1 引言
本文以某物流控製中的機械手控製為(wei) 例，分析了PLC與(yu) 步進驅動裝置的控製方法，本係統涉及的主要硬件是S7-200 PLC和SH-2H057步進驅動器。
 

(1) S7-200 PLC係列是西門子公司的可編程控製器,這一係列產(chan) 品可以滿足多種多樣的自動化控製要求，由於(yu) 具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價(jia) 格以及強大的指令，使得S7-200 PLC可以滿足小規模的控製要求。此外，豐(feng) 富的CPU類型和電壓等級使其在解決(jue) 用戶的工業(ye) 自動化問題時，具有很強的是適用性。
 

　　　1台S7-200 PLC包括一個(ge) 單獨的S7-200 CPU，或者帶有各種各樣的可選擴展模塊。S7-200 CPU模塊包括一個(ge) 中央處理單元(CPU)、電源以及數字量I/O點，這些都被集成在一個(ge) 緊湊、獨立的設備中。
l CPU負責執行程序和存儲(chu) 數據，以便對工業(ye) 自動化控製任務或過程進行控製;
l 輸入和輸出是係統的控製點:輸入部分從(cong) 現場設備中采集信號，輸出部分則控製泵、電機、以及控也過程中的其他設備;
l 電源向CPU 及其所連接的任何設備提供電力;
l 通訊端口允許將S7-200 CPU同編程器或其他一些設備連起來;
l 狀態信號燈顯示了CPU 的工作模式(運行或停止)，本機I/O的當前狀態，以及檢查出來的係統錯誤;
l 通過擴展模塊可提供其通訊性能;
l 通過擴展模塊可增加CPU的I/O點數(CPU 221不擴展);
l 一些CPU有內(nei) 置的實時時鍾，或添加實時時鍾卡;
l EEPROM卡可以存儲(chu) CPU程序，也可以將一個(ge) CPU中的程序送到另一個(ge) CPU中;
l 通過可選的插入式電池盒可延長RAM中的數據存儲(chu) 時間;
l 最大I/O配置。
( 2) SH-2H057驅動器輸入信號共有三路，他們(men) 是:步進脈衝(chong) 信號CP、方向電平信號DIR、脫機電平信號FREE.他們(men) 在驅動器內(nei) 部分別通過270Ω的限流電阻接入光耦的負輸入端，且電路形式完全相同，三路光耦的正輸入端為(wei) OPTO端，三路輸入信號在驅動器內(nei) 部接成共陽方式，所以OPTO端需接外部係統的VCC端，如果VCC是+5伏，可直接接入;否則需在外部另加限流電阻，保證給驅動器內(nei) 部光耦提供8-15mA的驅動電流。
l 步進脈衝(chong) 信號CP
步進脈衝(chong) 信號CP用於(yu) 控製步進電機的位置和速度，也就是說:驅動器每接受一個(ge) CP脈衝(chong) 就驅動步進電機旋轉一個(ge) 步角度，CP脈衝(chong) 的頻率改變則同時是步進電機的速率改變，控製CP脈衝(chong) 的個(ge) 數，則可以使步進電機精確定位。這樣就可以很方便的達到步進電機調速和定位的目的。本驅動器的CP信號為(wei) 低電平有效，要求CP信號的驅動電流為(wei) 8-15mA，對CP脈衝(chong) 寬度也有一定要求，一般不小於(yu) 5μs。
l 方向電平信號DIR
 

　　　方向電平信號DIR用於(yu) 控製步進電機的旋轉方向。此端為(wei) 高電平時，電機為(wei) 一個(ge) 轉向;次端為(wei) 低電平時，電機為(wei) 另一個(ge) 轉向。電機換向必須在電機停止後再進行，並且換向信號一定要在前一個(ge) 方向的最後一個(ge) CP脈衝(chong) 結束後以及下一個(ge) 方向的第一個(ge) CP脈衝(chong) 前發出。
l 脫機電平信號FREE
 

