【導(dǎo)讀】點(diǎn)和材料，均作了注釋，若有不實(shí)，后果由本人承擔(dān)。及金屬加工等工業(yè)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析。搬運(yùn)分揀站根據(jù)上一站的加工信號(hào)，并通過磁性傳感器和電磁閥對(duì)機(jī)械手。本系統(tǒng)使用STEP7-Micro/WIN編程軟件，完成軟件的編程，西門子S7-200完成機(jī)械手的順序控制。并由不同的氣缸完成執(zhí)行動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)S7-300與S7-200構(gòu)成主-從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在觸摸屏上顯示相關(guān)的操作信。manipulator；PLC；Materialsorting；STEP7-Micro/WIN。

　　

【正文】 型氣缸的兩個(gè)極限工作位的磁性傳感器。 2Y1為控制薄型氣缸的電磁閥 （ 3） 3B1為安裝在氣動(dòng)手指的一個(gè)極限工作位的磁性傳感器。 3Y 3Y2為控制氣動(dòng)手指的電磁閥 （ 4） 4B1為安裝在推料氣缸的一個(gè)極限工作位的磁性傳感器。 4Y1為控制推料氣缸的電磁閥 控制要求 搬運(yùn)分 揀操作站根據(jù)上一站的加工完成信號(hào)和廢料信號(hào)，完成廢料分揀、搬運(yùn)任務(wù) 。 搬運(yùn)分揀單元接受到加工站檢測(cè)單元信號(hào)后，機(jī)械手向右動(dòng)作搬運(yùn)工件，如果是不合格工件，則將其放到廢料臺(tái)，由推料氣缸將廢料推至廢料存儲(chǔ)器中；如果合格工件，機(jī)械手搬運(yùn)到變頻器傳感器單元，該站主要完成將生產(chǎn)線中產(chǎn)生的廢料進(jìn)行分檢，并將其放置廢料存儲(chǔ)器中；將合格工件搬運(yùn)到變頻器傳送單元，然后系統(tǒng)回到原位。 27 流程圖 系統(tǒng)工作的方式可以設(shè)置為自動(dòng)流水線和手動(dòng)下單兩種模式。觀察（圖 31），我們可以看到控制用的 7個(gè)按鈕以及一個(gè)急停按鈕，那么在程序的初 始化流程圖中，我首先考慮上電、復(fù)位、開始三種模式的設(shè)置。自動(dòng)和手動(dòng)取決了控制模式的方式，如果需要對(duì)機(jī)械手順序控制的監(jiān)控，可以用過手動(dòng)模式進(jìn)行監(jiān)控；對(duì)于流水線的全部工作，需要使用自動(dòng)模式，同時(shí)要達(dá)到聯(lián)動(dòng)，以保證下一站能夠正確接收到信號(hào) 。搬運(yùn)分揀的流程圖如圖 32所示： 圖 43 搬運(yùn)分揀的流程圖 上電，復(fù)位 左限位，上限位 開始，單步，調(diào)試 中間限位 下降 氣指夾緊 上升 廢料信號(hào)？ 下降 上升 氣指放松 右限位 傳送帶準(zhǔn)備信號(hào) 復(fù)位，等待下一動(dòng)作 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 28 順序控制圖 橫臂機(jī)械手的順序控制是設(shè)計(jì)的核心部分，首先對(duì)地址進(jìn)行分配， 在網(wǎng)絡(luò)連接的過程中，系統(tǒng)輸入網(wǎng)絡(luò)向 MES發(fā)送數(shù)據(jù)的地址十分重要，不能隨意分配，必 須考慮到加工站和傳送帶站的地址 ， 順序給主控單元傳送數(shù)據(jù)。 根據(jù) PLC的內(nèi)存分配原理，如表 31 表 41 搬運(yùn)分揀單元順序控制中 S7200 變量分配 序號(hào) 向 MES發(fā)送數(shù)據(jù) 地址 備注 1 左限位 I 無桿氣缸 2 中間限位 I 無桿氣缸 3 右限位 I 無桿氣缸 4 上限位 I 薄型氣缸 5 下限位 I 薄型氣缸 6 夾緊 I 氣動(dòng)手指 7 廢料推出位 I 推料氣缸 8 上電 I 9 開始 V 10 復(fù) 位 V 11 調(diào)試 V 12 手動(dòng) V 13 單聯(lián) V 14 停止 V 15 廢料 上站輸入 16 加工站完成信號(hào) 上一站 17 傳送帶準(zhǔn)備信號(hào) 下一站 18 已經(jīng)加工 VW8 系統(tǒng)控制功能，上電后“復(fù)位”按鈕燈閃爍，按“復(fù)位”按鈕，氣缸進(jìn)行復(fù)位，氣缸復(fù)位完成后， 1B1= 2B1= 3B1=0、 4B1=1，此時(shí)“開始”按鈕閃爍；按“開始”按鈕，程序開始運(yùn)行。