賀廉云

（德州學院 機電工程學院，山東 德州 253023）

物流搬運站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

賀廉云

（德州學院 機電工程學院，山東 德州 253023）

對物流搬運中的搬運站進行研究設(shè)計，設(shè)計出了以PLC為核心的高效率工作搬運站。主要由一個三自由度的機械手組成，能夠按照生產(chǎn)要求，采用西門子S7-200系列PLC對電磁閥進行控制，然后用電磁閥控制氣動系統(tǒng)來驅(qū)動氣缸的運動。實現(xiàn)機械手手指的抓緊與松開、手臂的旋轉(zhuǎn)、手臂的伸長與收縮、整體的上升與下降進而達到搬運站的各種搬運動作，不僅大大減少了勞動力的使用，節(jié)約了生產(chǎn)成本，還加快包裹搬運速度，提高了工作效率。

搬運站；機械手；PLC

這些年，伴隨著網(wǎng)絡(luò)商城的興起，物流行業(yè)得到了長足的發(fā)展 ，使物流走進千家萬戶。與此同時，由于物流中存在大量的重復性搬運工作需要投入大量的人力，增加了生產(chǎn)成本，這使工業(yè)自動化在其得到了越來越多的應(yīng)用，搬運站就是其中之一。搬運站，其實質(zhì)為工業(yè)搬運機械手，起到搬運貨物的作用，依靠著自動化控制的穩(wěn)定與靈活特性，活躍于各種物流環(huán)節(jié)中。

1 搬運站系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)概述。本設(shè)計中的物流搬運站，其主要由一個三自由度的機械手組成，能夠按照工作要求，實現(xiàn)手指的抓緊與松開、手臂的旋轉(zhuǎn)、手臂的伸長與收縮、手臂的上升與下降進而達到物件的搬運動作。大大減少了勞動力的使用，節(jié)約了生產(chǎn)成本，加快包裹搬運速度，提高了工作效率。搬運站如圖1所示。

圖1 搬運站示意圖

搬運站的下部是底座，一方面起支撐作用，另一方面可以用來作為控制柜使用；支架使用高強度材料做成，主要起支撐作用，以及固定回轉(zhuǎn)氣缸和導桿氣缸的作用；回轉(zhuǎn)氣缸用來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動作，其輸出轉(zhuǎn)軸與導桿氣缸相連，帶動導桿氣缸旋轉(zhuǎn)；導桿氣缸用來實現(xiàn)伸縮運動，導桿氣缸與普通氣缸相連，普通氣缸用來實現(xiàn)上下運動，普通氣缸與手指氣缸相連，帶動手指氣缸上下運動；手指氣缸實現(xiàn)對物件的抓取與釋放動作?；剞D(zhuǎn)氣缸、導桿氣缸、手指氣缸都由兩個電磁閥控制其運動方式，普通氣缸只有一個電磁閥來控制其動作方式。電磁閥統(tǒng)一被PLC來控制其輸出，從而實現(xiàn)搬運站復雜的搬運動作。

（2）系統(tǒng)工作過程。本設(shè)計中，搬運站原始位置為：普通氣缸上升到極限位置，導桿氣缸縮回到極限位置，回轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)到左極限位置，手指氣缸松開。搬運站具體運動過程：導桿氣缸升出到極限位置→普通氣缸下行到極限位置→手指氣缸夾持物體→普通氣缸上行到上極限位置→導桿氣缸縮回→回轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)到右極限位置→導桿氣缸伸出到極限位置→普通氣缸下行到下極限位置→手指氣缸釋放物件，完成搬運工作。在搬運站搬運完工件后，系統(tǒng)再次控制搬運站回到初始位置，等待物件到來的開始指令，重復上述運動，直到接收到停止指令時停止。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）PLC主機的選擇。S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，因其價格低廉、結(jié)構(gòu)緊湊、指令功能強大、擴展性良好，受到了用戶的普遍好評，并成為當代各種中小型控制工程的理想設(shè)備。在西門子 S7-200系列 PLC中有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等。在設(shè)計中，使用西門子S7-200系列的PLC來作為搬運站控制系統(tǒng)的控制主機。按照搬運站控制系統(tǒng)的需求，設(shè)定了“開始按鈕”、“復位按鈕”、各種限位開關(guān)等12個輸入量，及各種電磁閥和信號燈的輸出量9個，共需要21個I/O點數(shù)，根據(jù)I/O點數(shù)及程序容量等問題的要求，本控制系統(tǒng)選擇CPU226作為主機。

