出、下降、抓取工件、上升、缩进、下降、放下工件、上升等动作。
当选择手动调试时，通过各步的开关或按钮操作机械手进行单步的动作。
当选择自动时，按下启动按钮，机械手按BCD拨码开关（两位）设定的循环次数，自动进行上述动作的循环工作，循环工作次数完成，机械手自动停止工作。
在自动循环过程中，若按下停止按钮，机械手在完成当前一个循环后停止。
2.4.1 机械手控制方案设计1. 机械手的基本构成项目要求机械手实现机械手下降——夹紧工件——机械手上升——机械手前伸——机械手下降——松开工件——机械手上升——机械手后退，共8步。
为此，需要有以压缩空气为动力源的气缸。
（1）控制机械手前伸/后退的气缸。
机械手前伸/后退的气缸水平安装在机械手立柱托架上，该气缸活塞的端头安装升降气缸构件。
由双电控电磁阀控制气路来实现机械手前伸/后退。
（2）控制机械手上升/下降的气缸。
升降气缸垂直安装，气缸伸出端向下。
该气缸活塞有上升（缩进）到位和下降（伸出）到位两个位置。
由双电控电磁阀控制气路来实现升降。
（3）控制机械手对工件夹紧/松开的气缸。
夹紧/松开工件的气缸构件安装在升降气缸活塞的端头。
该气缸活塞端头装有夹紧/松开工件的机械爪，由单图2.4-1 气动控制机械手电控电磁阀控制气路来实现机械爪的夹紧/松开。
2. 控制机械手气路的电磁阀共使用双电控电磁阀2个、单电控电磁阀1个。
各个电磁阀由PLC控制。
（1）控制机械手前伸/后退气缸的电磁阀。
采用双电控电磁阀控制前伸/后退气缸的气路。
对控制气缸活塞伸出的电磁阀线圈通电，将使机械手前伸。
对控制气缸活塞缩进的电磁阀线圈通电，将使机械手前伸。
两者应互锁。
（2）控制机械手上升/下降气缸的电磁阀。
采用双电控电磁阀控制上升/下降气缸的气路。
对控制气缸活塞伸出（下降）的电磁阀线圈通电，将使机械手下降。
机械手的plc控制
1 引言本文以某物流控制中的机械手控制为例，分析了PLC与步进驱动装置的控制方法，本系统涉及的主要硬件是S7-200 PLC和SH-2H057步进驱动器。
(1) S7-200 PLC系列是西门子公司的可编程控制器,这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200 PLC可以满足小规模的控制要求。
此外，丰富的CP 类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。
CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制; 输入和输出是系统的控制点:输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备;电源向CPU 及其所连接的任何设备提供电力;通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一些设备连起来;状态信号灯显示了CPU 的工作模式(运行或停止)，本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误;通过扩展模块可提供其通讯性能;通过扩展模块可增加CPU的I/O点数(CPU 221不扩展);一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡;EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中; 通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间;最大I/O配置。
( 2) SH-2H057驱动器输入信号共有三路，他们是:步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机电平信号FREE.他们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入光耦的负输入端，且电路形式完全相同，三路光耦的正输入端为OPTO 端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端需接外部系统的VC C端，如果VCC是+5伏，可直接接入;否则需在外部另加限流电阻，保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
l 步进脉冲信号CP步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度，也就是说:驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步角度，CP脉冲的频率改变则同时是步进电机的速率改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。
基于S7-200的多关节机械手的PLC控制
1 引言随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了工人的劳动强度，提高了劳动生产率，但传统的继电器控制的半自动化装置因设计复杂、接线繁杂、易受干扰，从而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题，为解决以上问题，可以采用可编程控制器PLC控制的机械手控制系统。
