s7300plc的堆垛机器人控制系统设计(附件)【字数：9401】
在全球化制造中的工业机器人已应用多个领域，在提升制造质量中自动控制、信息化中起到重要作用。堆垛机器人在实际应用中的轴数量较少，动作变化少，作业可以定位准确。本文主要研究工作是基于S7-300 PLC可编程的堆垛机器人控制装备，通过对堆垛机器人的电气控制、作业顺序、作业方式等进行研究，重点设计利用PLC可编程软硬件技术，实现堆垛机器人的作业自动化，通过软件修改的方式实现不同工位的现场控制需求。通过分析堆垛机器人控制系统的控制要求和控制功能，选择PLC型号、确定输入输出点位、PLC外部信号接线、设计操作软件，通过PLC梯形图进行软件控制逻辑的设计。通过公共模块程序配置在主程序中，各种作业方式进行调用。通过PLC软件耦合和设备连通开展建模，建模结果显示表明了该自动化技术的可行性。
目录
引言 1
一、堆垛机器人控制系统和PLC概述 2
（一）堆垛机器人控制系统概述 2
（二）PLC概述 4
二、PLC控制系统硬件设计 4
（一）PLC硬件结构 4
（二）确定I/O设备及I/O信号 5
（三）PLC选型 6
（四）I／O地址 6
（五）外部接线设计 7
（六）控制面板设计 7
三、PLC控制系统的软件设计 7
（一）PLC的编程语言 8
（二）控制系统程序设计 8
四、程序调试与仿真 19
（一）硬件组态 19
（二）网络组态 19
总结 21
谢辞 22
参考文献 23
引言
机器人是一门在现代自动化领域中的热点学科技术之一，机器人技术蓬勃发展中相关到传统的交叉学科，例如机械设备、电子器件、机电信息新技术、计算机电子技术、传感器、AI人工智能、电气控制系统等。在全球化制造中的工业机器人已应用多个领域，在提升制造质量中自动控制、信息化中起到重要作用。1980年以前，货物堆垛通常由人工方式进行堆垛，自动堆垛技术只在特定的高危害、高端环境中进行应用。人工方式堆垛也只适合重量轻、尺寸和形状都会受限。在大体积、重量重的场合需要耗费更多的人力投入，即便有叉车等工程机械也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
无法满足环境恶劣（高温、粉尘等）、高危险性、生产速度快的生产领域。于是，通过对堆垛技术的研究，达到提高生产效率目标，保障人身安全，在此背景下，产生了传统的自动化堆垛技术研究，先后市面上出现了堆垛机。
由于传统的堆垛机工作方式单一、维护量大、占地面积大等缺陷难以达到当代经济模式。为满足多规格的工业化的需求和生产效率的提高，研发一种新型的堆垛技术：通过机器人应用，弥补以往堆垛方式的缺点，提升了可靠系数、劳动效率和精确度。工业堆垛机器人控制系统是通过研究堆垛过程中需要的动作进行预先设定编写程序实现自动化控制功能。发展和推广工业堆垛机器人为社会的发展和进步具有重大意义。
一、堆垛机器人控制系统和PLC概述
（一）堆垛机器人控制系统概述
1．系统的基本组成
工业堆垛机器人由机器人执行机构、检测元件（传感器）、电气控制驱动系统四个部分构成。同时在控制系统中以HMI为界面进行了操作控制系统设计，包含了外部输入输出设备以及机械装置。其中控制系统是通过发出控制信号对驱动系统实现实时控制，从而命令执行机构执行特定姿势。同时接收传感器发出的反馈信号，并根据反馈的信息自动地发出正确的控制命令，形成稳定的闭环控制。控制系统是堆垛机器人系统的核心，决定了整个系统的运行操作。堆垛机器人还可以与外围设备、产线工序进行配合，构成高效的生产单元。此外，超出堆垛机器人的工作范围能力通过传感器实时反馈操作监视系统，进行报警提示，以方便现场作业人员开展处置和现场控制。
