Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．１０，２０１ ４ 基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计 吕栋腾 （陕西国防工业职业技术学院，陕西摘西安７１０３００） 要：传统的搬运机械手采用硬接线控制，系统接线复杂，灵活性有待提高。提出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手 设计方案，并采用ＭＣＧＳ组态监控。以软件编程代替硬件控制完成机械手的运动控制，在一定程度上提高了搬运机械手 系统的灵活性。 关键 ：搬运 械手；ＰＬＣ；组态监控 中图分类号：ＴＰ２４１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ６７２—５４５Ｘ（２０１ ４）１ ０—０１ ６８—０２ 在现代机械加工领域，机械手广泛应用于中小 批量生产的自动化生产线上，用于替代人类的繁重 劳动，实现生产的机械化和自动化。搬运机械手由于 定位准确、工作稳定、结构灵活多样等特点，可用来 在不同的工业环境中完成搬运物体的工作。搬运机 械手的核心是其控制系统，传统的搬运机械手采用 机电液气联合控制，接线复杂，可靠性不高。本文提 出了一种基于ＰＬＣ控制的搬运机械手设计方案，并 图１ 搬运机械手运动情况示意图 １．２搬运机械手控制系统的ＰＬＣ改造 通过对搬运机械手控制线路及加工工艺的分 采用组态监控，为搬运机械手的运动提供了一个仿 析，输入信号为按钮、选择开关、接近开关等主令电 真的工业环境，通过软件控制代替硬接线控制，以软 器；输出信号为继电气线圈、电磁阀等控制电器。结 件编程完成搬运机械手运动过程的动作修改和控 合搬运机械手的运动过程，该系统需要１５个输入 制，在一定程度上提高了搬运机械手系统的灵活性。 点、６个输出点，同时考虑为系统留出足够的备用量， 表１搬运机械手的Ｉ／０分配 左转到位 右转到位 １ 搬运机械手控制系统设计 １．１搬运机械手运动过程分析 躲翮与彝恃 基 墨 １０．０ １０．１ ｌＢ１ １Ｂ２ 横臂收回到位 横臂伸出到位 手爪松开状态 １０．２ １０．３ １０．４ ２Ｂ１ ２Ｂ２ ３Ｂ１ 搬运机械手是一个整体的单元，其动作顺序为： 开始＿＋横臂伸出一竖臂伸出一手指夹紧一竖臂收 回 横臂收回＿＋摆动右摆 横臂伸出一竖臂伸出＿÷ 手指松开 竖臂收回 横臂收回一摆动左摆一循环 竖臂收回到位 竖臂伸出到位 １０．５ １０．６ ４Ｂ１ ４Ｂ２ 开始 复位 特殊 手／自 单／联 停止 上电 Ｉ２．Ｏ Ｉ２．】 Ｉ２．２ Ｉ２．３ Ｉ２．４ Ｉ２．５ Ｉ２．６ 开始，其运动过程如图１所示。其中搬运机械手左转 右转到位，横臂的伸出与收回到位，竖臂的伸出与收 回到位都由相应的接近开关进行检测，已确保动作 到位。摆动气缸的旋转运动，双活塞气缸的伸出与收 回动作以及机械手抓得开合都由电磁阀来控制，根 据通电形式的不同，完成不同的动作。控制系统分为 手动和自动两种工作方式，并且可以进行单动和联 动控制。 急停 Ｉ２ ７ 摆动气缸顺时针 摆动气缸逆时针 双活塞杆气缸杆收回 双活塞杆气缸杆伸出 气爪开 Ｑｏ．０ ＱＯ．１ ＱＯ．２ ＱＯ．３ ＱＯ．４ １Ｙ１ ｌＹ２ ２Ｙｌ ２Ｙ２ ３Ｙｌ 气爪合 ＱＯ ５ ３Ｙ２ 收稿日期：２０１４—０７—０８ 基金项目：陕西省教育科学“十二五”规划２０１２年课题《基于工作过程系统化的电气控制系统设计安装与调试课程项目化教学实 践与研究》（项目编号：ＳＧＨ１２５９２）。 作者简介：吕栋腾（１９８ ），男。陕西长安人，讲师，硕士，研究方向为机电系统控制。 １６８ 《装备制造技术｝２０１４年第１０期 故选择西门子Ｓ７—２００系列的ＣＰＵ２２６型ＰＬＣ作为 控制器件。Ｓ７—２００ＣＰＵ２２６型ＰＬＣ集成４０个数字量 时进行分块设计，最后在组合各部分子程序，构成完 整的系统程序。部分子程序如图３所示。 Ｉ／０点，可连接７个扩展模块。具有ＰＩＤ控制器，２个 ＲＳ４８５通讯／编程口，具有ＰＰＩ、ＭＰＩ和自由方式通讯 协议。功能较完善，可以满足系统控制要求。具体Ｉ／０ 分配如表１所示。 １．３搬运机械手控制系统的组态监控 由于ＭＣＧＳ组态软件支持西门子系列ＰＬＣ通过 ＰＰＩ接口进行通信连接，搬运机械手采用ＭＣＧＳ组态 一图３搬运机械手控制系统部分子程序 ２．２控制程序的综合调试 般的程序设计如果没有现场的综合调试很难 软件进行监控。在软件的设备窗口运行窗口设置好 验证其准确性，只有通过现场的联机调试才能发现 参数并建立动画连接后，通过计算机与ＰＬＣ之间的 通信就可以实现机械手的模拟控制。