S7－200 PLC （Program Logic Controler）是德国西门子公司生产的小型可编程控制器，具有良好的可扩展性、价格低廉、指令功能强大、十分适合机械手控制系统中的应用。
但一般工业机器人执行机械手机构多为形状简单的夹钳式、托持式、吸附式等结构，其结构和抓握目标物的原理决定了有限的抓握功能，随着机器人应用范围的日益扩大和向智能化，拟人化方向的发展，其手部也有多指多关节的拟人化要求，另外在工伤、事故中断手的残疾人也需要功能价格比高的多关节机械手，为此我们设计出一套新的基于S7－200 PLC 的多关节机械手控制系统，该系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力，保证了系统运行的可靠性、降低了威胁率，提高了工作效率。
由于PLC控制受环境的限制，在使用过程中会受到各种干扰，影响系统的可靠性，因此必须采取各种抗干扰措施，以提高控制系统的可靠性。
2. 机械设计2.1 机械结构多指多关节的机械结构是最理想的机器人手爪，其每个手指的各个关节都各有一台独立的电机驱动，并配有传感和控制系统，使手爪能完全模拟人手动作，当抓取的目标物各边形状与手爪中心不对称时，每个手指各关节的弯曲程度可以不同，手爪对被抓物体的形状具有适应性。
先接触物体的手指其指关节产生较大的抗力而不能弯曲，而其他未接触到物体的手指将继续弯曲，直到每一个手指都接触物体，其结构如图1所示。
2.2 工作原理直流电机1经谐波减速器2减速后带动丝杠3旋转，使螺母4在导向杆12中上下移动，螺母4带动五根连杆5使四个手指的第一指节7转动，手指安装在弹性支座（手掌）6上，弹性支座6上另有五根固定拨杆8插入各手指的第二指节10上端的凹槽中，使第二指节在第一指节旋转时能同时绕第一、第二指节间的关节轴转动，而第一指节7下端装有固定拨杆9插入第三指节11上端的凹槽中，使第三指节同时随第一、第二指节的转动而绕第二、第三指节间的关节轴转动，从而形成三个指节联动抓握或放开目标物体，其抓握原理如图2所示。
基于S7—200PLC的机械手运动控制
基于S7—200PLC的机械手运动控制0 引言工业机械手（以下简称机械手）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分，越来越多地被研究和应用。
本设汁的控制系统采用小型可编程控制器S7—200PLC，具有编程简单、修改容易、可靠性高等优点。
1 机械手的选择根据古典力学的观点，物体在三维空间内的静止位置是由三个坐标或围绕三轴旋转的角度来决定的。
因此，物体的位置和方向（即关节的角度）能从理论上求得。
在实际生产生活中，机械手的自由度不是盲目模仿人手的动作来确定的，而是根据实际需要的动作，设计出最少自由度的机械手来满足作业要求。
所以一般专用机械手（不包括握紧动作）通常只具有2～3 个自由度。
而通用机械手则一般取4～5 个自由度。
本设计采用的机械手共有5 个自由度。
这五个自由度为机械手能够做出手臂伸缩、手臂上下摆动、手臂左右摆动、手腕回转、手指抓紧，该机械手示意图如图1 所示。
图1 机械手示意图2 动力装置的选择工业机械手要求精度非常高，所以本设计采用的是步进电机，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数宋控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
不过步进电机需要在驱动器的作用下才能正常工作，所以还要选择驱动器，本设计选择的是价格便宜而又方便使用的中美合资SH 系列步进电动机驱动器，主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等，实物图和接线原理图分别如图2 和图3 所示。
图2 步进电机驱动模块实物图图3 驱动模块与步进电机的接线示意图电源输入部分：由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。
信号输入部分：信号源由PTO 主机提供。
由于PTO 提供的电平为24V，输入部分的电平为5V，中间加了保护电路。
多关节工业机械手PLC控制系统设计
摘要：随着社会和科学技术的发展，工业生产的操作方式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐渐演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成某些生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产工具—-机械手。
与此同时也出现了一些新的生产活动，在这些生产活动中，有些是属于高危险的，对人体伤害较大，有些领域不适宜人类工作,机械手则正好适应这类工作。
在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式.机械手是模仿着人手部的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。
本文对多关节工业液压机械手的结构进行了详细研究。