2、控制系统的总体结构
堆垛机器人控制系统采用PLC进行主控，作为主控件，驱动系统采用气缸和交流伺服电机、气缸。检测装置：各位置检测传感器，通过XYZ轴的检测，精确定位了堆垛区域、位置。输入信号的输入现场可以采用控制面板，操作作业人员按照工作要求操作控制面板，使堆垛机器人执行相应指令，完成作业动作。
本论文涉及的堆垛机器人控制的整体框图如图21所示。
图21堆垛机器人控制系统的整体框图
3．控制系统的要求分析
（1）硬件结构
工业堆垛机器人通过对货物抓取释放、直线升降、定位、左右摆动、前后移动、回原点等动作，将货物从生产线或固定点搬运到下一个指定的位置进行堆垛。堆垛机器人采用交流伺服电机和汽缸来完成驱动执行机构过程，通过电磁阀控制。其中，电磁阀分为上升、下降、前移、后移、左旋转、右转动来操控堆垛机器人的各种动作。堆垛机器人同为位置传感器检测开关进行手抓旋转定位，堆垛机器人一个电磁阀操控手抓的放开和夹紧动作。堆垛机器人的起动电磁阀、停止电磁阀、紧急停车电磁阀分别控制起动、停止、紧急停车。
（2）规划系统的运动路径
从以上分析可知：堆垛机器人在运动坐标上规划：
x轴向的动作为底基座的转动表示；
Y轴向的动作为水平路径的前后方向移动表示；
Z轴向的动作为垂直起落表示。
本论文堆垛机器人装置构建将装卸物从生产线上的存储平台运送到左右两个堆垛区域。左右都可以堆垛，右侧优先，饱和后堆垛到左区域，作业结束回到原点。
4．系统的工作方式
在堆垛机器人作业过程中，系统配置的多种生产模式，以满足现场需要，分成自动化控制和手动控制两种模式。自动化工作模式中涵盖单步操控、单步周期、连续作业控制、返回原点方式，手动控制方式是四个自动工作模式子集中的一种。
（1）自动控制工作方式
自动控制方式一般用于生产过程，在控制工作方式上操作人员按起动按钮，堆垛机器人可以按照具体的工作模式，对事先编写好的程序进行执行往复作业，直到收到停止信号。完成整个工作过程后如果有下一个任务需要重新启动起动按钮，在自动化控制模式下实际可以分成回原点、不间断操控、单周期控制、单步控制4种工作方式。当作业过程中遇到突发情况或发现故障时，可以按下“急停”按钮，堆垛机器人立刻停止作业，减小上述情况的损失。
目录
引言 1
一、堆垛机器人控制系统和PLC概述 2
（一）堆垛机器人控制系统概述 2
（二）PLC概述 4
二、PLC控制系统硬件设计 4
（一）PLC硬件结构 4
（二）确定I/O设备及I/O信号 5
（三）PLC选型 6
（四）I／O地址 6
（五）外部接线设计 7
（六）控制面板设计 7
三、PLC控制系统的软件设计 7
（一）PLC的编程语言 8
（二）控制系统程序设计 8
四、程序调试与仿真 19
（一）硬件组态 19
（二）网络组态 19
总结 21
谢辞 22
参考文献 23
引言
机器人是一门在现代自动化领域中的热点学科技术之一，机器人技术蓬勃发展中相关到传统的交叉学科，例如机械设备、电子器件、机电信息新技术、计算机电子技术、传感器、AI人工智能、电气控制系统等。在全球化制造中的工业机器人已应用多个领域，在提升制造质量中自动控制、信息化中起到重要作用。1980年以前，货物堆垛通常由人工方式进行堆垛，自动堆垛技术只在特定的高危害、高端环境中进行应用。人工方式堆垛也只适合重量轻、尺寸和形状都会受限。在大体积、重量重的场合需要耗费更多的人力投入，即便有叉车等工程机械也 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
无法满足环境恶劣（高温、粉尘等）、高危险性、生产速度快的生产领域。于是，通过对堆垛技术的研究，达到提高生产效率目标，保障人身安全，在此背景下，产生了传统的自动化堆垛技术研究，先后市面上出现了堆垛机。
