□黃躍娟 程夢圓 張哲豪

（哈爾濱華德學院機器人工程學院 黑龍江 哈爾濱 150025）

教學型機械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

□黃躍娟 程夢圓 張哲豪

（哈爾濱華德學院機器人工程學院 黑龍江 哈爾濱 150025）

教學型機械手是針對教學所研制的典型機器人設(shè)備，本項目根據(jù)教學型機械手工作原理及系統(tǒng)需要完成的任務(wù)特點，主要設(shè)計了教學型機械手PLC控制系統(tǒng)，確定了教學型機械手PLC的硬件電路和軟件設(shè)計，努力研究出良好的機械手。同時監(jiān)控軟件利用組態(tài)進行開發(fā)實現(xiàn)了動態(tài)監(jiān)控，增加了經(jīng)濟性和實用性，能夠滿足教學演示和實驗的目的。

教學型機械手；PLC；監(jiān)控

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，自動化技術(shù)越來越高，生產(chǎn)工況也有趨于惡劣的態(tài)勢，這對一線工人的操作技能也提出了更高的要求，同時操作工人的工作安全也受到了相應(yīng)的威脅。這對于一些往復的工作有機械手遠程控制或自動完成顯得非常的重要。為適應(yīng)社會發(fā)展和人才的需求，教學型機械手的研制能使學生比較全面、綜合地了解現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計，并親身接觸和體驗現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計。在學生獲得科技知識和實踐能力的同時，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識和潛能，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 整體設(shè)計方案

PLC控制的教學型機器人通過上位機WinCC或者按鈕和限位開關(guān)控制S7-1200，再通過S7-1200控制X軸、Y軸的伺服電動機和Z軸直流電機，來實現(xiàn)機械手臂從原點到達所指定的平面的點，能夠準確的定位，可靠的完成各項動作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖主要由上位機WinCC、伺服電機、按鈕、可編程序控制器、指示燈、中間繼電器、限位開關(guān)、直流電機組成。

2 硬件電路設(shè)計

根據(jù)教學型機械手的動作流程,設(shè)計其電氣原理圖，外部220V交流電進L1，N供設(shè)備使用。QF1是總的設(shè)備斷路器，可以通斷整臺設(shè)備電源。FU1是整臺設(shè)備的熔斷器，起到過流保護作用。QF2在主電路斷路器。可以通斷伺服1，伺服2，和電機3的電源。A1是直流電源，將交流220V電變?yōu)?8V直流電供伺服驅(qū)動1和伺服驅(qū)動2和直流電機M3使用。A2是伺服1驅(qū)動，驅(qū)動X軸電機運行。M1是X軸電機，驅(qū)動機械手水平左右運動。PLC輸出的Q0.0接伺服驅(qū)動1的脈沖輸入，PLC輸出的Q0.1接伺服驅(qū)動1的反向控制輸入。A3是伺服2驅(qū)動，驅(qū)動Y軸電機運行。M2是Y軸電機，驅(qū)動機械手水平前后運動。M3是Z軸直流電機，驅(qū)動機械手垂直升降運動。KA1是下降啟動繼電器的觸點，控制Z軸下降，KA2是上升啟動繼電器的觸點，控制Z軸上升。

根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，PLC選擇CP1214 DC/DC/DC，晶體管輸出。教學型機械手控制系統(tǒng)輸入設(shè)備有按鈕、開關(guān)、行程開關(guān)占用PLC的端子有I0.0到I0.7和I1.0到I1.2共11路數(shù)字量輸入，輸出設(shè)備有指示燈和中間繼電器占用PLC的端子有Q0.0到Q0.7和Q1.0到Q1.1共10路數(shù)字量輸出。根據(jù)PLC的I/O分配表，可以畫出PLC接線圖。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)教學型機械手控制要求及動作流程，設(shè)計軟件程序。主程序流程圖主要體現(xiàn)程序下載到可編程邏輯控制器S7-1200，通過對WinCC參數(shù)設(shè)置，選擇自動和手動兩種工作方式，機械手臂到達相應(yīng)的點完成上升、下降、夾緊、松開動作，實現(xiàn)快速響應(yīng)、抓取放置位置準確等特點。

4 監(jiān)控畫面設(shè)計

新建WinCC項目，打開WinCC項目管理器，新建項目選單用戶項目，點確定。選擇完項目類型，然后創(chuàng)建項目窗口，選擇文件夾，設(shè)定文件名，點創(chuàng)建。新建WinCC項目完成后，初始WinCC畫面。

在WinCC項目管理器里找到變量管理，鼠標右鍵，彈出菜單，選擇打開。打開變量管理器，得到的初始畫面。點變量管理，右鍵選擇新建驅(qū)動，選擇SIMATIC S7-1200，S7-1500 Channel。點 OMS+，鼠標右鍵，新建連接，然后在新建的連接上，右鍵選擇連接參數(shù)。得到的初始連接參數(shù)更改成如下，IP地址192.168.1.111，訪問點 PLCSIM，產(chǎn)品系列 S7-1200。啟動PLC仿真，下載PLC程序和數(shù)據(jù)，激活WinCC，在變量管理里，找到連接，右鍵，選擇AS符號里的從AS中讀取，會從PLC里面讀取變量。讀取完成后需要勾選WinCC里需要使用的變量，勾選完成后可以保存在項目文件夾里。當通信定義和變量管理完成，得到組態(tài)后的畫面。

結(jié)束語

本文介紹了教學型機械手的設(shè)計過程，在設(shè)計中，機械手控制系統(tǒng)采用PLC進行控制，可以根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)機械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性。該機械手經(jīng)過嚴格的PLC選型，合理的硬件配置及完善的程序設(shè)計，整體布局緊湊合理，程序運行可靠，且具有動態(tài)監(jiān)控功能。

[1]朱慧玲.教學機器人的開發(fā)與設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2007，20（2）：17.

[2]郭洪紅.工業(yè)機器人技術(shù)[M].西安電子科技大學出版社,2006：13.

1004-7026（2017）12-0113-01

TP241

A

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