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
1.3 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
图5-5 数据词典1
图5-6 数据词典2
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
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- 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.
- 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.
- 戚玉强,赵安,马彬彬,等.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.
- 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.
- 陈焕卫,谭继军,王希杰,等. 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.
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- [Valereum Plc announces Wageen Token listing and board update[J].Worldwide Computer Products News,2025,
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- OTC Markets Group: PensionBee Group plc Added to OTCQX[J].Food and Beverage Close - Up,2025,
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- OTC Markets Group: PensionBee Group plc Joins OTCQX[J].Manufacturing Close - Up,2025,
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