基于PLC 和力控组态软件的搬运机械手模拟仿真系统设计

2024-03-18杨轶霞

中国设备工程 2024年5期

杨轶霞

（甘肃工业职业技术学院，甘肃天水 741025）

搬运机械手是能模仿人和臂的某些动作功能，用以固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，在工业自动化生产过程中，机械手广泛应用于机械加工、食品、医药等领域的自动流水线、货物装卸调用，在现代的自动化生产车间中都配有搬运机械手，机械手可用于搬运货物、取料、送料等，该文利用力控组态软件平台，以PLC 作为控制器，设计了可以远程监控的搬用机械手控制系统。

1 搬运机械手的控制要求

某生产线上有一台工业机械手，主要功能是将工件由工作台A 处搬运到工作台B 处。示意图如图1 所示。

图1 机械手工作示意图

机械手初始状态：机械手在左上位，原位指示灯HL点亮，左限位开关SQ4 和上限位开关SQ2 受压闭合。

（1）按下起动按钮SB1 后，原点指示灯HL 灭，机械手下降电磁阀YV1 得电，机械手开始下降。

（2）机械手下降到位后，压动下限位开关SQ1，YV1 断电，夹紧电磁阀YV2 得电，机械手夹紧工作。

（3）完全夹紧后，上升电磁阀YV3得电，机械手上升。

（4）上升到上限位SQ2 后，机械手右移电磁阀YV4得电，机械手右移。

（5）右移到右限位SQ3 后，机械手下降电磁阀YV1得电，机械手下降。

（6）下降到下限位SQ1 后，机械手夹紧电磁阀YV2复位，机械手将工件松开。

（7）完全松开后，上升电磁阀YV3得电，机械手上升。

（8）上升到位后，压动上限位开关SQ2，机械手左移电磁阀YV5 得电，机械手左移。

左移到位后，压下左限位开关SQ4，机械手回到原点，至此一个周期的动作结束。再按一次起动按钮SB1 就开始下一个周期运行。

2 搬运机械手控制系统总体设计

搬运机械手一个周期的动作属于典型的顺序控制，通过控制不同的电磁阀线圈得电或断电完成机械手上升、下降、左右移动等动作。利用力控组态软件和PLC构建的虚拟仿真平台制作机械手的监控界面，组态画面显示机械手的动作状态。通过PLC 控制器实现机械手各环节的控制。

本系统选用北京三维力控公司的ForceControl7.1版本，力控具有完整的分布式体系结构，与高可靠的PLC 和网络系统结合，通过多种通信协议，组态可视化操作界面，达到集中管理和监控的目的。

搬用机械手的运行通过PLC 进行控制，控制器选用西门子S7-200 系列的CPU226 PLC，在上位计算机中安装力控组态软件和 STEP7 MicroWinV4.0 编程软件，计算机与下位机PLC 用RS232C 标准串口COM1 实现硬件通信连接。搬用机械手仿真系统设计包括搬用机械手组态画面的构建、PLC 程序设计。

3 PLC 控制系统设计

3.1 I/O 地址分配表

根据搬用机械手的控制要求，将PLC 的I/O 分配如图2 所示。

图2 机械手输入输出分配表

3.2 控制系统程序设计

根据搬用机械手的工序，画出顺序功能图如图3所示。

图3 机械手顺序功能图

4 搬运机械手力控组态监控的设计

4.1 I/O 设备组态和数据库组态

（1）I/O 设备组态。底层设备PLC、DCS、智能仪表等在力控中都属于I/O 设备，需要先定义，数据库变量才能与外部设备交换数据。本系统中由于使用的I/O设备是西门子S7-200 系列PLC，因此，在导航器的跟结点“I/O 设备”下面双击“S7-200PLC[PPI]”选项，通信方式使用串口RS232，选用COM1 串口。串口通信参数设置是波特率为9600，奇偶校验为偶校验，数据为7 位，停止为1 位。

（2）数据库点，本系统中建立12 个数据库点，其中的启动按钮、停止按钮、上下、左右限位开关都是PLC 的输入变量，在PLC 中的地址分别是M0.0 ～M0.5。建立数据库连接项（图4）。

图4 机械手数据库点

4.2 组态画面设计

进入力控的开发系统，利用工具栏中的工具箱和图库，在新建界面设计搬运机械手的监控画面。监控界面包括三部分：搬运机械手上升、下降、左右移位指示灯的状态显示；上下左右限位开关的动作状态和启动及停止按钮等。对按钮和指示灯建立动画连接和脚本编辑，将图形对象与变量或表达式建立连接，搬运机械手监控界面如图5 所示。

图5 机械手监控组态画面

5 系统调试

通过编写PLC 控制程序实现控制要求，程序调试无误后，通过PC/PPI 线缆连接S7-200PLC 的COM0 和监控计算机的COM1 口，设置正确的通信，将编写好的程序下载至PLC 中，同时进入力控的运行系统，在显示“选择窗口”选择“搬运机械手”画面，通过力控来采集底层数据实现数据采集，在监控计算机中实现搬运机械手各工序监控画面的动画效果，搬运机械手PLC 控制程序如图6 所示。