关键词：三自由度，机械手, PLC系统Abstract：As society and the development of science and technology，Industrial production operation mode has also undergone a revolutionary change，from manual mill of labor，gradually evolved into automatic and intelligent mode of production and human also gradually unable to complete some production process, so in order to adapt to the needs of the production of the appeared special production tools - manipulator. Meanwhile also appeared a few new production activities in these production activities, some are belong to high risk, to human body harm is larger, some areas not suitable for human work is just，manipulator to meet this kind of work.In today’s large-scale manufacturers，enterprises to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree，industrial robots as an important member of automatic production line，gradually the enterprise recognizes and adopted. Industrial robot technology level and USES degree in a certain extent reflect a nation industrial automation level，at present，the industrial robot main bearing welding, spraying，handling and stacking repeatability and the intensity of labor etc greatly, work normally take the reappearance of the demonstration teaching way。
-》基于S7_200的搬运机械手的PLC控制
2011年第30卷2月第2期机械科学与技术Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering February Vol．302011No．2收稿日期：2010－02－04基金项目：学院基金项目（KY-2009-7）资助作者简介：韩伟娜（1979 ），讲师，硕士研究生，研究方向为机电一体化、CAD /CAM ，hanvenus@163．com 韩伟娜基于S7-200的搬运机械手的PLC 控制韩伟娜，刘宝华（北华航天工业学院，廊坊065000）摘要：以德国西门子公司的SIMATIC S7-200系列PLC 为基础，介绍PLC 在机械手搬运控制中的应用，给出了详细软、硬件设计过程。
该控制系统具有连线简单、功耗低、可靠性高等性能，可用于教学实践和工业应用。
关键词：S7-200；可编程序控制器；机械手；应用中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1003-8728（2011）02-0259-03PLC Control of Transportation Manipulator Based on S 7-200Han Weina ，Liu Baohua（North China Institute of Astronautic Engineering ，Langfang 065000）Abstract ：Based on the PLC of SIMENS SIMATIC S7-200type ，this paper introduces PLC application to a manip-ulator transportation control system ，and provides the hardware and software designing process in detail．This sys-tem can perform a simple connection with low power consumption and high reliability ，and it can be used in prac-tice teaching and industrial applications．Key words ：S7-200；PLC ；manipulator ；application 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，它能模仿人手臂的某些动作功能，可按固定顺序在空间抓、放、搬运物体等，动作灵活多样，广泛应用在工业生产和其他领域内。