系统在启动时， 不需要完成特殊的操作和功能，因此可以不设置启 动策略。主要的系统运行策略可以分为自动控制和 手动控制策略。但是手动控制和自动控制切换过程 中需要先平衡，既让所有设备先恢复到初始状态，所 以应具备手动和自动切换策略。搬运机械手组态画 面建立如图２所示。在利用ＭＣＧＳ进行控制系统的 组态过程中，要根据系统的具体控制要求完成其策 略的组态。再考虑一个工程中相关的控制策略时，尤 其对于像机械手这样较复杂的应用工程，只需定制 若干能完成特定功能的构件，将其增加到ＭＣＧＳ系 统中，就可使已有的监控系统增添各种灵活的控制 功能，而无需对整个系统作修改。 图２一 搬运机械手的组态监控画面 ２系统的软件设计及调试 ２．１搬运机械手的程序设计 在分析了解搬运机械手的运动过程和控制要求 后，根据搬运机械手ＰＬＣ控制系统的功能确定出所 需的输入、输出点数。首先进行程序流程图设计，根 据控制系统的程序流程图进行编程。在编程过程中 要考虑是否联网通信。结合原有的硬接线控制电路， 设计搬运机械手的ＰＬＣ控制程序。在程序设计过程 中，我们对搬运机械手的运动过程进行分解，即编程 控制线路当中不能满足实际要求的地方。现场硬件 线路连接正确，程序编译无误后，我们将程序下载到 ＰＬＣ，启动整个控制系统，并监视组态画面，观察搬运 机械手的实际运动过程是否符合控制要求。经过现 场联机调试修改直至无误，就可以确定整个控制线 路和系统程序了。 ３结束语 搬运机械手目前是自动化生产线中的通用设 备。通过新技术对传统搬运机械手进行改造，将极大 提高设备的生产效益。传统搬运机械手在进行ＰＬＣ 技术改造后，控制线路得到了简化，使其功能区域完 善。在进行组态监控后，降低了劳动强度，提高了整 个系统的灵活性。经过实际检验，该系统运行稳定可 靠，应用前景广阔。当下我国机械加工领域通用设备 较多，随着工业新技术的发展，结合生产实践，给我 国机械加工领域传统设备的升级改造提供了有力的 技术支持和保障。 参考文献： ［１】吕栋腾．基于ＰＬＣ的卧式镗床电气化改造【Ｊ］．新技术新工 艺，２０１３（１０）：１００—１０２． 【２】李晨魁．基于ＰＬＣ的机械手控制系统设计［Ｊ】．煤矿机械， ２０１２（１０）：１４７—１４８． 【３】董晨晨，黄亦中，等．基于ＰＬＣ控制的机械手组态环境研究 ［Ｊ］．轻工机械，２０１３（６）：５１—５３． ［４］郭琼．开发适合自动化教学的ＰＬＣ机械手［Ｊ］．机电信息， ２００９（３０）：４７，５５—５７． 【５］李坚雄．基于ＰＬＣ的机械手抓控制系统设计［Ｊ】．机电技术， ２０１０（１）：１０５—１０６． ［６王月芹．６］基于ＰＬＣ机械手控制系统设计与实现［Ｊ］．机电产品 创新与开发，２０１１（５）：１４９—１５０． （下转第１７２页） １６９ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．１０，２０１４ 困难。霍尼韦尔的ＥＢＩ系统 江森的ＭＥＴＡＳＹＳ系统、 参考文献： 出版社。２００５． １程大章．］智能建筑楼宇自动控系统［Ｍ】．北京：中国建筑工业 西门子的ＡＰＯＧＥＥ系统在各自的系统性能、网络结 【１构上，特别是在各自的 ＤＤＣ类型和配置的灵活性 上，都有自己的特点和优势。在楼宇自动化系统中， ［２】徐岩．浅谈智能建筑中的楼宇自动化系统［Ｊ】．办公建筑， 对现场设备的控制是通过ＤＤＣ来完成的，ＤＤＣ的个 【３】吕俊霞．智能建筑的主要技术与发展趋势【Ｊ】．住宅产业， 性化，模块化和本身性能的增强对于提高楼宇自动 ２０１３（３）：６４—６６． 化的控制性能是很重要的。只有优化选择和配置 ［４］孙怡．楼宇自控系统在现代智能建筑中的应用［Ｊ１．测控技 ＤＤＣ才能使整个智能建筑监控系统具有更高的性价 术，２００３（Ｏ８）：３３—３７． 比、相对低的维护费用。 ［５］李颖．浅谈智能建筑楼宇自动控制【Ｊ］．中国科技信息， ２００９（４）：１４２—１４５． ２ｏｏ８（５）：１５一ｌ８． