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摘 要：搬运机械手可以完成不同的工業环境中物体的搬运工作，其核心是控制系统，本文选择S7-200PLC为搬运机械手的主控制器，重点介绍了系统的硬件设计和软件设计。
关键词：S7-200PLC；搬运机械手；硬件设计；软件设计
随着工业自动化的普及和快速发展，机械手广泛应用于现代机械加工领域中小批量生产的自动化生产线上，用于替代人类的繁重劳动，提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。搬运机械手具有定位准确、工作稳定、结构灵活等特点，可以完成不同的工业环境中物体的搬运工作。搬运机械手的核心是其控制系统，本文选择S7-200PLC为搬运机械手的主控制器，重点介绍了系统的硬件设计和软件设计。
1 搬运机械手控制功能分析
如图1所示，该搬运机械手的功能主要是将起点位置（D点）的工件抓放到传送带（E点）上面。工件放好后能自动回到原点（起始位置）继续等待是否有新的工件需要搬运。
图1 搬运机械手运动情况示意图
具体控制功能：是否有工件，由D点的传感器检测（LS0动作）；只要D点有工件，机械手臂先下降（B缸动作）将工件抓取（C缸动作）后上升（B缸复位），再将工件搬运（A缸动作）到E点上方，机械手臂再次下降（B缸动作）后放开（C缸复位）工件，机械手臂上升（B缸复位），最后机械手臂再回到原点（A缸复位）。其中A、B、C缸均为双作用气缸，使用二位五通双电控电磁阀控制，给正动作线圈通电时A、B、C缸分别执行左移、下移、抓紧，反动作线圈通电时则分别执行右移、上移、松开。C缸在抓取或放开工件后，都需有1秒的时间间隔，机械手臂才能动作。当E点有工件且B缸已上升到LS4时，传送带电机转动以运走工件，经2秒后传送带电机自动停止。工件若未完全运走（计时未到）时，则应等待传送带电机停止后才能将工件移走。LS0为D点有无工件检测用接近开关， LS1和LS2分别是A缸前行限制开关（左极限）和退回限制开关（右极限）；LS3和LS4分别是B缸下降限制开关（下极限）和上升限制开关（上极限）；LS5是E点有无工件检测用接近开关。
机械手整个搬运过程能实现手动控制和自动控制。启动时，可以选择采用手动控制、自动控制或半自动控制（又称单周期控制），以方便对设备进行调试和检修。系统在启动之前，机械手处于起始位置（即机械手在最顶端、最右边）。任意时刻按下停止按钮时，系统不会马上停止，要完成当前周期回到原位后才停下来。
2 基于PLC的搬运机械手硬件设计
2.1 I/O地址分配表
通过对搬运机械手控制功能的分析，可以确定输入信号为按钮、选择开关、接近开关等；输出信号为双电控电磁阀。结合搬运机械手的运动过程，该系统需要18个输入点、5个输出点，查阅S7-200PLC手册发现CPU226AC/DC/RELAY PLC有24路数字量输入，16路数字量输出，6个高速计数器，2个通讯口，可扩展7个模块，符合本控制系统的要求。I/O地址分配表见表1。
表1 搬运机械手的I/O地址分配表
2.2 PLC硬件接线图
根据I/O地址分配表，绘制出搬运机械手的PLC硬件接线图如图2所示。并根据硬件接线图进行现场器件的安装、接线、检测等。
图2 搬运机械手的PLC硬件接线图
3 基于PLC的搬运机械手软件设计及调试
3.1 顺序功能图
搬运机械手的工作过程是按照固定的顺序一步一步实施的，根据这一特点，可以绘制出机械手自动控制的顺序功能图。
3.2 梯形图
西门子S7-200编程软件STEP7 MicroWIN V4.0不支持顺序功能图编程，所以需要将顺序功能图转化为梯形图，如图3所示。
图3搬运机械手自动控制的顺序功能图 图4搬运机械手自动控制的梯形图
3.3 程序调试
程序编写结束后，利用PPI电缆实现PLC与PC的通讯，将程序下载到PLC中进行调试。根据控制功能，按下启动按钮，观察系统是否能按要求依次动作。若不能满足功能则需要反复修改程序直至无误，经过现场联机调试就可以确定整个控制线路和系统程序了。
4 结论
通过实验证明，基于PLC的搬运机械手控制系统运行稳定、定位准确，能够对工件进行安全有效的搬运，使用效果良好。满足了降低劳动强度和提高生产效率的要求。
参考文献
[1]吕栋腾.基于PLC控制的搬运机械手设计[J].装备制造技术，2014（10）.
[2]葛佳佳，陈峰.基于PLC技术的机械手控制系统设计[J].工业控制计算机，2015（2）.
[3]西门子公司.《深入浅出西门子S7-200PLC》[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[4]李景魁.基于PLC的机械手控制系统设计[J].煤矿机械，2012（10）.
[5]童泽.《PLC职业技能教程》（工业和信息产业职业教育教学指导委员会十二五规划教材）[M].北京：电子信息工业出版社，2011.
[6]李海波.《PLC应用技术项目化教程（S7-200）》[M].北京：机械工业出版社，2012.
