1导言
以物流控制中的机械手控制为例，分析了可编程控制器和步进驱动装置的控制方法。该系统涉及的主要硬件是s7-200plc和sh-2h057步进驱动。
(1) s7-200
Plc系列是西门子的可编程控制器，可以满足各种自动控制要求。s7-200plc设计紧凑、扩展性好、价格低廉、指令功能强大，能够满足小规模控制的要求。此外，丰富的cpu类型和电压水平使其在解决用户的工业自动化问题时非常适用。
1 s7-200 plc包括单个s7-200 cpu，或带有各种可选扩展模块。S7-200cpu模块包括中央处理器(cpu)、电源和数字i/o点，它们集成在一个紧凑且独立的设备中。
Cpu负责执行程序和存储数据，以控制工业自动化控制任务或过程；输入和输出是系统的控制点：输入部分采集现场设备的信号，输出部分控制控制过程中的泵、电机等设备；电源为中央处理器和与之相连的任何设备供电；通信端口允许s7-200 cpu与编程器或其他设备连接。
状态信号灯显示cpu的工作模式(运行或停止)、本机i/o的当前状态和检查的系统错误。
其通信性能可以通过扩展模块提供；
cpu的I/o点可以通过扩展模块增加(cpu 221不扩展)；
有的CPU内置实时时钟，或者加实时时钟卡；
L eeprom卡可以存储cpu程序，也可以将程序从一个cpu发送到另一个CPU；
ram中的数据存储时间可以通过可选的插入式电池盒延长；
最大i/o配置。
(2)sh-2h057驱动器有三个输入信号，分别是：步进脉冲信号cp、方向电平信号dir和离线电平信号free。它们通过驱动器内部的270限流电阻连接到光耦的负输入端，电路形式完全相同。三个光耦合器的正输入端是光端，三个输入信号在驱动器内部以共阳极模式连接，因此光端需要连接到外部系统的vcc端。否则，需要在外部增加一个限流电阻，以确保驱动器内部的光耦有8-15ma的驱动电流。
阶跃脉冲信号cp
步进脉冲信号cp用于控制步进电机的位置和速度，也就是说，驱动器每接收到一个cp脉冲，就带动步进电机旋转一个步进角，cp脉冲的频率变化也就是步进电机的速度变化。通过控制cp脉冲的数量，步进电机可以精确定位。这样就可以方便地实现步进电机的调速和定位。该驱动器的cp信号低电平有效，要求cp信号的驱动电流为8-15ma，同时要求cp的脉冲宽度一般不小于5 s。
方向电平信号方向
方向电平信号dir用于控制步进电机的旋转方向。当该端子处于高电平时，电机向一个方向转动；当次级端子处于低电平时，电机转向另一个方向。电机换向必须在电机停止后进行，换向信号必须在前一个方向的最后一个cp脉冲之后，下一个方向的第一个cp脉冲之前发出。
离线电平信号自由
驱动器通电时，步进电机处于锁定状态(未施加cp脉冲时)或运行状态(施加cp脉冲时)，但用户想手动调节电机但不想关闭驱动器电源，则可以使用该信号，该信号在低电平有效，电机处于自由无转矩状态；当该信号为高电平或暂停时，取消离线状态。
步进电机简介
Sh-2h057驱动器用于驱动两相或四相混合式步进电机(也称电感型)，一般驱动60号机架以下的电机。电机不同的出线方式与驱动器的连接方式也不同。本系统使用的电机是两相四线电机，可以直接与驱动器连接。机械手电机驱动模块示意图见图1。
2系统工程
该系统的机械手部分由底盘、立柱、手臂和手组成，其中底盘由步进电机驱动，可顺时针和逆时针旋转；竖杆由步进电机驱动，可上下移动；手臂由步进电机驱动，可以前后伸缩。手由气泵控制，可以抓，可以放松。在相应的位置有定位的位置检测信号。参见图1。
(1)装运过程
从复位位置开始，根据需要到相应的装运平台(1、2、3号)。这时底盘旋转到需要的位置，立柱下降，臂伸出，定位后用手抓住货物，立柱上升，同时收回臂(避免操作时与其他设备碰撞)，然后到对应的装运平台(左或右装运平台)，立柱下降，臂伸出，手打开，将货物放在对应的装运平台上。
(2)采购流程
从复位位置开始，根据需要到相应的输送平台(左或右输送平台)。此时底盘旋转到需要的位置，立柱下降，手臂伸出，立柱上升，同时手臂收回(避免操作时与其他设备碰撞)，然后到相应的发货平台(1、2、3号)，立柱下降，手臂伸出，手打开，货物放在相应的发货平台上。
3系统设计思路
根据步进控制电路的设计思想，plc继电器输出模块工作速度低，因此采用高频脉冲方波发生器给出步进脉冲，其振荡频率根据步进电机的速度设定，步进量由位置检测控制。根据位置检测信号，plc的输出点切断进给电机，实现步进电机的停车。
程序流程图如图2所示。
在整个机械手操作控制过程中，限位开关、面板操作开关和系统逻辑开关作为控制工程网络的输入点。整个系统中，机箱内有五个限位开关，作为五个位置的定位输入点。控制工程中国版权所有，栏目有四个限位开关，分别是一个复位开关，一个限位输入量，上限位，下限位。机械臂有三个限位开关：机械臂复位限位数字输入点、机械臂前限位和机械臂后限位。夹爪限位开关，重置夹爪的输入点。总共13个限位开关完成所有控制输入。限位开关的分布见图1www.cechina.cn，因为整个控制过程是通过控制步进电机驱动模块，然后驱动步进电机来实现的。本文阐述了集成脉冲输出触发式步进电机驱动原理。s7-200plc(cpu 226)的Q0.0和q0.1分别向升降步进电机和前后步进电机发送脉冲；cpu226的Q0.2向转台步进电机发送脉冲。步进电机正反转是cpu226的q0.4和q0.5分别控制上/下步进电机和前/后步进电机；cpu 226的Q0.6和q0.7分别控制转盘步进电机正反转和手爪气泵的开关。机械手的plc程序是以step7-micro/win32软件的stl格式设计和编写的。程序设计易于修改，设计完成后可以在线调试。如果没有问题，再次连接步进电机。
上位机监控软件采用北京亚控的组态王软件，通过变量映射实现组态软件变量与plc寄存器的动态连接，从而实现上位机对plc的监控。
4结束语
机械手控制系统结构紧凑，动作可靠，使用方便。
负责编辑：YYX