基于PLC機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】機械手是自動控制領(lǐng)域中一項重要而且較新的技術(shù)，引入PLC控制技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐結(jié)合的精華。它可以代替人類在各種惡劣的條件下工作，而且它能提高生產(chǎn)過程的自動化程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此得到廣泛的應(yīng)用。本文主要研究在PLC控制下機械手完成上下左右以及抓取等活動。

【關(guān)鍵詞】PLC；機械手；步進電機

1.引言

機械手按用途可分為通用機械手和專用機械手兩種，本文研究的PLC機械手屬于通用機械手，它的控制系統(tǒng)獨立，可改變程序、動作靈活多樣。通過PLC控制的機械手具有較大的工作范圍、較高的定位精度和很強的通用性，可在多種嚴(yán)酷條件下工作。

2.PLC機械手控制系統(tǒng)設(shè)計方案

對PLC機械手的要求是能準(zhǔn)確、快速地搬運和拾放物件，這就要求它們具有精度高、反應(yīng)快、承載能力強、工作空間充足和靈活的自由度以及在任意位置都能自動定位等特性。

首先，PLC是可編輯控制器的簡稱，它是一種以微機處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置。它的主要功能有：多種控制功能；數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能；通信聯(lián)網(wǎng)功能；輸入輸出接口調(diào)理功能；人機界面功能；編程、調(diào)試功能。本文選用PLC作為機械手的控制系統(tǒng)，是因為PLC體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡單、維修容易、易于擴展等特點，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械手的不同工作要求。機械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動化程序，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件連線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控制功能。

其次，選擇步進電機和傳感器?？刂茩C械手縱軸和橫軸的步進電機選用的是42BYG250C型兩相混合式步進電機，參數(shù)為步距角0.9o～1.8o，電流為1.5A。選用SH-20403型步進電機驅(qū)動器，它采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅(qū)動，8種輸出電流可選，最大為3A。輸入信號光電隔離，標(biāo)準(zhǔn)單脈沖接口，有脫機保持功能，有可適應(yīng)惡劣工況環(huán)境的半密閉式機殼，提供自動半電流方式，實現(xiàn)節(jié)能功能。它具有較高的電機高速力矩，并通過驅(qū)動器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出8種狀態(tài)。本文采用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)。氣夾和基座采用接近開關(guān)，它有三根接線，藍色接電源負(fù)極、棕色接電源正極、黑色接輸出。當(dāng)物體與檔塊接近時，輸出低電平，反之為高電平；機械手的升降、伸縮采用行程開關(guān)，用來限制物體位置，而且可以通過改變行程開關(guān)的位置，來調(diào)節(jié)機械手的運動范圍，當(dāng)物體碰到行程開關(guān)時，常開觸點閉合，結(jié)束此次動作。

最后，PLC機械手工作時，首先檢測工件的材料特性和結(jié)構(gòu)形狀，定位工件，以及抓取、搬運工件時的尺寸、受力特性和質(zhì)量參數(shù)等，進而再確定對PLC機械手的結(jié)構(gòu)及運行控制的要求。

3.機械手工作過程及工作參數(shù)

PLC機械手的工作任務(wù)是將X處的工件傳送到Y(jié)處。根據(jù)客觀情況，PLC機械手的主要工作過程為：機械手下降，機械手抓緊工件，機械手帶動工件上升，機械手與工件右移，機械手與工件下降，機械手放開工件，機械手上升，機械手左移。上，下，左，右限位開關(guān)的通斷通過控制器進行檢測，經(jīng)過處理后，輸出當(dāng)前動作控制指令，再通過驅(qū)動系統(tǒng)輸出，控制機械手動作。這里采用兩位數(shù)碼管顯示出搬運工件的數(shù)量。

機械手的主要參數(shù)有：最大抓取重量：1000g；4個自由度；圓柱型坐；最大伸縮量：100mm；伸縮速度：40mm/s；最大升降量：150mm；升隆速度：100mm/s；旋轉(zhuǎn)范圍：0o～180o；旋轉(zhuǎn)速度：90o/s；手腕旋轉(zhuǎn)范圍：0o～180o；手腕旋轉(zhuǎn)速度：90o/s；夾持尺寸：10～40mm；定位方式：行程開關(guān)；定位精準(zhǔn)度：±1mm；程序控制方式：PLC點位程序控制。

當(dāng)機械手處于原點時，壓下上限位開關(guān)和左限位開關(guān)，原點指示燈亮。此時，按下起動按鈕，下降電磁閥得電，機械手下降。下降到底碰到下限位開關(guān)時，輸入繼電接通，下降停。然后夾緊電磁閥得電，機械手夾緊工件。上升電磁閥得電，機械手上升，上升到頂碰到上限位開關(guān)時，輸入繼電接通，上升停，同時右移電磁閥得電，機械手右移。最后，右移到位碰到右限位開關(guān)時，右移，機械手下降放開工件。

4.系統(tǒng)調(diào)試

由于機械手常工作在條件、電磁干擾強的環(huán)境，為了保證系統(tǒng)的正常、可靠、安全運行，做出如下調(diào)試：接線一般不超過30m，輸入、輸出線分開，并串聯(lián)二極管防止信號干擾。在供電回路中引入隔離變壓器、晶體管開關(guān)電源、穩(wěn)壓器等來進行抗干擾。接地采用直接接地方式，避免偶然發(fā)生的電壓沖擊對設(shè)置的傷害。調(diào)試過程：首先在電腦上打開STEP-7-Micro/WIN編程軟件，將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點擊運行，觀察程序有無錯誤，對存在的錯誤進行修改，然后將修改完最終運行無誤后的程序下載到可編程控制儀器中；其次根據(jù)設(shè)計的要求和電路圖正確接線，檢查無誤后通電，按下啟動按鈕。

5.總結(jié)

對于機械手控制技術(shù)來說，PLC控制技術(shù)是機械手得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一，基于PLC機械手控制技術(shù)不但大大提高了機械手自動化程度，還減少了大量繼電器的使用和連線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，同時，使用PLC進行控制可方便更改相關(guān)參數(shù)，增強控制功能?；赑LC機械手控制技術(shù)是一項復(fù)合型、應(yīng)用型的復(fù)雜技術(shù)，本文研究的機械手控制系統(tǒng)與專業(yè)的機械手控制之間還有很大的差距，今后還需要不斷地改進和加強。

參考文獻

[1]張應(yīng)金.PLC在機械手搬運控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化博覽，2008年02月刊.

[2]陳志權(quán).基于PLC氣動機械手的控制系統(tǒng)[J].自動測量與控制，2004（3）：25.