按“調(diào)試”按鈕，搬運(yùn)分揀站完成生產(chǎn)線 中產(chǎn)生的廢物料分揀并將其搬運(yùn)至廢料存儲(chǔ)器中以及搬運(yùn)合格的工件到傳送站。 具體如圖 33所示。輸入的信號(hào)在順控圖的右面，即傳感器檢測(cè)得到的信號(hào)；輸出的信號(hào)在順控圖的左面， 即 電磁閥控制氣缸的不同的動(dòng)作。順序控制圖在搬運(yùn)和分揀動(dòng)作的時(shí)候分開，說明了機(jī)械手對(duì)正常工件和廢料不同處理功能 。 29 圖 44 順序控制圖 M14 M10 M11 M12 M13 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M20 M21 M22 M23 上電 S7=1 復(fù)位燈（ L2）閃爍 復(fù)位按鈕 S2=1 1Y1=1 amp。2Y1=1amp。3Y2=1 1B1=1 amp。2B1=1amp。3B1=1 開始燈（ L1）閃爍 開始按鈕 S1=1 等待開始 S5=0amp。S3=1 2Y1=1amp。定時(shí)器 1定時(shí) 2B2=1amp。定時(shí)器 1=1 3Y3=1 3B3=1 2Y1=0 3B1=1amp。2B1=1 1Y2=1右移 工件正常 amp。1B3=1 2Y1=1amp。1Y2=0 2B2=1 3Y2=1amp。2Y1=0 3B1=0amp。2B1=1amp。1B3=1 1Y1=1 1B1=1amp。2B1=1amp。3B1=0 1Y1=0 非正常工件 amp。1B2=1 2Y1=1amp。1Y2=0 2B2=1 3Y2=1amp。2Y1=0 3B1=0amp。2B1=1amp。1B2=1 1Y1=1amp。4Y1=1 1B1=1amp。2B1=1amp。3B1=0amp。4B1=0 1Y1=0amp。4Y1=0 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 30 梯形圖 橫臂機(jī)械手搬運(yùn)分揀循環(huán)控制程序段是本設(shè)計(jì)的核心部分，梯形圖如圖 34,。 從梯形圖可知，當(dāng)搬運(yùn)分揀單元的狀態(tài)為： （ 1）步 ：復(fù)位， 上電完成； （ 2）步 ：無桿氣缸處于左限位、薄型氣缸處于上限位； （ 3）步 ：按下開始按鈕； （ 4）單元處于單步調(diào)試； 這時(shí)定時(shí)器開始工作，等待加工站的信號(hào)，處于分揀準(zhǔn)備狀態(tài)。 之后進(jìn)入搬運(yùn)狀態(tài)，根據(jù)不同的信號(hào)完成不同的動(dòng)作： （ 1）當(dāng)加工站傳感器有非廢料信號(hào)輸入，傳送站準(zhǔn)備信號(hào)輸入，無桿氣缸進(jìn)右移，直至右限位，經(jīng)過定時(shí)器等待后，薄型氣缸達(dá)到上限位時(shí)，無桿氣缸向左移至左限位，進(jìn)入初始等待狀態(tài)；或者搬運(yùn)分揀單元為單步調(diào)試時(shí)實(shí)現(xiàn)。 （ 2）當(dāng)加工站傳感器有廢料信號(hào)輸入時(shí)，無桿氣缸向右移至中間限位。經(jīng)過 定時(shí)器等待后，薄型氣缸達(dá)到上限位，推料氣缸完成推料至廢料存儲(chǔ)器中，無桿氣缸向左移至左限位，進(jìn)入初始等待狀態(tài)。 31 圖 45 橫臂機(jī)械手搬運(yùn)分揀動(dòng)作梯形圖 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 32 主控單元組態(tài)硬件 建立網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置通信地址，及各個(gè)模塊的屬性，完成 與 PLC 通信。 圖 46 組態(tài)硬件 觸摸屏界面的組態(tài) （ 1） PLC與 HMI的連接 選擇需要連線的 PLC 類型 ,拖入工程結(jié)構(gòu)窗口里。