基于PLC 和力控組態軟件的搬運機械手模擬仿真系統設計

楊軼霞

（甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741025）

搬運機械手是能模仿人和臂的某些動作功能，用以固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置，在工業自動化生產過程中，機械手廣泛應用于機械加工、食品、醫藥等領域的自動流水線、貨物裝卸調用，在現代的自動化生產車間中都配有搬運機械手，機械手可用于搬運貨物、取料、送料等，該文利用力控組態軟件平臺，以PLC 作為控制器，設計了可以遠程監控的搬用機械手控制系統。

1 搬運機械手的控制要求

某生產線上有一臺工業機械手，主要功能是將工件由工作臺A 處搬運到工作臺B 處。示意圖如圖1 所示。

圖1 機械手工作示意圖

機械手初始狀態：機械手在左上位，原位指示燈HL點亮，左限位開關SQ4 和上限位開關SQ2 受壓閉合。

（1）按下起動按鈕SB1 后，原點指示燈HL 滅，機械手下降電磁閥YV1 得電，機械手開始下降。

（2）機械手下降到位后，壓動下限位開關SQ1，YV1 斷電，夾緊電磁閥YV2 得電，機械手夾緊工作。

（3）完全夾緊后，上升電磁閥YV3得電，機械手上升。

（4）上升到上限位SQ2 后，機械手右移電磁閥YV4得電，機械手右移。

（5）右移到右限位SQ3 后，機械手下降電磁閥YV1得電，機械手下降。

（6）下降到下限位SQ1 后，機械手夾緊電磁閥YV2復位，機械手將工件松開。

（7）完全松開后，上升電磁閥YV3得電，機械手上升。

（8）上升到位后，壓動上限位開關SQ2，機械手左移電磁閥YV5 得電，機械手左移。

左移到位后，壓下左限位開關SQ4，機械手回到原點，至此一個周期的動作結束。再按一次起動按鈕SB1 就開始下一個周期運行。

2 搬運機械手控制系統總體設計

搬運機械手一個周期的動作屬于典型的順序控制，通過控制不同的電磁閥線圈得電或斷電完成機械手上升、下降、左右移動等動作。利用力控組態軟件和PLC構建的虛擬仿真平臺制作機械手的監控界面，組態畫面顯示機械手的動作狀態。通過PLC 控制器實現機械手各環節的控制。

本系統選用北京三維力控公司的ForceControl7.1版本，力控具有完整的分布式體系結構，與高可靠的PLC 和網絡系統結合，通過多種通信協議，組態可視化操作界面，達到集中管理和監控的目的。

搬用機械手的運行通過PLC 進行控制，控制器選用西門子S7-200 系列的CPU226 PLC，在上位計算機中安裝力控組態軟件和 STEP7 MicroWinV4.0 編程軟件，計算機與下位機PLC 用RS232C 標準串口COM1 實現硬件通信連接。搬用機械手仿真系統設計包括搬用機械手組態畫面的構建、PLC 程序設計。

3 PLC 控制系統設計

3.1 I/O 地址分配表

根據搬用機械手的控制要求，將PLC 的I/O 分配如圖2 所示。

圖2 機械手輸入輸出分配表

3.2 控制系統程序設計

根據搬用機械手的工序，畫出順序功能圖如圖3所示。

圖3 機械手順序功能圖

4 搬運機械手力控組態監控的設計

4.1 I/O 設備組態和數據庫組態

（1）I/O 設備組態。底層設備PLC、DCS、智能儀表等在力控中都屬于I/O 設備，需要先定義，數據庫變量才能與外部設備交換數據。本系統中由于使用的I/O設備是西門子S7-200 系列PLC，因此，在導航器的跟結點“I/O 設備”下面雙擊“S7-200PLC[PPI]”選項，通信方式使用串口RS232，選用COM1 串口。串口通信參數設置是波特率為9600，奇偶校驗為偶校驗，數據為7 位，停止為1 位。

（2）數據庫點，本系統中建立12 個數據庫點，其中的啟動按鈕、停止按鈕、上下、左右限位開關都是PLC 的輸入變量，在PLC 中的地址分別是M0.0 ～M0.5。建立數據庫連接項（圖4）。

圖4 機械手數據庫點

4.2 組態畫面設計

進入力控的開發系統，利用工具欄中的工具箱和圖庫，在新建界面設計搬運機械手的監控畫面。監控界面包括三部分：搬運機械手上升、下降、左右移位指示燈的狀態顯示；上下左右限位開關的動作狀態和啟動及停止按鈕等。對按鈕和指示燈建立動畫連接和腳本編輯，將圖形對象與變量或表達式建立連接，搬運機械手監控界面如圖5 所示。

圖5 機械手監控組態畫面

5 系統調試

通過編寫PLC 控制程序實現控制要求，程序調試無誤后，通過PC/PPI 線纜連接S7-200PLC 的COM0 和監控計算機的COM1 口，設置正確的通信，將編寫好的程序下載至PLC 中，同時進入力控的運行系統，在顯示“選擇窗口”選擇“搬運機械手”畫面，通過力控來采集底層數據實現數據采集，在監控計算機中實現搬運機械手各工序監控畫面的動畫效果，搬運機械手PLC 控制程序如圖6 所示。

圖6 搬運機械手梯形圖程序

6 結語

通過基于西門子PLC 和力控組態軟件搬運機械手監控系統的設計與實施，不僅簡單有效地對機械手的工作過程進行仿真模擬控制，而且激發了學生對PLC 編程和工業組態技術濃厚的學習興趣，提高了學生的工程應用能力。