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ａｔ Ｈｏｍｅ ａｎｄ Ａｂｒｏａｄ ＸＩ Ｌｉ （Ｎａｎｔｏｎｇ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２２６０１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｒｋｅｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｉｎ ｂｒａｎｄｓ ａｒｅ：Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＥＢＩ ｓｙｓｔｅｍ，Ａｍｅｒｉｃａｎ ＵＳＡ Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍｅｔａｓｙｓ ｓｙｓｔｅｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ａｐｏｇｅｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｉｇｔＭ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＤＤＣ）ａｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｏｆ ｇｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ ｅａｃｈ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｎ ｗｅｒｅ ａｇｎａｌｙｚｅｄ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ＤＤＣ ． （上接第１６７页） Ｔｈｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ＩｎｄｕｓｔｒｉａＩ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ ＹＥ Ｇｕｏ－ｊｉｅ ．ＷＵ Ｗｅｉ－ｊｉｅ ｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０６３０，Ｃｈｉｎａ； （１．Ｄａｎｏｎｅ Ｗａｔｅｒｓ Ｃｈｉｎａ，Ｇ ２．Ｓｈｕｎｄｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｆｏｓｈａｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５２８３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｓｓｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｆｉｅｒｃｅ ｍａｒｋｅｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｉａｌｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ， ｃｏｍｐａｒｅｄ ｎｄ ａａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ；ｐｒｄｕｃｔｏｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ （上接第１ ６９页） Ａ Ｋｉｎｄ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｂａｓｅｄ－ｏｎ ＰＬＣ ＬＶ Ｄｏｎｇ－ｔｅｎｇ （Ｓｈａａｎｘｉ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｏｄｅｍ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｕｓｅｄ ｈａｒｄ－ｗｉｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｎｄ ａｌｆｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ａｉｍ ａｔ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｄｅｓｉｎ ｇｏｆ ｍｓ－ ｎｉｐｕｌａｍｒ ｂａｓｅｄ－ｏｎ ＰＬＣ．Ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｅ ＭＣＧＳ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｌｆｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ｐｏｗｅｒｆｕ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ＰＬＣ；ＭＣＧＳ １７２