基于西门子s7-200plc对机械手搬物控制的电气设计
Xxoo 学院毕业设计（论文）题目基于西门子s7-200plc对机械手搬物控制的电气设计专业名称机电设备维修与管理学生姓名指导教师毕业时间2014年7月摘要机械手能在许多劳动过程中模仿人的各种动作.机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
本次PLC实验设计是通过机械手实物教学模型来模拟使用S7-200来实现对机械手的控制。
本次实验设计涵盖了PLC技术、位置控制技术、气动技术，机械手实物教学模型的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、汽缸、气夹等机械部件组成。
在电气方面有步进电机、步进电机驱动器、传感器、限位开关、开关电源、电磁阀等电子器件组成同时采用西门子S7-200可编程控制器。
编程方面采用顺序控制来编程，先画出流程图，然后一步一步编程，子程序需要个PLC控制步进电机程序。
最后加一个手动控制机械手的程序，并做出面控制面板来。
通信并把程序下载到PLC 上，实现用控制面板手动控制机械手。
关键字：可编程控制器PLC，机械手，步进电机驱动器、步进电机，传感器目录第一章引言 (4)第二章 plc及其应用 (6)2.1 PLC的概念 (6)2.2 PLC的组成 (6)2.3 PLC工作原理及其特点 (8)2.4 PLC的应用 (8)第三章系统总体方案设计 (9)3.1气动机械手的控制要求 (9)3.2气动机械手的气压传动系统 (10)3.3系统的控制面板操作与工作方式 (10)3.4 本章小结 (11)第四章 PLC控制系统设计 (12)4.1可编程控制器的CPU选择 (12)4.2气动机械手的I/O地址分配表 (12)4.3 PLC外部接线图 (13)4.4 气动机械手控制流程图 (14)4.5 程序设计梯形图 (15)4.6 本章小结 (15)第五章系统调试 (16)5.1 使用设备 (16)5.2 调试过程 (16)第六章设计总结 (17)致谢词 (19)参考文献 (20)附录 (21)梯形图 (21)第一章引言在现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。
基于S7-200PLC的坐标式____机械手控制系统设计样本
学号《电气控制与可编程控制技术》课程设计（级本科）题目：基于S7-200PLC坐标式机械手控制系统设计系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：曹国虎指引教师：张静职称：副专家完毕日期：年12 月14 日课程设计任务书年秋季学期目录一、设计目.......................................... 错误!未定义书签。
二、设计任务及规定.................................. 错误!未定义书签。
2.1 控制规定.................................... 错误!未定义书签。
2.2 设计任务.................................... 错误!未定义书签。
三、系统硬件设计.................................... 错误!未定义书签。
3.1 PLC选型..................................... 错误!未定义书签。
3.2 I/O分派表................................... 错误!未定义书签。
3.3 硬件接线图.................................. 错误!未定义书签。
3.4 PLC外围端子接线图........................... 错误!未定义书签。
四、系统软件设计.................................... 错误!未定义书签。
4.1 程序设计流程图.............................. 错误!未定义书签。
4.2 程序设计顺序功能图.......................... 错误!未定义书签。
4.3 程序设计梯形图.............................. 错误!未定义书签。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于S7200的多关节机械手的PLC 控制袁川来(湖南冶金职业技术学院 湖南株洲 412000)摘 要:传统的自动控制装置在机械手控制过程中,由于可靠性差、故障多、维修困难等原因,已经不能满足机械手控制的需求。
以多关节机械手为研究对象,采用西门子S7200可编程控制器(PL C )对其电机驱动装置进行顺序控制,可以较好地解决这一问题,详细讨论了多关节机械手系统的机械结构、工作原理及PL C 系统控制,给出了PL C 控制中若干关键问题的解决方案,实践证明,该控制系统有效地提高了系统的抗干扰能力,实现了系统的智能化和柔性化。