由于传统的堆垛机工作方式单一、维护量大、占地面积大等缺陷难以达到当代经济模式。为满足多规格的工业化的需求和生产效率的提高，研发一种新型的堆垛技术：通过机器人应用，弥补以往堆垛方式的缺点，提升了可靠系数、劳动效率和精确度。工业堆垛机器人控制系统是通过研究堆垛过程中需要的动作进行预先设定编写程序实现自动化控制功能。发展和推广工业堆垛机器人为社会的发展和进步具有重大意义。
一、堆垛机器人控制系统和PLC概述
（一）堆垛机器人控制系统概述
1．系统的基本组成
工业堆垛机器人由机器人执行机构、检测元件（传感器）、电气控制驱动系统四个部分构成。同时在控制系统中以HMI为界面进行了操作控制系统设计，包含了外部输入输出设备以及机械装置。其中控制系统是通过发出控制信号对驱动系统实现实时控制，从而命令执行机构执行特定姿势。同时接收传感器发出的反馈信号，并根据反馈的信息自动地发出正确的控制命令，形成稳定的闭环控制。控制系统是堆垛机器人系统的核心，决定了整个系统的运行操作。堆垛机器人还可以与外围设备、产线工序进行配合，构成高效的生产单元。此外，超出堆垛机器人的工作范围能力通过传感器实时反馈操作监视系统，进行报警提示，以方便现场作业人员开展处置和现场控制。
2、控制系统的总体结构
堆垛机器人控制系统采用PLC进行主控，作为主控件，驱动系统采用气缸和交流伺服电机、气缸。检测装置：各位置检测传感器，通过XYZ轴的检测，精确定位了堆垛区域、位置。输入信号的输入现场可以采用控制面板，操作作业人员按照工作要求操作控制面板，使堆垛机器人执行相应指令，完成作业动作。
本论文涉及的堆垛机器人控制的整体框图如图21所示。
图21堆垛机器人控制系统的整体框图
3．控制系统的要求分析
（1）硬件结构
工业堆垛机器人通过对货物抓取释放、直线升降、定位、左右摆动、前后移动、回原点等动作，将货物从生产线或固定点搬运到下一个指定的位置进行堆垛。堆垛机器人采用交流伺服电机和汽缸来完成驱动执行机构过程，通过电磁阀控制。其中，电磁阀分为上升、下降、前移、后移、左旋转、右转动来操控堆垛机器人的各种动作。堆垛机器人同为位置传感器检测开关进行手抓旋转定位，堆垛机器人一个电磁阀操控手抓的放开和夹紧动作。堆垛机器人的起动电磁阀、停止电磁阀、紧急停车电磁阀分别控制起动、停止、紧急停车。
（2）规划系统的运动路径
从以上分析可知：堆垛机器人在运动坐标上规划：
x轴向的动作为底基座的转动表示；
Y轴向的动作为水平路径的前后方向移动表示；
Z轴向的动作为垂直起落表示。
本论文堆垛机器人装置构建将装卸物从生产线上的存储平台运送到左右两个堆垛区域。左右都可以堆垛，右侧优先，饱和后堆垛到左区域，作业结束回到原点。
4．系统的工作方式
在堆垛机器人作业过程中，系统配置的多种生产模式，以满足现场需要，分成自动化控制和手动控制两种模式。自动化工作模式中涵盖单步操控、单步周期、连续作业控制、返回原点方式，手动控制方式是四个自动工作模式子集中的一种。
（1）自动控制工作方式
自动控制方式一般用于生产过程，在控制工作方式上操作人员按起动按钮，堆垛机器人可以按照具体的工作模式，对事先编写好的程序进行执行往复作业，直到收到停止信号。完成整个工作过程后如果有下一个任务需要重新启动起动按钮，在自动化控制模式下实际可以分成回原点、不间断操控、单周期控制、单步控制4种工作方式。当作业过程中遇到突发情况或发现故障时，可以按下“急停”按钮，堆垛机器人立刻停止作业，减小上述情况的损失。
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