PLC控制機械手在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)中的有效應用探析

王宇

摘 要：隨著科學技術的飛速發(fā)展，機械手被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。在工廠生產(chǎn)的過程中，對自動化水平的要求也在不斷提高，比如車間的工作平臺上，離不開機械手。在這種大環(huán)境下，可編程控制器（PLC）的重要性便體現(xiàn)出來了，它在一定程度上展現(xiàn)了設備的自動化水平，間接表現(xiàn)一個國家的工業(yè)生產(chǎn)自動化程度。

關鍵詞：PLC；機械手；自動化生產(chǎn)；編程

中圖分類號：TP241.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.134

近年來，機械手是自動控制領域中的一項重要發(fā)明，它已經(jīng)成為了現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)中重要組成部分。傳統(tǒng)的機械手控制只是借助中間繼電器和時間繼電器工作，但是，這樣做大大降低了機械手工作的可靠性，存在很多的弊端，而且也為日后的維修工作帶來了很大的不便。然而，PLC恰恰避免了這些問題，將兩者完美結合在一起，能夠進一步提高機械手的應用和普及程度。在國外，可編程控制器已被應用到各行各業(yè)中，隨著其發(fā)展速度的加快，也被廣泛應用于我國相關的工業(yè)生產(chǎn)中。

1 PLC

1.1 PLC的原理

PLC全稱為可編程控制器，它是由CPU和存儲器組成的。CPU不斷采集輸入信號，并使用一些可編程的存儲器，用來編寫其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算控制、順序控制、定時控制、計數(shù)控制和算術操作控制等方面的指令，并利用數(shù)字或模擬式輸入/輸出數(shù)據(jù)執(zhí)行用戶程序，以控制各式各樣的機械或相關生產(chǎn)過程。PLC使用的是220 V交流電源或24 V直流電源。

1.2 PLC的優(yōu)點

1.2.1 簡單易學，編程方便

對于不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人，PLC是十分方便的。它采用的是梯形圖語言，梯形圖的圖形符號、表達方式與電氣原理圖中的繼電器電路相似，只需要用少量的邏輯控制指令就能完成繼電器電路。

1.2.2 性價比高，功能齊全

PLC能用成百上千個功能指令實現(xiàn)普通中間繼電器和時間繼電器的功能，其可以實現(xiàn)計數(shù)、計時和存儲記憶的功能。這樣，就能夠有效減少電氣系統(tǒng)設計的投入，減少工程技術人員的工作量。

1.2.3 系統(tǒng)構成靈活方便，使用擴展容易

PLC最大的優(yōu)點就是使用開關量控制，不僅能夠實現(xiàn)連續(xù)性的回路控制，還能與上位機結合成比較復雜的控制系統(tǒng)，從而進一步提高生產(chǎn)的自動化水平。

1.2.4 安全可靠，抗干擾能力強

傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制是硬性連接，將中間件繼電器或時間繼電器連接在一起；而PLC采用的是軟性連接，執(zhí)行用戶編寫的指令，以完成相關動作，使設備操作更加方便，甚至能快速改變設備的運行結構。

1.2.5 使用方便，體積小，能耗低

PLC體積小、重量輕，方便安裝，而且還具備自我診斷能力，能檢查自身的故障并顯示出來，使維修人員快速找到故障并維修。PLC電能消耗很小，符合節(jié)能減排的宗旨，所以，這也為其廣泛使用增加了一個優(yōu)勢。

綜上所述，PLC具有繼電器所不具備的優(yōu)越性，彌補了繼電器的缺陷，為機械手完成更加精準和復雜的動作提供堅實的基礎。

2 機械手

機械手就是模仿人的手臂完成某些指令動作，以此實現(xiàn)工件的抓取、搬運工作或借用工具完成某些操作。從一定程度上說，機械手就是一個簡易的工業(yè)機器人。使用它不僅能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的自動化，還能減少對工人的傷害。在工業(yè)生產(chǎn)中，機械手具有突出的優(yōu)勢。比如，它可以代替工人完成繁重的工作，有效提高生產(chǎn)效率；還可以按照用戶的設置完成某些動作，不僅精準度高，而且速度快、誤差小。在一些危險行業(yè)中，使用機械手可以有效降低或避免工人發(fā)生事故的概率，保障工作人員的人身安全，從而間接降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

3 PLC控制機械手的應用

3.1 設計時需要考慮的問題

在設計PLC機械手時需要考慮以下問題：①機械手要有足夠的夾緊力，以保證工件不會發(fā)生松動或脫落的情況；②機械手要有一定的張開、閉合角度，這樣才能保障工件順利進入或松開；③工件定位要準確，要根據(jù)具體的工件設計機械手的形狀；④機械手要擁有很好的強度和剛度。

3.2 PLC機械手編程

PLC工作控制流程是：啟動條件滿足開啟設備—運用檢測開關元件檢測工件的具體位置—機械手開始用伸展手臂抓取工件—抓取后，機械手執(zhí)行抓舉上升動作—機械手抓取工件后，手臂向左或向右移動—機械手將抓取的工件放到指定位置—放下工件—恢復到初始位置，等待下一個循環(huán)開始。

根據(jù)設計的工作控制流程考慮PLC的選型和電器元件的選型，以及PLC的功能和輸入、輸出點的個數(shù)；根據(jù)輸入、輸出點設計PLC程序。一般情況下，機械手在工業(yè)自動化使用的過程中，其控制系統(tǒng)存在13個輸入信號和8個輸出信號。輸入信號分別是手動—自動選擇旋鈕輸入信號，2個輸入信號是啟動和停止按鈕，4個輸入檢測信號，以檢測機械手縱橫臂正負X軸和正負Y軸，1個用于檢測工件位置的信號，還有1個輸入信號是抓緊貨物時的壓力繼電器，最后4個輸入信號點是轉盤的旋轉運動；輸出信號分別是5個輸出點控制液壓缸動作，3個輸出信號控制電機運行。

3.3 機械手應用PLC的優(yōu)點

在設計機械手的過程中，利用PLC可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，同時，機械手的體積更小，能有效擴大機械手的使用范圍和環(huán)境，增加使用機械手的機會。另外，還能使機械手運行的更加精準，工作效率更高。將機械手與PLC結合起來，不僅能提高其自動化程度，還能大大發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢。

4 結束語

隨著可編程控制器的不斷發(fā)展和完善，PLC控制被廣泛應用于工業(yè)自動化過程中，充分發(fā)揮了其自動化作用。在PLC不斷進步的同時，機械手自身也在不斷改進和完善，其動作更加精準，工作效率更高。在此過程中，相關技術設計者也充分認識到了PLC所起的巨大作用，從而將其充分展現(xiàn)在了機械手的設計過程中。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