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PLC技术在机械自动控制中的应用

摘要

随着自动化生产过程日益普遍，越来越多的工业机械手应用于工业生产或者

其他领域中。由于可编程控制器（PLC）在如今的工业生产中得到了广泛的应用，

使工业机械自动化达到了发展。伴随着国家《中国制造2025》的提出为实现制造

强国目标，自动控制技术是重要的手段。本文以西门子PLC为基础，通过PLC的

软件程序控制各电磁阀，驱动气缸动作，给出一定的脉冲驱动步进电机，从而控

制机械手的动作。

关键字：机械手PLC程序设计物料搬运

1.引言

机械手技术是一门跨学科多门学科综合的一项新技术，其中涉及到力学、机

械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域。最

近几年计算机技术和电子技术以及传感器技术等在机械手中的应用越来越多，如

今机械手已经成为工业生产中提高生产效率不可或缺的重要工具。PLC是现代大

规模集成电路技术的产物，而且PLC具有编程简单、容易操作、设计安装容易、

维护工作量少、功能强大、通用性好、开发周期短、功耗小等特点。本文所研究

的是基于PLC机械手控制系统，利用可编程PLC控制器作为机械手的控制系统。

2.机械手功能的介绍

本文所设计的机械手是物料搬运机械手，具有5个自由度，能够灵活的移动

来满足工业生产的要求，其主要用于工业自动化生产线上，以提高生产效率，降

低劳动成本，更加容易控制生产过程，使生产过程更加安全可靠。

本门设计的机械手实现的功能为，将四个工件放到流水线上，工件有另外一

个机械手放置，每次都是将四个工件放到指定位置，本文所设计的机械手就会去

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抓取工件，并依此将四个工件放到流水线上，当四个工件都放到流水线后，机械

手完成一个工作周期，继续重复上述动作。

本文所设计的机械手臂有三种工作方式，分别为单周期、单步和连续工作。

单周期和单步设计的主要目的是方便机械手的维修和调试。机械手的正常工作方

式为连续工作方式。这三种工作方式通过设计的多档开关进行控制。当多档开关

处于单步工作方式时，按下启动按钮，机械手开始工作，此时机械手只能够进行

一步，也就是当机械手完成一个工步时，也就是1/4个周期，将一个工件送至流

水线后停止工作。当多档开关处于单周期工作方式上时，按下启动开关，机械手

开始工作，当完成一个周期后，也就是将四个工件全部送至流水线上之后，机械

手停止工作。当多档开关处于连续工作方式上时，侧机械手处于正常生产方式，

也就是进行联系工作，完成每一个工作周期。机械手每一个动作有序进行，需要

强有力的驱动装置和发展的程序支持。本文主要介绍机械手的控制程序。

3.机械手的控制

西门子PLC具有控制灵活，性价比高等优点，因此本文设计选用的PLC为西

门子S7-200系列的PLC。本文设计的机械手需要12个输入端口，9个输出端口。

本文选用的PCL为CPU226型

根据控制要求，输入部分为：升降气缸需要2个形成开关，机械手小臂需要

有5个行程开关（分别用于四个五块的定位和小臂伸开的定位），3个工作方式

选择开关，一个启动按钮开关和停止按钮。输出方面：每一个步进电机需要一个

脉冲输出端和转向控制端，升降电磁阀以及夹持电磁阀开关，还有直流电机的正

反转开关。机械手要完成四个物块的抓取工作。物块的空间位置决定了程序的设

置方案，也就是决定了每一个驱动的控制。

4.PLC程序设计

由于机械手在工作的时候每一个步骤和动作都是通过逻辑关系进行控制的，

所以，PLC的程序设计在整个机械手中是十分重要的，PLC要在程