　　　當驅動器上電後，步進電機處於(yu) 鎖定狀態(未施加CP脈衝(chong) 時)或運行狀態(施加CP脈衝(chong) )，但用戶想手動調整電機而又不想關(guan) 閉驅動器電源，這時可以用到此信號，此信號低電平有效，電機處於(yu) 自由無力矩狀態;當此信號為(wei) 高電平或懸空不接時，取消脫機狀態。
 

l 步進電機簡介
　　　SH-2H057型驅動器用於(yu) 驅動二相或四相混合式步進電機(亦稱感應子式)，此驅動器一般驅動60號機座以下電機。電機的出線方式不同，與(yu) 驅動器的連接也不同。本係統使用的電機為(wei) 二相四根線電機，可以直接和驅動器相連。見圖1的機械手電機驅動模塊原理圖。

2　係統工作工程
　本係統的機械手部分由底盤、立杆、手臂、手組成，其中底盤由一個(ge) 步進電機驅動，可順逆時針旋轉;立杆由一個(ge) 步進電機驅動，可上下移動;手臂由一個(ge) 步進電機驅動，可前後伸縮;手由氣泵控製，可抓緊和放鬆。在相應位置都有位置檢測信號用於(yu) 定位。參見圖1。

(1) 出貨過程
　從(cong) 複位位置啟動,根據要求到相應出貨台(1，2，3號貨台),此時底盤轉動到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位後手抓貨物,立柱上升,同時手臂回收(以免運行中與(yu) 其它設備相撞),然後到相應出貨台(左,或右出貨台),立柱下降,手臂伸出,手打開,把貨物放在相應出貨台上。
(2) 進貨過程
　從(cong) 複位位置啟動,根據要求到相應出貨台(左，或右出貨台),此時底盤轉動到要求位置，立柱下降,手臂伸出,定位後手抓貨物,立柱上升,同時手臂回收(以免運行中與(yu) 其它設備相撞),然後到相應出貨台(1，2，3號貨台),立柱下降,手臂伸出,手打開,把貨物放在相應出貨台上。

3 係統設計思想
　步進控製電路設計思想，PLC繼電器式輸出模塊工作速度較低，故采用高頻脈衝(chong) 方波發生器，給出步進脈衝(chong) ，其振蕩頻率按步進電機速度設置，步進量的控製采用位置檢測，根據位置檢測信號用PLC的輸出點切斷進給電機，實現步進電機的停車, 其程序流程圖如圖2所示。

　在整個(ge) 機械手運行控製過程中，采用限位開關(guan) 以及麵板操作開關(guan) 以及係統邏輯開關(guan) 作為(wei) 輸入點，整個(ge) 係統中底盤有5個(ge) 限位開關(guan) ，分別作為(wei) 5個(ge) 位置的定位輸入點，立柱有4個(ge) 限位開關(guan) ，分別為(wei) 1個(ge) 複位開關(guan) 、一號位限位輸入量、上限位、下限位。手臂有3個(ge) 限位開關(guan) :手臂複位限位數入點、手臂前限位、手臂後限位。抓手限位開關(guan) ，為(wei) 抓手複位輸入點。一共13個(ge) 限位開關(guan) 完成全部的控製輸入。各限位開關(guan) 分布情況見圖1，
　由於(yu) 在整個(ge) 控製過程中全部是通過控製步進電機驅動模塊再驅動步進電機執行。這裏對用集成脈衝(chong) 輸出觸發步進電機驅動器原理進行說明。S7-200 PLC(CPU 226)的Q0.0和Q0.1分別對升/降步進電機、前/後步進電機發送脈衝(chong) ;CPU 226的Q0.2對轉盤步進電機發送脈衝(chong) 。而步進電機的正/反轉則分別是CPU 226的Q0.4和Q0.5分別對升/降步進電機、前/後步進電機實行控製;CPU 226 的Q0.6和Q0.7分別對轉盤步進電機正反、抓手氣泵開關(guan) 實行控製。
　機械手PLC程序的設計編寫(xie) 采用了STEP 7-Micro/WIN32軟件的數據表(STL)的形式。程序設計修改方便，設計完成可聯機調試，沒有問題再把步進電機接上。
　上位機監控軟件采用北京亞(ya) 控的組態王軟件，通過變量映射實現組態軟件的變量與(yu) PLC的寄存器的動態連接，從(cong) 而實現了上位機對PLC的監控。

4 結束語
　本機械手控製係統結構緊湊，動作可靠，使用方便，已較好地應用於(yu) 我校的科研教學中.