教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□黃躍娟 程夢(mèng)圓 張哲豪

（哈爾濱華德學(xué)院機(jī)器人工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150025）

教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

□黃躍娟 程夢(mèng)圓 張哲豪

（哈爾濱華德學(xué)院機(jī)器人工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150025）

教學(xué)型機(jī)械手是針對(duì)教學(xué)所研制的典型機(jī)器人設(shè)備，本項(xiàng)目根據(jù)教學(xué)型機(jī)械手工作原理及系統(tǒng)需要完成的任務(wù)特點(diǎn)，主要設(shè)計(jì)了教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)，確定了教學(xué)型機(jī)械手PLC的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，努力研究出良好的機(jī)械手。同時(shí)監(jiān)控軟件利用組態(tài)進(jìn)行開發(fā)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)監(jiān)控，增加了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，能夠滿足教學(xué)演示和實(shí)驗(yàn)的目的。

教學(xué)型機(jī)械手；PLC；監(jiān)控

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)越來越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢，這對(duì)一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時(shí)操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。這對(duì)于一些往復(fù)的工作有機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常的重要。為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和人才的需求，教學(xué)型機(jī)械手的研制能使學(xué)生比較全面、綜合地了解現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)，并親身接觸和體驗(yàn)現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)。在學(xué)生獲得科技知識(shí)和實(shí)踐能力的同時(shí)，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)和潛能，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 整體設(shè)計(jì)方案

PLC控制的教學(xué)型機(jī)器人通過上位機(jī)WinCC或者按鈕和限位開關(guān)控制S7-1200，再通過S7-1200控制X軸、Y軸的伺服電動(dòng)機(jī)和Z軸直流電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂從原點(diǎn)到達(dá)所指定的平面的點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確的定位，可靠的完成各項(xiàng)動(dòng)作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖主要由上位機(jī)WinCC、伺服電機(jī)、按鈕、可編程序控制器、指示燈、中間繼電器、限位開關(guān)、直流電機(jī)組成。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)型機(jī)械手的動(dòng)作流程,設(shè)計(jì)其電氣原理圖，外部220V交流電進(jìn)L1，N供設(shè)備使用。QF1是總的設(shè)備斷路器，可以通斷整臺(tái)設(shè)備電源。FU1是整臺(tái)設(shè)備的熔斷器，起到過流保護(hù)作用。QF2在主電路斷路器?？梢酝〝嗨欧?，伺服2，和電機(jī)3的電源。A1是直流電源，將交流220V電變?yōu)?8V直流電供伺服驅(qū)動(dòng)1和伺服驅(qū)動(dòng)2和直流電機(jī)M3使用。A2是伺服1驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)X軸電機(jī)運(yùn)行。M1是X軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手水平左右運(yùn)動(dòng)。PLC輸出的Q0.0接伺服驅(qū)動(dòng)1的脈沖輸入，PLC輸出的Q0.1接伺服驅(qū)動(dòng)1的反向控制輸入。A3是伺服2驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)Y軸電機(jī)運(yùn)行。M2是Y軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手水平前后運(yùn)動(dòng)。M3是Z軸直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械手垂直升降運(yùn)動(dòng)。KA1是下降啟動(dòng)繼電器的觸點(diǎn)，控制Z軸下降，KA2是上升啟動(dòng)繼電器的觸點(diǎn)，控制Z軸上升。

根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，PLC選擇CP1214 DC/DC/DC，晶體管輸出。教學(xué)型機(jī)械手控制系統(tǒng)輸入設(shè)備有按鈕、開關(guān)、行程開關(guān)占用PLC的端子有I0.0到I0.7和I1.0到I1.2共11路數(shù)字量輸入，輸出設(shè)備有指示燈和中間繼電器占用PLC的端子有Q0.0到Q0.7和Q1.0到Q1.1共10路數(shù)字量輸出。根據(jù)PLC的I/O分配表，可以畫出PLC接線圖。

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)型機(jī)械手控制要求及動(dòng)作流程，設(shè)計(jì)軟件程序。主程序流程圖主要體現(xiàn)程序下載到可編程邏輯控制器S7-1200，通過對(duì)WinCC參數(shù)設(shè)置，選擇自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式，機(jī)械手臂到達(dá)相應(yīng)的點(diǎn)完成上升、下降、夾緊、松開動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、抓取放置位置準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

4 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

新建WinCC項(xiàng)目，打開WinCC項(xiàng)目管理器，新建項(xiàng)目選單用戶項(xiàng)目，點(diǎn)確定。選擇完項(xiàng)目類型，然后創(chuàng)建項(xiàng)目窗口，選擇文件夾，設(shè)定文件名，點(diǎn)創(chuàng)建。新建WinCC項(xiàng)目完成后，初始WinCC畫面。

在WinCC項(xiàng)目管理器里找到變量管理，鼠標(biāo)右鍵，彈出菜單，選擇打開。打開變量管理器，得到的初始畫面。點(diǎn)變量管理，右鍵選擇新建驅(qū)動(dòng)，選擇SIMATIC S7-1200，S7-1500 Channel。點(diǎn) OMS+，鼠標(biāo)右鍵，新建連接，然后在新建的連接上，右鍵選擇連接參數(shù)。得到的初始連接參數(shù)更改成如下，IP地址192.168.1.111，訪問點(diǎn) PLCSIM，產(chǎn)品系列 S7-1200。啟動(dòng)PLC仿真，下載PLC程序和數(shù)據(jù)，激活WinCC，在變量管理里，找到連接，右鍵，選擇AS符號(hào)里的從AS中讀取，會(huì)從PLC里面讀取變量。讀取完成后需要勾選WinCC里需要使用的變量，勾選完成后可以保存在項(xiàng)目文件夾里。當(dāng)通信定義和變量管理完成，得到組態(tài)后的畫面。

結(jié)束語

本文介紹了教學(xué)型機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程，在設(shè)計(jì)中，機(jī)械手控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，可以根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性。該機(jī)械手經(jīng)過嚴(yán)格的PLC選型，合理的硬件配置及完善的程序設(shè)計(jì)，整體布局緊湊合理，程序運(yùn)行可靠，且具有動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能。

[1]朱慧玲.教學(xué)機(jī)器人的開發(fā)與設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2007，20（2）：17.

[2]郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2006：13.

1004-7026（2017）12-0113-01

TP241

A

DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.12.092