（2）電磁閥。在文章的物流搬運站PLC控制系統(tǒng)中，搬運站的動作是靠氣動閥來實現(xiàn)的。搬運站中的回轉(zhuǎn)氣缸、導桿氣缸、手指氣缸都屬于雙作用氣缸，因而每個都需要兩個電磁閥來控制氣流的輸入來控制其運動方向，氣缸型號選為DNC-100-400-PPV-A163475。普通氣缸則是單作用氣缸，因此需要一個電磁閥就能控制其運動,氣缸選用型號為SC 80X70，所設(shè)計的控制系統(tǒng)為達到搬運動作的需求，共需要7個電磁閥，型號為K25HD2-20 AC 220V。

（3）限位開關(guān)。限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械中運動部位的部件撞擊來發(fā)出控制信號的一種低壓電器。其主要作用是用來限制運動部件的運動位置或運動程度，使運動部件按照設(shè)計要求進行停止、往返、變速等動作。在本物流搬運站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中，共有7個限位開關(guān)：上升降限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左旋限位開關(guān)、右旋限位開關(guān)、內(nèi)限位開關(guān)、外限位開關(guān)、抓緊限位開關(guān)。限位開關(guān)型號為施邁賽牌BM325-r是本控制系統(tǒng)重要的輸入量之一，是控制搬運站運動的重要硬件。

（4）接近開關(guān)。在物流搬運站PLC控制系統(tǒng)中，為觸發(fā)搬運站開始搬運工作等任務(wù)的需求，在傳送帶B處安裝接近開關(guān)型號為WQ-E3K-D3JC。當接近開關(guān)檢測到物件到來時，系統(tǒng)接收到相應(yīng)信號，搬運站能夠準確的抓取物件。

（5）系統(tǒng)I/O分配及電路設(shè)計。控制系統(tǒng)的I/O分配如表1所示，系統(tǒng)接線圖如圖2所示。

表1 搬運站PLC的I/O分配表

圖2 系統(tǒng)接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)物流搬運站PLC控制系統(tǒng)的工作過程設(shè)計的順序功能圖如圖3所示。

圖3 順序功能流程圖

4 系統(tǒng)WinCC仿真

經(jīng)過WinCC組態(tài)設(shè)計，運行PLC程序后得到如圖4和圖5所示的組態(tài)動態(tài)畫面。

圖4 WinCC過程監(jiān)控畫面——起始位置

圖5 WinCC過程監(jiān)控畫面——搬運物件

5 結(jié)語

物流搬運站PLC控制系統(tǒng)中，使用電磁閥來控制搬運站的各種氣缸的運動，使用限位開關(guān)、接近開關(guān)等電器元件對搬運站的運動位置、運動行程進行檢測，通過西門子PLC的輸入輸出指令來統(tǒng)一控制各個電器元件，從而控制氣動系統(tǒng)，進而使氣缸按照設(shè)計要求運動，實現(xiàn)搬運工作。

最后通過WinCC對系統(tǒng)進行仿真設(shè)計，使搬運站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計合理性得到了進一步驗證。

［1］孫開敏.機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計［J］.科技信息學報，2012，（2）：23-46.

［2］陳懇，劉莉，楊東超.機器人技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:清華大學出版社，2012.

［3］趙運婷，賈文民.基于MCGS的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.機械工程師，2011，（7）：14-17.

［4］曹松華.機電系統(tǒng)執(zhí)行器應(yīng)用--液壓與氣動技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2010.

［5］廖常初.PLC編程及應(yīng)用第4版［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

［6］李軍.WinCC組態(tài)技巧與技術(shù)問答［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

Design of Control System for PLC Logistics Transportation Station

HE Lian-yun
（School of Mechanical and Electronical Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

This paper carries on the research design to the transportation station in the logistics transportation，and has designed the transportation station which takes the PLC as the core and mainly consists of a three degrees of freedom of the manipulator in accordance with the requirements of production,takes SIEMENS S7-200 series PLC solenoid valve to control，and then drive the motion of the cylinder by using the solenoid valve to control the pneumatic system.To achieve the mechanical hand fingers grasp and loosen，arm rotation，arm extension and contraction,the overall rise and fall to achieve a variety of handling station transport action not only greatly reduces the use of labor，saving the cost of production,but also speeds up the handling speed，and improves the efficiency of the work.

transportation station；manipulator；PLC

TP273

A

2095-980X（2017）02-0048-02

2017-01-16

賀廉云（1966-），女，碩士，教授，主要從事模糊控制系統(tǒng)與非線性控制系統(tǒng)的研究工作。