PLC氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與發(fā)展

摘 要：氣動機械手的使用能夠很好地提高工業(yè)生成的自動化程度。PLC技術(shù)與氣動機械手的結(jié)合為機電系統(tǒng)的控制實施提供了更加有利的條件，加快了自動化程度的前進速度[1]。本文主要研究分析了在PLC技術(shù)下的氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù);氣動機械手;控制系統(tǒng);設(shè)計

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，自動化生成設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，由于氣動機械手具有結(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。氣動機械手通過控制系統(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)的氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(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），通過可編程的存儲器元件進行邏輯運算、程序控制、設(shè)備定時，最后將數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化為機械設(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，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PLC技術(shù)是在上個世紀(jì)七十年代，時至今日已經(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、印刷等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2 機械手的基本結(jié)構(gòu)和控制要求

2.1 機械手的基本結(jié)構(gòu)

機械手由控制系統(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)則是機械手完成各種復(fù)雜操作的實體裝置[3]。機械手的工作性能受執(zhí)行機構(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)式機械手可以沿著X、Y、Z三個不同的方向做往返運動，這種形式的機械運動適用于工作位置位于一條線上的設(shè)備，優(yōu)點是節(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，缺點就是受到運動方向的限制作業(yè)范圍比較小。球坐標(biāo)式機械手可以實現(xiàn)在坐標(biāo)平面下的直線運動或者兩個方向之間的旋轉(zhuǎn)運動，其優(yōu)點是活動范圍大，可進行伸縮回轉(zhuǎn)、左右擺動、旋轉(zhuǎn)等動作，工作效率也高[4]。關(guān)節(jié)式機械手的命名就是因為它可以像人的手臂一樣實現(xiàn)多個自由度的轉(zhuǎn)動，優(yōu)點是動作靈活。圓柱式機械手是實際生產(chǎn)中應(yīng)用最多的一種機械手，優(yōu)點是體積小、動作范圍大。

2.2 機械手的控制要求

機械手的控制根據(jù)適用場合的不同可以分為自動控制和手動控制兩種控制方式。自動控制是基于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。機械手的自動運行過程要求擺動氣缸處于中心右側(cè)，此時氣缸活塞控制桿和垂直氣缸活塞控制桿同時后退，真空吸盤沒有抓取工件，在運行過程中通過轉(zhuǎn)動氣缸的擺動和伸出等引起其他組件的一系列運動，實現(xiàn)整個自動控制操作。機械手的手動運行主要有機械手的升降、伸縮和擺動操作，它與實際操作無關(guān)，只是在裝置進行初次安裝或者出現(xiàn)故障時采用的一種工作方式。

3 PLC氣動機械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 順序功能設(shè)計

為了保證生產(chǎn)過程能夠按照預(yù)定的先后順序正常進行，就需要嚴(yán)格的設(shè)計順序功能圖，順序功能圖能夠保證機械手按照規(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)計效率，由于設(shè)計思路簡單，也便于初學(xué)者理解[5]。順序功能圖實現(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)計廣泛采用。通過氣動機械手的操作流程可以看出，需要機械手按照控制要求，從原點位置出發(fā)，依次進行擺動缸擺動、伸出、吸件、退回、右擺、伸出、松件、退回原位的循環(huán)操作。

3.2 氣動機械手的總體順序功能

自動控制系統(tǒng)的檢測開關(guān)和手動開關(guān)只能有一個處于開放狀態(tài)，所以需要安裝轉(zhuǎn)換開關(guān)以保證控制方式的單一性。對于手動操作方式和自動操作方式需要按照選擇開關(guān)來決定，如果是先選用自動操作的方式，但此時機械手并沒有處于原始狀態(tài)，就需要先使用手動操作方式使機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)就可以輕松的實現(xiàn)單周期或者自動化的操作。

4 PLC氣動氣動機械手控制系統(tǒng)的測試與發(fā)展前景

對PLC氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計部分進行測試，可以保證出廠的設(shè)備質(zhì)量，為設(shè)備功能的完整實現(xiàn)以及設(shè)備運行的速度提供強有力的技術(shù)支持。通過系統(tǒng)測試也可以為廣大的客戶提供一個直觀了解設(shè)備工作原理的平臺，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。

氣動機械手是在氣動條件下實現(xiàn)的，所以動力來源取之不盡，不僅節(jié)約能源，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高，在醫(yī)藥、食品等多個加工制造行業(yè)被推廣使用。機械手的多向旋轉(zhuǎn)與氣爪夾緊功能相互配合，共同實現(xiàn)生產(chǎn)線的全自動化生產(chǎn)?；谖⑻幚砥鞯腜LC技術(shù)使氣動機械手的控制系統(tǒng)邏輯編程更加簡單明了，提高了生產(chǎn)效率[6]。PLC技術(shù)與氣動機械手的優(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氣動機械手控制系統(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

隨著計算機信息技術(shù)的迅速發(fā)展，以PLC技術(shù)為核心的氣動機械手控制系統(tǒng)在生產(chǎn)加工過程中得到廣泛的應(yīng)用。由于PLC技術(shù)的獨有優(yōu)勢，使其非常適合實現(xiàn)氣動機械手的控制要求，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?；赑LC技術(shù)的氣動機械手控制系統(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)濟效益，是一種未來發(fā)展前景廣闊的自動控制系統(tǒng)，必將得到大范圍的推廣使用。

參考文獻：

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

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

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

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

[5]薛小晶.基于PLC的氣動機械手控制方法探討[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的物料搬運機械手控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中州煤炭，2011.

作者簡介：胡飛（1987—），男，江蘇宿遷人，本科，主要從事：機械工程設(shè)計及教學(xué)工作。