PLC氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展

胡 飛

（江蘇 宿遷 223800）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化生成設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，由于氣動(dòng)機(jī)械手具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造成本低等優(yōu)勢，在生產(chǎn)線上被廣泛應(yīng)用。氣動(dòng)機(jī)械手通過控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)來共同完成生產(chǎn)指標(biāo)，隨著PLC技術(shù)的成熟，基于PLC技術(shù)的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了新的突破。

1 PLC技術(shù)概述

PLC的全稱是可編輯邏輯控制器（Programmable Logic Controller），通過可編程的存儲(chǔ)器元件進(jìn)行邏輯運(yùn)算、程序控制、設(shè)備定時(shí)，最后將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化為機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)指令。PLC電子系統(tǒng)裝置的核心是微處理器，可用于各種工業(yè)生產(chǎn)，它的出現(xiàn)克服了許多原有技術(shù)的障礙，具有操作簡便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，由于整合了微處理器的優(yōu)勢，也更加符合電氣設(shè)備操作人員的操作習(xí)慣[2]。我國首次引進(jìn)PLC技術(shù)是在上個(gè)世紀(jì)七十年代，時(shí)至今日已經(jīng)可以用于生產(chǎn)一些中小型的產(chǎn)品，在電子、紡織、產(chǎn)品、印刷等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)和控制要求

2.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)械手由控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成，二者相互配合共同完成生產(chǎn)要求，其控制系統(tǒng)由PLC技術(shù)主導(dǎo)，執(zhí)行系統(tǒng)則是機(jī)械手完成各種復(fù)雜操作的實(shí)體裝置[3]。機(jī)械手的工作性能受執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布的影響，其形式也比較多，如直角坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式和圓柱坐標(biāo)式。

直角坐標(biāo)式機(jī)械手可以沿著X、Y、Z三個(gè)不同的方向做往返運(yùn)動(dòng)，這種形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)適用于工作位置位于一條線上的設(shè)備，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)拍間隔短、定位準(zhǔn)確、精準(zhǔn)度高、效率高，可與傳送帶或者其他加工設(shè)備配合使用，缺點(diǎn)就是受到運(yùn)動(dòng)方向的限制作業(yè)范圍比較小。球坐標(biāo)式機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)在坐標(biāo)平面下的直線運(yùn)動(dòng)或者兩個(gè)方向之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)范圍大，可進(jìn)行伸縮回轉(zhuǎn)、左右擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，工作效率也高[4]。關(guān)節(jié)式機(jī)械手的命名就是因?yàn)樗梢韵袢说氖直垡粯訉?shí)現(xiàn)多個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作靈活。圓柱式機(jī)械手是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種機(jī)械手，優(yōu)點(diǎn)是體積小、動(dòng)作范圍大。

2.2 機(jī)械手的控制要求

機(jī)械手的控制根據(jù)適用場合的不同可以分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種控制方式。自動(dòng)控制是基于PLC技術(shù)下的編寫程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備控制的，而手動(dòng)控制操作主要是用于設(shè)備的安裝調(diào)試以及故障維修過程。機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行過程要求擺動(dòng)氣缸處于中心右側(cè)，此時(shí)氣缸活塞控制桿和垂直氣缸活塞控制桿同時(shí)后退，真空吸盤沒有抓取工件，在運(yùn)行過程中通過轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的擺動(dòng)和伸出等引起其他組件的一系列運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)控制操作。機(jī)械手的手動(dòng)運(yùn)行主要有機(jī)械手的升降、伸縮和擺動(dòng)操作，它與實(shí)際操作無關(guān)，只是在裝置進(jìn)行初次安裝或者出現(xiàn)故障時(shí)采用的一種工作方式。

