物流搬運(yùn)站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

賀廉云

（德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

物流搬運(yùn)站PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

賀廉云

（德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023）

對物流搬運(yùn)中的搬運(yùn)站進(jìn)行研究設(shè)計，設(shè)計出了以PLC為核心的高效率工作搬運(yùn)站。主要由一個三自由度的機(jī)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(jìn)行控制，然后用電磁閥控制氣動系統(tǒng)來驅(qū)動氣缸的運(yùn)動。實現(xiàn)機(jī)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(jìn)而達(dá)到搬運(yùn)站的各種搬運(yùn)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(yùn)速度，提高了工作效率。

搬運(yùn)站；機(jī)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(jìn)千家萬戶。與此同時，由于物流中存在大量的重復(fù)性搬運(yùn)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(yùn)站就是其中之一。搬運(yùn)站，其實質(zhì)為工業(yè)搬運(yùn)機(jī)械手，起到搬運(yùn)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(yùn)站系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)概述。本設(shè)計中的物流搬運(yùn)站，其主要由一個三自由度的機(jī)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(jìn)而達(dá)到物件的搬運(yùn)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(yùn)速度，提高了工作效率。搬運(yùn)站如圖1所示。

圖1 搬運(yùn)站示意圖

搬運(yùn)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(qiáng)度材料做成，主要起支撐作用，以及固定回轉(zhuǎn)氣缸和導(dǎo)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(dǎo)桿氣缸相連，帶動導(dǎo)桿氣缸旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)桿氣缸用來實現(xiàn)伸縮運(yùn)動，導(dǎo)桿氣缸與普通氣缸相連，普通氣缸用來實現(xiàn)上下運(yùn)動，普通氣缸與手指氣缸相連，帶動手指氣缸上下運(yùn)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(dǎo)桿氣缸、手指氣缸都由兩個電磁閥控制其運(yùn)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(yùn)站復(fù)雜的搬運(yùn)動作。

（2）系統(tǒng)工作過程。本設(shè)計中，搬運(yùn)站原始位置為：普通氣缸上升到極限位置，導(dǎo)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(yùn)站具體運(yùn)動過程：導(dǎo)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(dǎo)桿氣缸縮回→回轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)到右極限位置→導(dǎo)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(yùn)工作。在搬運(yùn)站搬運(yùn)完工件后，系統(tǒng)再次控制搬運(yùn)站回到初始位置，等待物件到來的開始指令，重復(fù)上述運(yùn)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(jī)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(qiáng)大、擴(kuò)展性良好，受到了用戶的普遍好評，并成為當(dāng)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(yùn)站控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。按照搬運(yùn)站控制系統(tǒng)的需求，設(shè)定了“開始按鈕”、“復(fù)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(diǎn)數(shù)，根據(jù)I/O點(diǎn)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(jī)。

（2）電磁閥。在文章的物流搬運(yùn)站PLC控制系統(tǒng)中，搬運(yùn)站的動作是靠氣動閥來實現(xiàn)的。搬運(yùn)站中的回轉(zhuǎn)氣缸、導(dǎo)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(yùn)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(yùn)動,氣缸選用型號為SC 80X70，所設(shè)計的控制系統(tǒng)為達(dá)到搬運(yùn)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(jī)械中運(yùn)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(yùn)動部件的運(yùn)動位置或運(yùn)動程度，使運(yùn)動部件按照設(shè)計要求進(jìn)行停止、往返、變速等動作。在本物流搬運(yùn)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(yùn)站運(yùn)動的重要硬件。

（4）接近開關(guān)。在物流搬運(yùn)站PLC控制系統(tǒng)中，為觸發(fā)搬運(yùn)站開始搬運(yùn)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(dāng)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(yùn)站能夠準(zhǔn)確的抓取物件。

（5）系統(tǒng)I/O分配及電路設(shè)計?？刂葡到y(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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)物件

5 結(jié)語

物流搬運(yùn)站PLC控制系統(tǒng)中，使用電磁閥來控制搬運(yùn)站的各種氣缸的運(yùn)動，使用限位開關(guān)、接近開關(guān)等電器元件對搬運(yùn)站的運(yùn)動位置、運(yùn)動行程進(jìn)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(jìn)而使氣缸按照設(shè)計要求運(yùn)動，實現(xiàn)搬運(yùn)工作。

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

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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。