西门子plc的桁架式机械手自动上下料控制系统设计
当今社会科技发展的越来越快，在一些领域中人力满足不了生产所需，所以机械手受到了很多业内人士的关注。机械手可以重复工作，抓取重物，在生产过程中遇到危险也不怕在很大程度上降低了生产的风险。我相信在今后的生产中机械手将会逐渐取代人力劳动。本文介绍PLC控制的桁架式机械手自动上下料的构成、主要功能、PLC的I/O接口分配、PLC的编程方法及对桁架式机械手系统的程序设计等。通过对桁架式机械手控制，实现自动送料，自动加工，自动上下料，自动回收成品等基本功能。本次设计主要将可编程序控制器（PLC）应用到桁架式机械手的控制系统中去，以一台桁架式机械手为例，完成控制系统的总体设计、组成及模块化程序设计。
目录
第一章 绪论 1
1.1 论文的背景 1
1.2系统设计的方案步骤 1
第二章 硬件设计 3
2.1系统硬件 3
2.2西门子PLC介绍 4
2.2.1PLC简介和基本工作原理 4
2.2.2 PLC的特点及主要功能 5
2.2.3 PLC的I/O资源配置 6
2.2.4 CPU 224 XP和扩展模块EM223的特性 8
2.3变频器 9
2.3.1变频器的介绍 9
2.3.2变频调速的基本原理 9
2.4步进驱动器 9
2.4.1步进驱动器的选型 9
2.4.2步进驱动器的接线图 10
2.5 E10系列伺服驱动器的概述 10
2.5.1伺服驱动器参数 10
2.5.2伺服驱动器的内部接线图 11
第三章 软件设计 12
3.1编程语言的介绍 12
3.2程序介绍 12
3.3程序分析 13
3.3.1子程序分析 13
3.3.2部分主程序分析 15
3.4 WinCC 22
3.4.1 WinCC的概述 22
3.4.2 WinCC与PLC的通信 22
3.4.3 WinCC画面的介绍 25
第四章 程序的调试 33
4.1调试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
前的准备工作 33
4.2调试工具 33
4.3程序调试过程及结果 33
结束语 35
参考文献 36
致谢 37
第一章 绪论
1.1 论文的背景
在当今社会中科学技术的飞速发展，生产力的创新与进步促进了科学技术的革新。自工业革命以来，人类的劳动已逐渐被机器取代，但对于这种变化给我们的生活创造了巨大的财富，同时也极大地促进了人类社会的进步。
机械手是自动化生产过程中发展起来的一种新型设备，在生产过程中已被广泛使用在自动化生产线。虽然机械手不如人手那样灵活多变，但它具有可以重复的工作和劳动，不怕危险，不辞辛劳且抓取重物的力量比人手的力气大等特点。因此，机械手已经受到很多业内人士的关注，并已应用的越来越广泛。
机械手开始是从美国发展起来的，1958年美国联合控制的公司开发研制出了第一台机械手，它的结构是在机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教型的；随着计算机技术和自动控制技术的飞速发展，机械手的应用可以提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，解决劳动力短缺等问题。现在的机械手控制大多是采用PLC控制系统，使其性能及稳定性都有了极大的提高。PLC控制系统具有通用性强，变量控制程序，简单易用，功能强大，适应面广，简单易学，降低了控制系统的设计和施工的工作量，而且它的体积小，重量轻，功耗低，使用维修方便等特点，因此它被广泛应用于工业领域。利用高科技必将带来巨大的社会效益和经济效益，这也正体现了科技是第一生产力，也是高科技生命力所在，PLC亦是如此。
桁架式机械手，具有一组垂直设置并起基础支撑作用的立柱，在立柱上固定有一横梁，与该横梁垂直的方向设有一垂直动梁，该垂直动梁的底端连接抓件用的气爪，横梁及垂直动梁上都设有齿条和导轨，使用电机带动减速机控制的方向和距离的移动。以实现准确性抓手水平地或垂直地执行，定位距离，在同一座位和机架导轨平行于该结构的运动的方向上，以进一步确保准确的运动方向。
1.2系统设计的方案步骤
应用PLC的高速脉冲输出功能，来控制伺服电机准确的转圈数从而达到控制桁架机械手精位移，通过WINCC或HMI与PLC内部通讯，可以在操作界面中修改各种控制数据。
在开始设计控制要求之前首先要熟练掌握CAD电气版、S7200和WinCC软件，了解交流伺服系统（包括了伺服电动机和伺服驱动器），然后是分析控制要求选定所需要的应用元器件画出电气接线原理图，然后根据原理图进行硬件接线。最后根据控制要求和硬件接线进行编程，编程好以后就进行系统的调试。
第二章 硬件设计
2.1系统硬件
系统主要硬件有：（1）一台西门子PLC控制器（2）一根USB通讯线（3）装有SIMATIC WINCC V7.0的计算机（4）三个型号为SN04N型感应开关，一个型号为RXDU8型的光电开关。具体所选元器件清单如表21所示。
表21元器件清单
清单
序号
名称
规格
数量
备注
1
电源插座
1个
AC220V
2
DELIX 1P+N空气开关
DZ47LEN1C25
2个
3
保险座
10A
2个
4
启动按钮
YWLMF2E10Q7G（绿）
1个
和泉系列
5
停止按钮
YWLMF2E10Q7G（红）
1个
和泉系列
6
启动信号灯（绿色DC24V）