如下圖所示 : 圖 47 PLC與 HMI連接 （ 2）站點(diǎn)選擇界面設(shè)置 33 圖 48 站點(diǎn)選擇界面 （ 3）主控狀態(tài)界面 圖 49 主控狀態(tài)界面 （ 4）搬運(yùn)機(jī)械站界面 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 34 圖 410 搬運(yùn)機(jī)械站界面 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，根據(jù) PLC原理圖、氣動(dòng)回路、控制要求，得出系統(tǒng)流程圖，對(duì)搬運(yùn)分揀單元進(jìn)行變量分配， 畫出系統(tǒng)順序控制圖，根據(jù)順序控制圖，編寫出機(jī)械手搬運(yùn)分揀動(dòng)作的梯形圖。通過 STEP7實(shí)現(xiàn) S7300與 S7200的組建通信。從 載工程到觸摸屏。 35 5 系統(tǒng)的調(diào)試和分析 系統(tǒng)的調(diào)試 機(jī)械手搬運(yùn)分揀的調(diào)試 搬運(yùn)分揀單元完成物料的搬運(yùn)和分揀。搬運(yùn)分揀單元根據(jù)上一站 的加工物料的信號(hào)，完成以下動(dòng)作，如果是合格的物料，就將物料搬運(yùn)到傳送帶站；如果是不合格的物料，就將物料放入廢料搬運(yùn)單元，將去推入廢料存儲(chǔ)器中。在 STEP 7 Micro/WIN 編程軟件中，我們可以對(duì)該單元的變量進(jìn)行監(jiān)視，如加工完成數(shù)、廢料數(shù)等；在系統(tǒng)調(diào)試過程中，可以對(duì)下單中的變量的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行變量連續(xù)監(jiān)視，我下單 5個(gè)并進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，變量數(shù)據(jù)變化如圖 51： 圖 51 變量初始狀態(tài)、完成下單任務(wù)后變量狀態(tài) 在搬運(yùn)分揀過程中，完成 5次，其中又 1次為廢料，其余為合格產(chǎn)品。 觸摸屏中 橫臂機(jī)械手單元調(diào)試 搬運(yùn)分揀分別對(duì)廢料和合格產(chǎn)品做出不同的動(dòng)作，在觸摸屏上監(jiān)控橫臂機(jī)械手單元的傳感器。 （ 1）搬運(yùn)準(zhǔn)備，機(jī)械手處于左限位、上限位狀態(tài)，下圖為觸摸屏橫臂機(jī)械手單元傳感器基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 36 監(jiān)控。 圖 52 搬運(yùn)準(zhǔn)備 （ 2）氣動(dòng)手指抓取物料，機(jī)械手左限位、下限位、夾緊限位狀態(tài)，下圖為傳感器監(jiān)控。 圖 53 氣動(dòng)手指抓取物料 （ 3）廢料放到推料臺(tái)，機(jī)械手處于中間限位、下限位狀態(tài)，下圖為傳感器監(jiān)控。 37 圖 54 廢料放到推料臺(tái) （ 4）廢料推入存儲(chǔ)器，機(jī)械手處于中間限位、上限位、推料到位限位，下圖為傳感器監(jiān)控， 完成后機(jī)械手回到搬運(yùn)準(zhǔn)備狀態(tài)，等待下一個(gè)動(dòng)作。 圖 55 廢料推入存儲(chǔ)器 （ 5）將非廢料搬運(yùn)到傳送帶，機(jī)械手處于右限位、下限位，下圖為傳感器監(jiān)控，完成后基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 38 機(jī)械手回到搬運(yùn)準(zhǔn)備狀態(tài)，等待下一個(gè)動(dòng)作。 圖 56 將非廢料搬運(yùn)到傳送帶 （ 6）下單完成后，主控面的狀態(tài)。 圖 57 主控界面 39 系統(tǒng)的分析 電磁閥漏氣現(xiàn)象 進(jìn)行調(diào)試過程中，打開氣泵時(shí)，雙電控三位五通閥 4V130C06，中封式，有漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查電磁閥接縫處有漏氣，由于實(shí)驗(yàn)室無新的電磁閥，在調(diào)試過程中，也沒有出現(xiàn)問題，就沒有 進(jìn)行更換。 無桿氣缸限位誤差 無桿氣缸的中間限位和右限位存在一定的偏差。 搬運(yùn)分揀站的定位誤差常常出現(xiàn)在限位的信號(hào)處理。