news 2026/3/25 12:59:59

PLC1200自动上料与工件定位控制系统(高质量、组态、梯形图、接线图输入输出、一套)

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
PLC1200自动上料与工件定位控制系统(高质量、组态、梯形图、接线图输入输出、一套)

密级:公开

研究以西门子S7-1200PLC为主控制器,搭配光电传感器、接近开关、伺服驱动系统、气动执行机构及SIMATIC HMI人机界面等设备,构建“信号检测-逻辑控制-动作执行”的闭环控制架构;通过博图平台完成PLC程序开发,实现物料自动上料、工件位置检测、精准定位校准、输送启停调控等功能,结合手动/自动切换、急停复位等控制模块,搭建可视化人机交互界面,满足生产线对不同规格工件的上料与定位需求。

关键词:S7-1200 PLC;自动上料;工件定位;机械手控制;人机交互界面;传感器技术

目 录

摘 要............................................................... I

Abstract................................................................ II

第1章 绪论........................................................ 1

1.1 研究背景............................................... 1

1.2 研究目的及意义................................... 1

1.2.1 研究目的.................................... 1

1.2.2 研究意义.................................... 1

1.3 国内外研究现状................................... 2

1.3.1 国外研究现状............................ 2

1.3.2 国内研究现状............................ 3

1.4 课题主要研究内容............................... 4

第2章 自动上料与工件定位控制系统总体方案设计.................................................................. 6

2.1 自动上料与工件定位控制系统原理... 6

2.2 控制要求............................................... 7

2.3 系统总体设计....................................... 7

第3章 自动上料与工件定位控制系统硬件设计.......................................................................... 8

3.1 PLC选型................................................ 8

3.2 直流电机的选型................................. 10

3.3 温度变送器选择................................. 11

3.4 接近开关选择..................................... 11

3.5 气动夹爪选择..................................... 12

3.6 触摸屏的选型..................................... 13

第4章 自动上料与工件定位控制系统软件设计........................................................................ 14

4.1 PLC外部输入/输出点(I/O)................. 14

4.2 主电路设计......................................... 15

4.3 电源电路设计..................................... 16

4.4 PLC输入和输出接线设计.................. 16

4.5 控制程序流程设计............................. 18

4.7 梯形图设计......................................... 19

第5章 系统运行与调试.................................. 24

5.1 通讯设定............................................. 24

5.2 组态变量的建立................................ 26

5.3 运行.................................................... 27

第6章 结论...................................................... 29

参 考 文 献...................................................... 30

致 谢............................................................ 32

附 录............................................................ 33

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

图1-1 德国西门子、德马泰克开发的上料定位系统

日本卡诺普、发那科等企业研发的工业机器人系统,采用PLC与视觉传感器、气动执行机构的协同控制,重复定位精度达0.03mm,支持多规格工件的自适应抓取与定位,适配复杂加工场景需求。但此类系统存在明显局限:硬件成本高昂,专用模块兼容性不足,针对小批量多品种生产场景的适配性较差,且后期维护需依赖原厂技术支持,难以满足中小型制造企业的个性化需求,工业机器人系统如图1-2所示。

图1-2 工业机器人系统

当前国外研究的核心优势在于精度与效率,但针对特定加工工艺的工序衔接联动、低成本适配等需求仍有优化空间,高成本导致其在中小型企业的普及度受限。

1.3.2 国内研究现状

国内在自动上料与工件定位系统领域的研究虽起步较晚,但聚焦“PLC技术落地+本土化场景适配”,已取得阶段性成果。国内自动化设备企业(如山东骏吉、成都卡诺普)开发的控制系统,采用西门子S7-1200等主流PLC作为控制核心,搭配国产传感器与伺服组件,实现了工件自动上料与精准定位,在汽车制造、钢铁加工等行业的应用中,上料效率提升35%以上,定位精度控制在±0.05mm以内,如图1-3所示。

图1-3 成都卡诺普上料系统

第2章 自动上料与工件定位控制系统总体方案设计

2.1 自动上料与工件定位控制系统原理

其原理框图如图2-1所示。

图2-1 自动上料与工件定位控制系统原理图

2.2 控制要求

图2-2 硬件结构图

第3章 自动上料与工件定位控制系统硬件设计

3.1 PLC选型

本自动上料与工件定位控制系统核心控制需求为:多传感器信号采集、双模式动作时序控制、毫米级定位反馈及设备联动协调,需PLC具备高可靠性、快速指令执行能力及灵活扩展特性。综合技术适配性与工程实用性,最终选定西门子S7-1200 PLC(CPU 1215C)作为主控制器。

