教学型机械手PLC控制系统设计

□黄跃娟 程梦圆 张哲豪

（哈尔滨华德学院机器人工程学院 黑龙江 哈尔滨 150025）

教学型机械手PLC控制系统设计

□黄跃娟 程梦圆 张哲豪

（哈尔滨华德学院机器人工程学院 黑龙江 哈尔滨 150025）

教学型机械手是针对教学所研制的典型机器人设备，本项目根据教学型机械手工作原理及系统需要完成的任务特点，主要设计了教学型机械手PLC控制系统，确定了教学型机械手PLC的硬件电路和软件设计，努力研究出良好的机械手。同时监控软件利用组态进行开发实现了动态监控，增加了经济性和实用性，能够满足教学演示和实验的目的。

教学型机械手；PLC；监控

随着现代工业技术的发展，自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。这对于一些往复的工作有机械手远程控制或自动完成显得非常的重要。为适应社会发展和人才的需求，教学型机械手的研制能使学生比较全面、综合地了解现代工业设计，并亲身接触和体验现代工业设计。在学生获得科技知识和实践能力的同时，激发他们的创新意识和潜能，具有十分重要的现实意义。

1 整体设计方案

PLC控制的教学型机器人通过上位机WinCC或者按钮和限位开关控制S7-1200，再通过S7-1200控制X轴、Y轴的伺服电动机和Z轴直流电机，来实现机械手臂从原点到达所指定的平面的点，能够准确的定位，可靠的完成各项动作。系统结构框图主要由上位机WinCC、伺服电机、按钮、可编程序控制器、指示灯、中间继电器、限位开关、直流电机组成。

2 硬件电路设计

根据教学型机械手的动作流程,设计其电气原理图，外部220V交流电进L1，N供设备使用。QF1是总的设备断路器，可以通断整台设备电源。FU1是整台设备的熔断器，起到过流保护作用。QF2在主电路断路器。可以通断伺服1，伺服2，和电机3的电源。A1是直流电源，将交流220V电变为48V直流电供伺服驱动1和伺服驱动2和直流电机M3使用。A2是伺服1驱动，驱动X轴电机运行。M1是X轴电机，驱动机械手水平左右运动。PLC输出的Q0.0接伺服驱动1的脉冲输入，PLC输出的Q0.1接伺服驱动1的反向控制输入。A3是伺服2驱动，驱动Y轴电机运行。M2是Y轴电机，驱动机械手水平前后运动。M3是Z轴直流电机，驱动机械手垂直升降运动。KA1是下降启动继电器的触点，控制Z轴下降，KA2是上升启动继电器的触点，控制Z轴上升。

根据控制系统的要求，PLC选择CP1214 DC/DC/DC，晶体管输出。教学型机械手控制系统输入设备有按钮、开关、行程开关占用PLC的端子有I0.0到I0.7和I1.0到I1.2共11路数字量输入，输出设备有指示灯和中间继电器占用PLC的端子有Q0.0到Q0.7和Q1.0到Q1.1共10路数字量输出。根据PLC的I/O分配表，可以画出PLC接线图。

3 软件设计

根据教学型机械手控制要求及动作流程，设计软件程序。主程序流程图主要体现程序下载到可编程逻辑控制器S7-1200，通过对WinCC参数设置，选择自动和手动两种工作方式，机械手臂到达相应的点完成上升、下降、夹紧、松开动作，实现快速响应、抓取放置位置准确等特点。

4 监控画面设计

新建WinCC项目，打开WinCC项目管理器，新建项目选单用户项目，点确定。选择完项目类型，然后创建项目窗口，选择文件夹，设定文件名，点创建。新建WinCC项目完成后，初始WinCC画面。

在WinCC项目管理器里找到变量管理，鼠标右键，弹出菜单，选择打开。打开变量管理器，得到的初始画面。点变量管理，右键选择新建驱动，选择SIMATIC S7-1200，S7-1500 Channel。点 OMS+，鼠标右键，新建连接，然后在新建的连接上，右键选择连接参数。得到的初始连接参数更改成如下，IP地址192.168.1.111，访问点 PLCSIM，产品系列 S7-1200。启动PLC仿真，下载PLC程序和数据，激活WinCC，在变量管理里，找到连接，右键，选择AS符号里的从AS中读取，会从PLC里面读取变量。读取完成后需要勾选WinCC里需要使用的变量，勾选完成后可以保存在项目文件夹里。当通信定义和变量管理完成，得到组态后的画面。

结束语

本文介绍了教学型机械手的设计过程，在设计中，机械手控制系统采用PLC进行控制，可以根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数，实现机械手控制系统的不同工作需求，机械手控制系统具有了很大的灵活性和可操作性。该机械手经过严格的PLC选型，合理的硬件配置及完善的程序设计，整体布局紧凑合理，程序运行可靠，且具有动态监控功能。

[1]朱慧玲.教学机器人的开发与设计[J].机电产品开发与创新.2007，20（2）：17.

[2]郭洪红.工业机器人技术[M].西安电子科技大学出版社,2006：13.

1004-7026（2017）12-0113-01

TP241

A

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