基于西門子S7-200PLC的機械手控制器的硬件設計

張巖坤

[摘 要]在此對機械手控制器的總體設計方案進行了合理分析和科學論證，設計了以西門子PLCS7-200為核心器件，完成機械手的行動控制系統。對硬件系統和主要功能模塊進行了設計和規劃，其中系統硬件設計模塊主要包含PLC系統、保護系統、提示系統和控制系統等四個模塊。

[關鍵詞]PLC;機械手;控制器;多模式

生產力的不斷進步推動了科技的進步與革新，建立了更加合理的生產關系。機械手是工業自動化最突出的表現，它能自動工作。隨著自動化理論的提升和各行業需求，機械手技術迅速發展起來。

一、設計重點和思路

（一）功能要求

切換開關來決定工作模式，手動、自動。

手動模式下可以任意方向操作，前進、后退、下降、上升、左移、右移。

自動模式下可以執行設定好的路徑，大體為3部分，到達產品抓取位置，移動到產品指定擺放區，回到原點。

（二）設計要求

具體設計要求如下：①通過PLC控制電機運動距離;②電磁閥控制氣缸動作;③轉換開關控制模式切換。

二、系統總體方案設計

手臂動作設計方案有兩種：即采用氣動控制技術和采用軸動控制技術。通過對上述兩個方案的比較和綜合考慮后，認為選取后一種方案較為合理。軸動控制相對氣動控制更為靈活、更為穩定。如果選用氣缸式，在變換抓取（放下）位置時需要更換氣缸，造價上雖低廉不少，但需要頻繁裝卸。

機械手手爪設計方案主要有兩種：即采用小伺服電機控制手爪和采用小氣缸來控制手爪。通過對比以上兩種設計方案，后一種方案相對要好，氣缸式帶有一定的彈性，可以減少抓取時對產品產生的損害;采用電機式也行，但要添加一個壓力檢測，防止盲目抓緊破壞產品，費用增加不少，還有一定危險性，因此要采用小氣缸進行控制。

三、模塊選用及功能闡述

（一）西門子PLCS7系列的介紹及構成說明

西門子公司出產了多個PLC系列，S7-200PLC具有體積小、接口可拓展、價格便宜、配有強大的指令系統等優勢，在一般情況下可以滿足控制系統的大多數要求。當選擇的主機沒有想要的控制功能時，就需要對硬件部分加裝拓展模塊。擴展模塊包括數字模塊、模擬模塊、通訊模塊和功能模塊四類。設計中可以根據要求來選擇所需的擴展模塊。

（二）S7-200CPU存儲器的類型

輸入繼電器（I）、輸出繼電器（Q）、通用輔助繼電器（M）、特殊繼電器（SM）、順序控制繼電器（S）、定時器（T）、計數器（C）。

四、硬件設計與制作

（一）硬件設計

1.材料清單

6個軌道、3個電機、1個氣缸、1個減壓閥、8個傳感器、12個指示燈、1個電磁抱閘、1個PLC S7-200、1個兩位三通電磁閥。

2.輸入輸出信號地址分配表

在進行設計前構架好思路，確定輸入端與外接設備的地址，這樣在編寫整體結構時比較方便。根據I/O表觀察，需要的端口數量大于常規CPU端口，因此選擇添加一個數字模塊EM223來增多輸入輸出口。

3.主機PLC管腳接線

（二）整體接線

接線流程說明：電源從220V的生活用電接入，連接到空氣開關，空開連接交流接觸器和開關電源，交流接觸器連接交流繼電器最后接到熱繼電器，連接電機。開關電源變電壓為DC24V，接到PLC，PLC輸出端接各電機正反轉接觸器，以及各種指示燈;PLC輸入端接感應器和操作按鈕。如圖1所示。

（三）硬件

傳感器、控制開關、開關電源、空氣開關、交流接觸器、減壓閥、氣控電磁閥。

本文使用的是PLC為主控器件，在一些高危，高污染地區也可正常工作。PLC又具有可編程和拓展模塊的能力，本文中的程序有較明顯的模塊劃分，也便于以后的設備升級，很符合現代工廠的條件。雖然機械手結構簡單，相對來說也比較落后，但滿足設計要求，運行效果也不錯，而且還具有較高的可行性和可塑性。

參考文獻：

[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]王偉.可編程序控制器的使用和維護[M].北京：化學工業出版社，2005.

[作者單位]

廣東省東莞市東莞理工學校

（編輯：溫子超）