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基于PLC和触摸屏的SCARA机器人控制系统设计

胡洪钧

【摘要】对实验室里闲置的二手SCARA机器人进行改造,采用PLC与触摸屏重新

构建了机器人控制系统.上位机由PC机和触摸屏组成,互相通信的两台PLC构成系

统下位机.介绍了该机器人硬件系统的工作原理及其组成;对系统软件设计进行了解

析,其中重点介绍了人机交互界面的设计;最后对该机器人系统的现场调试进行了阐

述.

【期刊名称】《制造业自动化》

【年(卷),期】2019(041)005

【总页数】4页(P98-101)

【关键词】SCARA机器人;可编程控制器(PLC);触摸屏;系统调试

【作者】胡洪钧

【作者单位】宁德师范学院信息与机电工程学院,宁德352100

【正文语种】中文

【中图分类】TP24

0引言

SCARA机器人具有3个旋转关节和1个移动关节，旋转关节轴线相互平行，在平

面内进行定位和定向，移动关节用于完成末端执行器在垂直于平面的运动[1]。该

机器人大量用于装配印刷电路板和电子零部件，可以伸进有限空间中作业然后收回，

适合于搬动和取放物件。图1所示为实验室闲置的SCARA机器人的外观图，由于

年久失修，该机器人控制器基本报废，因此需要对机器人控制系统进行改造，使得

机器人恢复基本功能。SCARA机器人控制器大多采用专用控制器或“PC机+运动

控制卡”[2]，其优点在于功能模块集成程度高，程序语言严谨，但是这种控制器

开放性较差，而且价格偏高。

目前PLC与触摸屏技术作为设备控制及人机交互的方法被广泛应用[3～6]，并且

随着PLC技术的发展和功能模块的完善，PLC已经基本具备了SCARA机器人所

需要的所有功能[7～9]，加上PLC扩展性强，程序维护方便，因此项目使用PLC

和触摸屏来开发该SCARA机器人控制系统，不但可以节省系统开发的成本，而且

应用前景广阔。

1硬件系统设计

根据SCARA机器人的结构组成和基本功能，首先确定硬件系统设计方案；然后对

系统硬件进行选型，主要包括触摸屏、PLC、伺服驱动器的选择；最后正确连接系

统各硬件，保证硬件系统功能完整。

图1SCARA机器人

1.1硬件系统工作原理

机器人的控制系统结构如图2所示，由一台PC机、一片西门子smartpanel系

列触摸屏和两台西门子S7-200系列PLC组成。其中PC机作为主控系统，通过

PLC配套的USB-PPI电缆与PLC#1和PLC#2通讯，主要负责控制程序的编写与

传输，并且将Winccflexible组态好的机器人控制界面通过以太网传送到触摸屏。

作为人机交互界面的触摸屏，通过MPI电缆与PLC#1通讯，将机器人实时操控指

令传送给下位机PLC#1和PLC#2。控制系统主要任务是控制机器人4个关节伺服

电机协调转动，完成程序设定功能，而每台S7-200系列PLC可同时控制两台伺

服电机，因此采用两台PLC即可实现机器人的运动控制。电机伺服驱动器是由其

他厂家定制而成，需要通过配套的解码器对伺服电机编码信号进行解码才能实时获

取电机的转角和转速信号。

图2控制系统工作原理图

1.2系统硬件组成

系统HMI控制面板采用西门子smart1000IE触摸屏（1个以太网接口，1个RS-

485通讯接口），以太网接口与PC机的RJ45接口通过网线连接，将PC机上由

Winccflexible组态的SCARA机器人控制界面传输给触摸屏。下位机PLC#1和

PLC#2中央处理单元均采用CPU224XP（14个DI口，10个DO口，2个RS-

485通讯口），PC机上的控制程序由CPU224XP的通讯口0载入到PLC#1中。

PLC#1的通讯口1与触摸屏RS-485通讯口通过MPI电缆连接[10]，将来自人机

界面的操控指令传送给PLC#1。在运动控制过程中PLC#2的通讯口0与PLC#1

的通讯口0通过PPI缆线进行实时通讯。机器