基于西门子S7-200PLC的机械手控制器的硬件设计

张岩坤

[摘 要]在此对机械手控制器的总体设计方案进行了合理分析和科学论证，设计了以西门子PLCS7-200为核心器件，完成机械手的行动控制系统。对硬件系统和主要功能模块进行了设计和规划，其中系统硬件设计模块主要包含PLC系统、保护系统、提示系统和控制系统等四个模块。

[关键词]PLC;机械手;控制器;多模式

生产力的不断进步推动了科技的进步与革新，建立了更加合理的生产关系。机械手是工业自动化最突出的表现，它能自动工作。随着自动化理论的提升和各行业需求，机械手技术迅速发展起来。

一、设计重点和思路

（一）功能要求

切换开关来决定工作模式，手动、自动。

手动模式下可以任意方向操作，前进、后退、下降、上升、左移、右移。

自动模式下可以执行设定好的路径，大体为3部分，到达产品抓取位置，移动到产品指定摆放区，回到原点。

（二）设计要求

具体设计要求如下：①通过PLC控制电机运动距离;②电磁阀控制气缸动作;③转换开关控制模式切换。

二、系统总体方案设计

手臂动作设计方案有两种：即采用气动控制技术和采用轴动控制技术。通过对上述两个方案的比较和综合考虑后，认为选取后一种方案较为合理。轴动控制相对气动控制更为灵活、更为稳定。如果选用气缸式，在变换抓取（放下）位置时需要更换气缸，造价上虽低廉不少，但需要频繁装卸。

机械手手爪设计方案主要有两种：即采用小伺服电机控制手爪和采用小气缸来控制手爪。通过对比以上两种设计方案，后一种方案相对要好，气缸式带有一定的弹性，可以减少抓取时对产品产生的损害;采用电机式也行，但要添加一个压力检测，防止盲目抓紧破坏产品，费用增加不少，还有一定危险性，因此要采用小气缸进行控制。

三、模块选用及功能阐述

（一）西门子PLCS7系列的介绍及构成说明

西门子公司出产了多个PLC系列，S7-200PLC具有体积小、接口可拓展、价格便宜、配有强大的指令系统等优势，在一般情况下可以满足控制系统的大多数要求。当选择的主机没有想要的控制功能时，就需要对硬件部分加装拓展模块。扩展模块包括数字模块、模拟模块、通讯模块和功能模块四类。设计中可以根据要求来选择所需的扩展模块。

（二）S7-200CPU存储器的类型

输入继电器（I）、输出继电器（Q）、通用辅助继电器（M）、特殊继电器（SM）、顺序控制继电器（S）、定时器（T）、计数器（C）。

四、硬件设计与制作

（一）硬件設计

1.材料清单

6个轨道、3个电机、1个气缸、1个减压阀、8个传感器、12个指示灯、1个电磁抱闸、1个PLC S7-200、1个两位三通电磁阀。

2.输入输出信号地址分配表

在进行设计前构架好思路，确定输入端与外接设备的地址，这样在编写整体结构时比较方便。根据I/O表观察，需要的端口数量大于常规CPU端口，因此选择添加一个数字模块EM223来增多输入输出口。

3.主机PLC管脚接线

（二）整体接线

接线流程说明：电源从220V的生活用电接入，连接到空气开关，空开连接交流接触器和开关电源，交流接触器连接交流继电器最后接到热继电器，连接电机。开关电源变电压为DC24V，接到PLC，PLC输出端接各电机正反转接触器，以及各种指示灯;PLC输入端接感应器和操作按钮。如图1所示。

（三）硬件

传感器、控制开关、开关电源、空气开关、交流接触器、减压阀、气控电磁阀。

本文使用的是PLC为主控器件，在一些高危，高污染地区也可正常工作。PLC又具有可编程和拓展模块的能力，本文中的程序有较明显的模块划分，也便于以后的设备升级，很符合现代工厂的条件。虽然机械手结构简单，相对来说也比较落后，但满足设计要求，运行效果也不错，而且还具有较高的可行性和可塑性。

参考文献：

[1] Yan-Jun X， Jing Z， Yu-Ming G， et al. The Research of Automatic Mold Manipulator Control System on PLC[C]. Wase International Conference on Information Engineering. IEEE Computer Society， 2010： 200-203.

[2]王伟.可编程序控制器的使用和维护[M].北京：化学工业出版社，2005.

[作者单位]

广东省东莞市东莞理工学校

（编辑：温子超）