3 PLC氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 順序功能設(shè)計(jì)

為了保證生產(chǎn)過程能夠按照預(yù)定的先后順序正常進(jìn)行，就需要嚴(yán)格的設(shè)計(jì)順序功能圖，順序功能圖能夠保證機(jī)械手按照規(guī)定的步驟完成控制任務(wù)，可以有效的提高工程師的設(shè)計(jì)效率，由于設(shè)計(jì)思路簡單，也便于初學(xué)者理解[5]。順序功能圖實(shí)現(xiàn)了通用編程元件和專用編程元件的結(jié)合使用，這種專門用于控制程序編制的功能圖已被PLC設(shè)計(jì)廣泛采用。通過氣動(dòng)機(jī)械手的操作流程可以看出，需要機(jī)械手按照控制要求，從原點(diǎn)位置出發(fā)，依次進(jìn)行擺動(dòng)缸擺動(dòng)、伸出、吸件、退回、右擺、伸出、松件、退回原位的循環(huán)操作。

3.2 氣動(dòng)機(jī)械手的總體順序功能

自動(dòng)控制系統(tǒng)的檢測開關(guān)和手動(dòng)開關(guān)只能有一個(gè)處于開放狀態(tài)，所以需要安裝轉(zhuǎn)換開關(guān)以保證控制方式的單一性。對于手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式需要按照選擇開關(guān)來決定，如果是先選用自動(dòng)操作的方式，但此時(shí)機(jī)械手并沒有處于原始狀態(tài)，就需要先使用手動(dòng)操作方式使機(jī)械手回到初始位置之后再執(zhí)行其他操作，通過選擇開關(guān)就可以輕松的實(shí)現(xiàn)單周期或者自動(dòng)化的操作。

4 PLC氣動(dòng)氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的測試與發(fā)展前景

對PLC氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分進(jìn)行測試，可以保證出廠的設(shè)備質(zhì)量，為設(shè)備功能的完整實(shí)現(xiàn)以及設(shè)備運(yùn)行的速度提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。通過系統(tǒng)測試也可以為廣大的客戶提供一個(gè)直觀了解設(shè)備工作原理的平臺(tái)，友好的操作界面也讓用戶需求與設(shè)備操作之間的信息傳遞更加簡便，操作起來更加方便。

氣動(dòng)機(jī)械手是在氣動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)的，所以動(dòng)力來源取之不盡，不僅節(jié)約能源，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高，在醫(yī)藥、食品等多個(gè)加工制造行業(yè)被推廣使用。機(jī)械手的多向旋轉(zhuǎn)與氣爪夾緊功能相互配合，共同實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動(dòng)化生產(chǎn)?；谖⑻幚砥鞯腜LC技術(shù)使氣動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng)邏輯編程更加簡單明了，提高了生產(chǎn)效率[6]。PLC技術(shù)與氣動(dòng)機(jī)械手的優(yōu)勢合并，不僅節(jié)約能源，而且操作性能更加穩(wěn)定可靠，這也必然使PLC氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)在未來幾十年內(nèi)被更多的生產(chǎn)行業(yè)所推廣使用。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，以PLC技術(shù)為核心的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)在生產(chǎn)加工過程中得到廣泛的應(yīng)用。由于PLC技術(shù)的獨(dú)有優(yōu)勢，使其非常適合實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求，不僅操作更加準(zhǔn)確，安全性能也更高，故障頻率也較之前有大幅度的降低。基于PLC技術(shù)的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)大大提高了工業(yè)生產(chǎn)的工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益，是一種未來發(fā)展前景廣闊的自動(dòng)控制系統(tǒng)，必將得到大范圍的推廣使用。

[1]徐玲.基于MCGS組態(tài)軟件氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].伺服控制,2012.

[2]汪歡歡,胡國清,周青輝.基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].液壓與氣動(dòng),2012.

[3]齊繼陽,吳倩,何文燦.基于PLC和觸摸屏的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2013.

[4]郭子健.基于PLC和觸摸屏的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2014.

[5]薛小晶.基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制方法探討[J].電子技術(shù)與軟件工程,2014.

[6]郅富標(biāo),毋虎城,張四海.基于PLC的物料搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中州煤炭,2011.