PLC实物如图3-1所示。

图3-1 PLC实物图

表4-1 系统I/0口配置

西门子S7-1200

PLC输入点

注释

PLC输出点

注释

M10.0

启动按钮

Q0.0

检测指示灯

M10.1

停止按钮

Q0.1

机器手夹紧

M10.2

自动模式

Q0.2

机器手松开

M10.3

手动模式

Q0.3

机器手向右运行

M10.4

光电传感器

Q0.4

机器手向左运行

M10.5

物料合格信号

Q0.5

机械手上升

M10.6

物料不合格信号

Q0.6

机械手下降

M10.7

原点传感器

Q0.7

M11.0

合格区到位传感器

M11.1

不合格区到位传感器

M11.2

机器手手动夹紧

M11.3

机器手手动松开

M11.4

机器手手动向右运行

M11.5

机器手手动向左运行

M12.0

机器手手动上升

M12.1

机器手手动下降

M12.2

机器手上升到位传感器

M12.3

机器手下降到位传感器

4.2 主电路设计

图4-1 主电路图

4.3 电源电路设计

220V的交流电还经过QF3和FU2的保护,直接为PLC提供其工作所需的220V电源。

图4-2 电源电路

4.4 PLC输入和输出接线设计

接线见图4-3所示。

图4-3 接线图

4.5 控制程序流程设计

随后机械手上升、移位至指定放料区,经位置传感器校准定位后下降,夹爪松开完成放料。单周期模式执行一次流程后复位待机,连续模式循环重复上述步骤;手动模式可通过独立按钮控制各动作单步运行。全程限位开关与急停模块实时防护,指示灯同步反馈运行状态,确保流程精准高效。控制程序流程图如图4-4所示。

图4-4 控制程序流程图

4.7 梯形图设计

在组态仿真里,输入点I点是无法仿真通断的,因此,输入点位用内部继电器M点表示。

按下启动按钮,系统开始运行,按下停止按钮是,系统就停止运行。

系统运行后,按下自动运行模式,检测指示等点亮,同时机械手复位到原点。

自动模式运行后,当投入合格物料或者不合格物料时,物检测指示灯熄灭,机械手下降,当下降到指定位置时,机械手停止下降,并抓取物料后上升。

机械手上升到位后,开始向右运行,此时物料如果是合格物料,机械手就会运行到合格区停下,并开始下降,如果是不合格物料,机械手则运行到不合格区停下,并且开始下降。

机械手下降到位后,松开夹爪,此时物料已放置在指定区域,机械手开始上升,当上升到位后,机械手开始向左运动

5.2 组态变量的建立

组态王跟PLC进行数据交换,需要建立通信,另外组态王里需要建立变量,变量连接PLC地址,跟PLC里的数据类型匹配。为了进行报警,设定报警属性。为了进行历史数据查询,设定历史记录。为了进行动画,定义内部变量,不需要连接PLC等外部设备,如图5-5所示。

图5-5 数据词典1

图5-6 数据词典2

5.3 运行

在文件菜单,点进入运行环境,启动运行。

图5-6 进入运行画面

按下启动按钮,系统模式后,系统进入自动状态,此时可投放物料信号灯点亮,说明此时可以投放物料。(合格/不合格物料)

图5-7 进入运行画面

按下投放物料按键后,此时,可投放灯熄灭,机械手下降取料。

图5-7 进入运行画面

参 考 文 献

  1. 岳振博,闫东,刘昊瑞,.基于PLC的物料自动打包系统设计[J].物联网技术,2025,15(24):107-110.
  2. 高志毅.高炉上料系统中电气自动化控制技术研究[J].冶金信息导刊,2025,62(06):53-56.
  3. 林鹏. PLC控制下自动变速叶轮喂料器的设计与分析[J].农机使用与维修,2025,(12):46-49.
  4. 戚玉强,赵安,马彬彬,.基于PLC的猪饲料自动输送装置控制系统设计[J].机电产品开发与创新,2025,38(06):42-44.
  5. 邹田甜,甄珍.基于PLC的材料模压成型联锁控制系统设计[J].科技与创新,2025,(20):57-60.
  6. 陈焕卫,谭继军,王希杰,. PLC自动化在输送加工系统中应用的研究[J].广东化工,2025,52(19):80-82+85.
  7. 孙玉娟.应用PLC技术的机电一体化传感器自动检测系统设计[J].中国机械,2025,(28):60-63.
  8. 刘淼.基于PLC控制系统的智能柔性生产线设计分析[J].中国设备工程,2025,(15):33-35.
  9. 于明春,胡增超.PLC技术在电气工程及其自动化控制中的应用[C]//广西网络安全和信息化联合会.2025年第五届工程领域数字化转型与新质生产力发展研究学术交流会论文集.浙江昊辉新能源有限公司;建德市华丰环保科技有限公司;,2025:351-352.
  10. 高攀胜,贾军峰,唐虎,.盾尾油脂原材料上料系统研究及应用[J].建筑机械,2025,(05):231-234.
  11. [Valereum Plc announces Wageen Token listing and board update[J].Worldwide Computer Products News,2025,
  12. Camposol Holding PLC Names Julio Alcalde as CFO[J].Wireless News,2025,
  13. OTC Markets Group: PensionBee Group plc Added to OTCQX[J].Food and Beverage Close - Up,2025,
  14. Camposol Holding PLC Names Julio Alcalde as CFO[J].Manufacturing Close - Up,2025,
  15. OTC Markets Group: PensionBee Group plc Joins OTCQX[J].Manufacturing Close - Up,2025,

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