YW1P1BEQ4G（绿）
1个
和泉系列
7
停止信号灯（红色DC24V）
YW1P1BEQ4G（红）
1个
和泉系列
8
电源指示灯（红色DC24V）
1个
9
SIEMENS PLC
S7200 CPU224 XP
1台
10
中间继电器
RU2SD24
目录
第一章 绪论 1
1.1 论文的背景 1
1.2系统设计的方案步骤 1
第二章 硬件设计 3
2.1系统硬件 3
2.2西门子PLC介绍 4
2.2.1PLC简介和基本工作原理 4
2.2.2 PLC的特点及主要功能 5
2.2.3 PLC的I/O资源配置 6
2.2.4 CPU 224 XP和扩展模块EM223的特性 8
2.3变频器 9
2.3.1变频器的介绍 9
2.3.2变频调速的基本原理 9
2.4步进驱动器 9
2.4.1步进驱动器的选型 9
2.4.2步进驱动器的接线图 10
2.5 E10系列伺服驱动器的概述 10
2.5.1伺服驱动器参数 10
2.5.2伺服驱动器的内部接线图 11
第三章 软件设计 12
3.1编程语言的介绍 12
3.2程序介绍 12
3.3程序分析 13
3.3.1子程序分析 13
3.3.2部分主程序分析 15
3.4 WinCC 22
3.4.1 WinCC的概述 22
3.4.2 WinCC与PLC的通信 22
3.4.3 WinCC画面的介绍 25
第四章 程序的调试 33
4.1调试
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
前的准备工作 33
4.2调试工具 33
4.3程序调试过程及结果 33
结束语 35
参考文献 36
致谢 37
第一章 绪论
1.1 论文的背景
在当今社会中科学技术的飞速发展，生产力的创新与进步促进了科学技术的革新。自工业革命以来，人类的劳动已逐渐被机器取代，但对于这种变化给我们的生活创造了巨大的财富，同时也极大地促进了人类社会的进步。
机械手是自动化生产过程中发展起来的一种新型设备，在生产过程中已被广泛使用在自动化生产线。虽然机械手不如人手那样灵活多变，但它具有可以重复的工作和劳动，不怕危险，不辞辛劳且抓取重物的力量比人手的力气大等特点。因此，机械手已经受到很多业内人士的关注，并已应用的越来越广泛。
机械手开始是从美国发展起来的，1958年美国联合控制的公司开发研制出了第一台机械手，它的结构是在机体上安装一个回转臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教型的；随着计算机技术和自动控制技术的飞速发展，机械手的应用可以提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，解决劳动力短缺等问题。现在的机械手控制大多是采用PLC控制系统，使其性能及稳定性都有了极大的提高。PLC控制系统具有通用性强，变量控制程序，简单易用，功能强大，适应面广，简单易学，降低了控制系统的设计和施工的工作量，而且它的体积小，重量轻，功耗低，使用维修方便等特点，因此它被广泛应用于工业领域。利用高科技必将带来巨大的社会效益和经济效益，这也正体现了科技是第一生产力，也是高科技生命力所在，PLC亦是如此。
桁架式机械手，具有一组垂直设置并起基础支撑作用的立柱，在立柱上固定有一横梁，与该横梁垂直的方向设有一垂直动梁，该垂直动梁的底端连接抓件用的气爪，横梁及垂直动梁上都设有齿条和导轨，使用电机带动减速机控制的方向和距离的移动。以实现准确性抓手水平地或垂直地执行，定位距离，在同一座位和机架导轨平行于该结构的运动的方向上，以进一步确保准确的运动方向。
1.2系统设计的方案步骤
应用PLC的高速脉冲输出功能，来控制伺服电机准确的转圈数从而达到控制桁架机械手精位移，通过WINCC或HMI与PLC内部通讯，可以在操作界面中修改各种控制数据。
在开始设计控制要求之前首先要熟练掌握CAD电气版、S7200和WinCC软件，了解交流伺服系统（包括了伺服电动机和伺服驱动器），然后是分析控制要求选定所需要的应用元器件画出电气接线原理图，然后根据原理图进行硬件接线。最后根据控制要求和硬件接线进行编程，编程好以后就进行系统的调试。
第二章 硬件设计
2.1系统硬件
系统主要硬件有：（1）一台西门子PLC控制器（2）一根USB通讯线（3）装有SIMATIC WINCC V7.0的计算机（4）三个型号为SN04N型感应开关，一个型号为RXDU8型的光电开关。具体所选元器件清单如表21所示。
表21元器件清单
清单
序号
名称
规格
数量
备注
1
电源插座
1个
AC220V
2
DELIX 1P+N空气开关
DZ47LEN1C25
2个
3
保险座
10A
2个
4
启动按钮
YWLMF2E10Q7G（绿）
1个
和泉系列
5
停止按钮
YWLMF2E10Q7G（红）
1个
和泉系列
6
启动信号灯（绿色DC24V）
YW1P1BEQ4G（绿）
1个
和泉系列
7
停止信号灯（红色DC24V）
YW1P1BEQ4G（红）
1个
和泉系列
8
电源指示灯（红色DC24V）
1个
9
SIEMENS PLC
S7200 CPU224 XP
1台
10
中间继电器
RU2SD24
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