关键词:机械手;PL C ;控制系统;S7200中图分类号:TM57116 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2006)0711303Polyarticular Manipulator ′s PLC Control B ased on S7200YUAN Chuanlai(Hunan Institute of Metallur ,Zhuzhou ,412000,China )Abstract :Traditional automatic control device in manipulator controlled process ,because of the bad reliability ,too many breakdown ,difficult service and so on ,could not meet the need of manipulator ′s control.Taking the polyarticular manipulator as the research object ,using SIM ENS S7200Programmable Logic Controller (PL C )to carry on the sequential control to its motordriven equipment ,itmight be a good solution to this question.The article discusses the polyarticular manipulator system mechanism ,the principle of work and the PL C systems control in detail ,produces in the PL C control certain key questions solutions ,it proves that this control system effectively improves the system antijamming ability ,and it has realized the system intellectualization and the flexibility.Keywords :manipulator ;PL C ;control system ;S7200收稿日期:200512191 引 言随着工业自动化的发展,机械手的出现大大减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产率,但传统的继电器控制的半自动化装置因设计复杂、接线繁杂、易受干扰,从而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。
为解决以上问题,可以采用可编程控制器PLC 控制的机械手控制系统。
S7200PLC (Program Logic Controler )是德国西门子公司生产的小型可编程控制器,具有良好的可扩展性、价格低廉、指令功能强大,十分适合在机械手控制系统中应用。
但一般工业机器人执行机械手机构多为形状简单的夹钳式、托持式、吸附式等结构,其结构和抓握目标物的原理决定了其有限的抓握功能。
随着机器人应用范围的日益扩大和向智能化、拟人化方向的发展,其手部也有多指多关节的拟人化要求;另外在工伤、事故中断手的残疾人也需要功能价格比高的多关节机械手。
为此我们设计出一套新的基于S7200PLC 的多关节机械手控制系统,该系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力,保证了系统运行的可靠性,降低了维修率,提高了工作效率。
由于PLC 控制受环境的限制,在使用过程中会受到各种干扰,影响系统的可靠性,因此必须采取各种抗干扰措施,以提高控制系统的可靠性。
2 机械设计2.1 机械结构多指多关节的机械结构是最理想的机器人手爪,其每个手指的各个关节都各有一台独立的电机驱动,并配有传感和控制系统,使手爪能完全模拟人手动作。
当抓取的目标物各边形状与手爪中心不对称时,每个手指各关节的弯曲程度可以不同,手爪对被抓物体的形状具有适应性。
先接触物体的手指其指关节产生较大的抗力而不能弯曲,而其他未接触到物体的手指将继续弯曲,直到每一个手指都接触物体,其结构如图1所示。
2.2 工作原理直流电机1经谐波减速器2减速后带动丝杠3旋转,使螺母4在导向杆12中上下移动,螺母4带动五根连杆5使五个手指的第一指节7转动,手指安装在弹性支座(手掌)6上,弹性支座6上另有五根固定拨杆8插入各手指的第二指节10上端的凹槽中,使第二指节在第一指节旋转311《现代电子技术》2006年第7期总第222期 电子技术应用时能同时绕第一、第二指节间的关节轴转动,而第一指节7下端装有固定拨杆9插入第三指节11上端的凹槽中,使第三指节同时随第一、第二指节的转动而绕第二、第三指节间的关节轴转动,从而形成三个指节联动抓握或放开目标物体。
其抓握原理如图2所示。