作者简介：
王燕燕（1984～），女，山西临汾人，湖南机电职业技术学院，讲师，主要从事电气自动化专业教学与研究。
关键词：S7-200PLC；搬运机械手；硬件设计；软件设计
随着工业自动化的普及和快速发展，机械手广泛应用于现代机械加工领域中小批量生产的自动化生产线上，用于替代人类的繁重劳动，提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。搬运机械手具有定位准确、工作稳定、结构灵活等特点，可以完成不同的工业环境中物体的搬运工作。搬运机械手的核心是其控制系统，本文选择S7-200PLC为搬运机械手的主控制器，重点介绍了系统的硬件设计和软件设计。
1 搬运机械手控制功能分析
如图1所示，该搬运机械手的功能主要是将起点位置（D点）的工件抓放到传送带（E点）上面。工件放好后能自动回到原点（起始位置）继续等待是否有新的工件需要搬运。
图1 搬运机械手运动情况示意图
具体控制功能：是否有工件，由D点的传感器检测（LS0动作）；只要D点有工件，机械手臂先下降（B缸动作）将工件抓取（C缸动作）后上升（B缸复位），再将工件搬运（A缸动作）到E点上方，机械手臂再次下降（B缸动作）后放开（C缸复位）工件，机械手臂上升（B缸复位），最后机械手臂再回到原点（A缸复位）。其中A、B、C缸均为双作用气缸，使用二位五通双电控电磁阀控制，给正动作线圈通电时A、B、C缸分别执行左移、下移、抓紧，反动作线圈通电时则分别执行右移、上移、松开。C缸在抓取或放开工件后，都需有1秒的时间间隔，机械手臂才能动作。当E点有工件且B缸已上升到LS4时，传送带电机转动以运走工件，经2秒后传送带电机自动停止。工件若未完全运走（计时未到）时，则应等待传送带电机停止后才能将工件移走。LS0为D点有无工件检测用接近开关， LS1和LS2分别是A缸前行限制开关（左极限）和退回限制开关（右极限）；LS3和LS4分别是B缸下降限制开关（下极限）和上升限制开关（上极限）；LS5是E点有无工件检测用接近开关。
机械手整个搬运过程能实现手动控制和自动控制。启动时，可以选择采用手动控制、自动控制或半自动控制（又称单周期控制），以方便对设备进行调试和检修。系统在启动之前，机械手处于起始位置（即机械手在最顶端、最右边）。任意时刻按下停止按钮时，系统不会马上停止，要完成当前周期回到原位后才停下来。
2 基于PLC的搬运机械手硬件设计
2.1 I/O地址分配表
通过对搬运机械手控制功能的分析，可以确定输入信号为按钮、选择开关、接近开关等；输出信号为双电控电磁阀。结合搬运机械手的运动过程，该系统需要18个输入点、5个输出点，查阅S7-200PLC手册发现CPU226AC/DC/RELAY PLC有24路数字量输入，16路数字量输出，6个高速计数器，2个通讯口，可扩展7个模块，符合本控制系统的要求。I/O地址分配表见表1。
表1 搬运机械手的I/O地址分配表
2.2 PLC硬件接线图
根据I/O地址分配表，绘制出搬运机械手的PLC硬件接线图如图2所示。并根据硬件接线图进行现场器件的安装、接线、检测等。
图2 搬运机械手的PLC硬件接线图
3 基于PLC的搬运机械手软件设计及调试
3.1 顺序功能图
搬运机械手的工作过程是按照固定的顺序一步一步实施的，根据这一特点，可以绘制出机械手自动控制的顺序功能图。
3.2 梯形图
西门子S7-200编程软件STEP7 MicroWIN V4.0不支持顺序功能图编程，所以需要将顺序功能图转化为梯形图，如图3所示。
图3搬运机械手自动控制的顺序功能图 图4搬运机械手自动控制的梯形图
3.3 程序调试
程序编写结束后，利用PPI电缆实现PLC与PC的通讯，将程序下载到PLC中进行调试。根据控制功能，按下启动按钮，观察系统是否能按要求依次动作。若不能满足功能则需要反复修改程序直至无误，经过现场联机调试就可以确定整个控制线路和系统程序了。
4 结论
通过实验证明，基于PLC的搬运机械手控制系统运行稳定、定位准确，能够对工件进行安全有效的搬运，使用效果良好。满足了降低劳动强度和提高生产效率的要求。
参考文献
[1]吕栋腾.基于PLC控制的搬运机械手设计[J].装备制造技术，2014（10）.
[2]葛佳佳，陈峰.基于PLC技术的机械手控制系统设计[J].工业控制计算机，2015（2）.
[3]西门子公司.《深入浅出西门子S7-200PLC》[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.
[4]李景魁.基于PLC的机械手控制系统设计[J].煤矿机械，2012（10）.
[5]童泽.《PLC职业技能教程》（工业和信息产业职业教育教学指导委员会十二五规划教材）[M].北京：电子信息工业出版社，2011.
[6]李海波.《PLC应用技术项目化教程（S7-200）》[M].北京：机械工业出版社，2012.
作者简介：
王燕燕（1984～），女，山西临汾人，湖南机电职业技术学院，讲师，主要从事电气自动化专业教学与研究。