氣動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)力控制是氣泵壓縮空氣后排氣減壓產(chǎn)生的，當(dāng)氣泵的壓力不穩(wěn)的時(shí)候，會(huì)是無杠氣缸在右移過程出現(xiàn)過度移動(dòng)，即出現(xiàn)薄臂氣缸超過中間限位和右限位，結(jié)果會(huì)造成廢料投入到軌道外面，使推料操作空進(jìn)行，喪失對(duì)廢料的回收功能，正確無法正確放到傳送帶上，傳送帶上的傳感器無法感應(yīng)到，無法進(jìn)行傳送。 解決中間限位誤差，我將中間限位的磁性傳感器取出，將調(diào)壓閥調(diào)到較低氣壓狀態(tài)，數(shù)次測(cè)量中間限位的停 靠點(diǎn)，最后固定此時(shí)氣壓，放入磁性傳感器，便可精確定位薄臂氣缸的位置。 解決右限位誤差，將右限位傳感器右移一端距離，使氣動(dòng)手指能把工件放到傳送帶傳感器能感應(yīng)的到位置。 CPU 313C2DP 無法正常工作 下載 STEP7中的硬件組態(tài)或程序塊到 PLC， CPU的“ SF”燈亮， EM277無法通信，考慮到有可能程序沒有正確下載到 CPU 224上，又重新下載了 S7200的程序，但還是發(fā)現(xiàn) S7200和S7300無法通信。 之后，考慮到改變 PROFIBUS的傳輸率，系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置的傳輸率為 ， 將其設(shè)置為500Kbs，然后再下載到 CPU， S7200與 S7300通信連接起來了。因?yàn)閭鬏斅蕰?huì)受到實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的影響，導(dǎo)致傳輸率太高，造成無法正常通信。 本章小結(jié) 本章講了對(duì)機(jī)械手搬運(yùn)分揀單元和主控單元的調(diào)試，并對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試中出現(xiàn)的問題做了分析和解決的辦法。 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 40 參考文獻(xiàn) [1] 尤陽陽， 汽車白車身焊裝生產(chǎn)線的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]，長(zhǎng)安大學(xué)， 2020。 [2] 楊后川，張學(xué)民，陳勇， SIMATIC S7200 可編程控制器原理與應(yīng)用 [M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020， 1～ 10。 [3] 張凡，淺淡 PLC 的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀 [J]，科技與生活， 2020（ 9）， 24~25。 [4] 耿良田， PLC 的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) [J]，數(shù)字化工， 2020（ 8）； 20~22。 [5] 陳學(xué)敏，工程中電磁閥的應(yīng)用探討 [J]，石油化工自動(dòng)化， 2020，（ 4）， 58~59。 [6] SIEMENS SIMATIC S7200 可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè) [S]， 2020， 12～ 90。 [7] 謝麗萍，王占富，豈興明，西門子 S7200 系列 PLC 快速入門與實(shí)踐 [M]，北京：人民郵電出版社， 2020， 5， 99~123。 [8] 崔堅(jiān)，西門子 S7 可編程控制器 — STEP7 編程指南 [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020，4， 1~90。 [9] 李家書，氣動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用 [J]，液壓氣動(dòng)與密封， 2020（ 4）， 6~7。 [10] 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