图1 五指十五关节手爪结构原理图2 抓握原理示意图当抓取的目标物各边形状与手爪中心不对称时,每个手指各关节的弯曲程度可以不同,手爪对被抓物体的形状具有适应性。
先接触物体的手指其指关节产生较大的抗力而不能弯曲,当螺母带动连杆5继续上移时,该手指的弹性支座6将向上翘起使手指不再弯曲,而其他未接触到物体的手指将继续弯曲,直到每一个手指都接触物体。
如图2(b )所示,因而同一电机驱动的五个手指能像人手一样适应目标物体的形状进行可靠抓取。
3 PLC 控制系统设计3.1 总体设计PLC 控制系统设计时不能过分依靠PLC 本体,使用外部继电器能够完成控制要求的,应使用外部继电器。
系统电机采用自耦降压启动,由于设计时取消外部时间继电器,采用启动信号直接输入PLC ,经PLC 内部计时器输出运行信号,启动时间难于精确确定,而且负荷变化将引起启动时间变化,从而当用户想要调整启动时间时就比较困难,需要具备PLC 编程知识及相关编程工具,而一般的用户或电工并不具备这样的条件,因此采用PLC 内部计时器作为启动时间控制就颇费周折,也不利于现场控制及日后维护。
PLC 的自动控制程序的编写方法很多,根据多关节机械手的特点,要求每一个动作严格按顺序执行,因此采用步进指令编写,以保证机械手的运行有条不紊。
在顺序及连锁控制中,涉及平行并联关系的机号,考虑到操作上的便利,让PLC 能自动选择运行电机,方便电机在运行过程中能够有选择地运行。
连锁关系为4级,见图2所示,前两级中有并列选择运行的电机(D1,D2,D3,D4)。
电气工作原理主要是控制电机的选择,其电气工作原理如图3所示,将开关S 拨到集中控制时,K2吸合给PLC 一个信号,让PLC 识别该电机需要运行,而没有选择集中控制的电机则认为暂时不运行。
图3 电气工作原理图3.2 延时报警系统为避免因压力不足或机械手动作不到位造成的误动作,系统设置了延时报警系统,如图4所示。
图4 延时报警系统梯形图当某一机械手爪因故障被卡超过设定时限,延时报警系统将动作:设Y5为控制该电机动作的继电器,X5为对应动作的限位,若该动作超时,对应的时间继电器T4将动作,则T4的动合触点接通,首先接通Y18,切断电源,停止411工控技术袁川来:基于S7200的多关节机械手的PL C 控制电机运行。
因故障排除按钮为动作,内部继电器R0未导通,则Y16接通,与之相连的报警蜂鸣器通电发声报警,与此同时,R901C导通后周期性地通断,通过已接通的T0导通Y17,使与之相连的报警指示灯不停闪烁,提醒工人排除故障,从而避免机械手爪故障加重造成抓举动作失败而造成严重后果。
一旦故障排除,X14接通,内部继电器导通,其通断触电打开,蜂鸣器停止报警,报警灯熄灭。
4 抗干扰设计4.1 防输入/输出信号干扰的措施防输入信号的线间干扰,机械手PLC控制系统中的这种干扰虽然可以通过输入单元的滤波电路使其衰减,然而,输入信号线与大地间的共模干扰在控制器内部回路产生大的电位差,可能引起控制器误动作。
因此,为了抗共模干扰,除控制器要良好接地外,在设计肋骨冷弯机PLC 控制系统时还采取了以下两种抗干扰措施。
(1)在输入端并接续流二极管使机械手的PLC控制系统中只有直流输入信号,因此采取并接续流二极管(只在信号输入端有感性负载时采用)的方法,可以防止信号变化时感应电势损坏输入单元;(2)防感应电压的措施,尽量避免机械手PLC控制系统的输入信号线与电源线平行走线,在输入端并接浪涌吸收电路,在长距离配线和大电流的场合,感应电压采用继电器转换。
4.2 PL C控制系统中的接地方法(1)由于PLC机柜和操作台、配电柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分,由于各种原因(如腐蚀、绝缘破损等)而有可能带危险电压,所以应该进行保护接地,低于36V供电的设备,无特殊要求可不做接地保护。
(2)PLC控制系统中的基准电位是各回路工作的参考电位,基准电位的连接线称为系统地,通常是控制回路直流电源的零伏导线,系统接地的方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。
(3)为防止静电感应和磁场感应而设置的屏蔽接地端子应做屏蔽接地。
其中信号回路接地和屏蔽接地又通称为工作接地。
一般以上接地方法的控制原则是:保护地和工作地不能混用,这是由于在每一段电源保护地线的两点间会有数毫伏,甚至几伏的电位差,这对低电平信号电路来说是一个非常严重的干扰。
屏蔽地,当信号电路是单点接地时,低频电缆的屏蔽层也应单点接地。
如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上时,将产生噪声电流,形成噪声干扰源。
本系统采用的接地电阻都需要在规定的范围内,对于PLC组成的控制系统一般应小于4Ω,而且要有足够的机械强度,事前都需要进行防腐处理。
PLC组成的控制系统进行单独设置接地系统,也可以利用现场条件进行“等电位联结”进行接地设计。
5 上位机与PLC数据通信PLC上位机的通信是PLC应用于控制的重要环节。
S7200通过选择合适的通信口工作方式与上位机通信, S7200系列PLC的通信口有3种工作方式:PPI(Pointto Piont Interface)方式、Freeport(自由口)方式、PROFI2 BUS DP方式。