基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)研究

程 艷

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)研究

程 艷

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603）

根據(jù)自動生成設(shè)備中氣動機(jī)械手的應(yīng)用情況來看，其具有成本比較低、結(jié)構(gòu)簡單、方便控制與操作等多種優(yōu)點(diǎn)，并且還可以根據(jù)自動化設(shè)備的具體要求進(jìn)行工作程序的設(shè)定，對于提高自動生成設(shè)備的工作效率有著重要影響。本文就氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)和控制要求進(jìn)行闡述，對基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理分析，以推動基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)有更廣泛的應(yīng)用。

PLC控制；氣動機(jī)械手；控制系統(tǒng)

1 氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)

本文介紹的氣動機(jī)械手主要是由三菱FX2N-48MR控制器來完成相關(guān)操作的。其主要組成結(jié)構(gòu)是加緊氣缸、升降氣缸、伸縮氣缸、擺動氣缸幾個部分，可以有效完成工件的旋轉(zhuǎn)、下壓、上抬、放松和加緊等操作，其中，機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)是由加緊氣缸、擺動氣缸兩個部分結(jié)合鋼絲干共同摩擦完成的。

通常情況下，四個氣缸的行程在 50厘米和85厘米之間，在使用氣動機(jī)械手的時候，其具體操作步驟主要包括如下幾個方面：一是，在根據(jù)相關(guān)要求按下啟動按鈕按之后，啟動機(jī)械手會馬上出現(xiàn)動作情況，通常先接通電源的是上升電磁閥，并且，在氣動機(jī)械手臂上升到傳感器限制的高度夠停止動作；二是，左轉(zhuǎn)電子閥接通電源后，機(jī)械臂會向左轉(zhuǎn)動，并轉(zhuǎn)動到傳感器限制的位置后停止動作；三是，下降電磁閥在接通電源后，機(jī)械臂會逐步向下移動，以到達(dá)傳感器限制的位置時停止動作；四是，傳動帶啟動后，可以通過光電傳感器來檢測傳送帶上是否存有物品，如果檢測到有物品傳送過來，則需要立即接通電子閥的電源，以在機(jī)械手抓緊到傳感器限制的位置時停止動作；五是，機(jī)械手臂如果想要再次向上移動，則會上升到傳感器限制的高度后完成第二個動作；六是，機(jī)械右臂在右轉(zhuǎn)電磁閥通電的情況下會再次右轉(zhuǎn)，以在到達(dá)傳感器限制的位置時停止動作；七是，機(jī)械手臂如果想要再次向下移動，則是在下降到傳感器限制的位置后停止繼續(xù)下降；八是，放松電磁閥通電以后，機(jī)械手會立即松開手爪，以在延時一定時間的情況下，完成某一次的搬運(yùn)操作，從而在重復(fù)的情況繼續(xù)上述幾個步驟；九是，在完成某個操作以后及時按下停止按鈕，氣動機(jī)械手會作出相應(yīng)的反應(yīng)，并立刻停止當(dāng)前的相關(guān)動作和操作，并且，在重新啟動按之后，氣動機(jī)械手可以繼續(xù)按照原來的程序完成之前還沒有完成的操作。

目前，基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)一共設(shè)置有五種工作方式，而它們是由不同的開關(guān)來控制的。一是手動方式。在按照工件生產(chǎn)的相關(guān)要求進(jìn)行手動操作的時候，氣動機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)每一個動作的單獨(dú)控制，并且通過手動操作的方式將氣動機(jī)械手放到遠(yuǎn)點(diǎn)位置，可以為氣動機(jī)械手的維修提供便利，確保氣動機(jī)械手能夠快速恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。二是回原點(diǎn)方式。在按照啟動按鈕之后，氣動機(jī)械手的位置可以是左方、縮回等多種情況，從而繼續(xù)之前未完成的操作。三是單周期工作方式。在啟動按鈕被按下的情況下，氣動機(jī)械手可以從以第一個工作程序開始操作，直到完成程序規(guī)定的最后一個動作后停止動作，而這個過程正好是一個周期。四是單步方式。在氣動機(jī)械手在嚴(yán)格按照工作循環(huán)步驟進(jìn)行相關(guān)操作的情況下將啟動按鈕按下，其可以在完成當(dāng)前的操作以后便停止繼續(xù)下一步的操作。五是連續(xù)工作方式。在啟動按鈕被按下時候，氣動機(jī)械手可以一直按著設(shè)定的程序完成所有操作，并一直反復(fù)進(jìn)行到停止按鈕被按下的那一刻。

由此可見，啟動機(jī)械手的氣動驅(qū)動系統(tǒng)是其完成各種操作的主要傳動裝置，可根據(jù)運(yùn)行程序執(zhí)行很多任務(wù)，使整個工件的生產(chǎn)效率有效提高。

2 基于 PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

目前，基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括如下幾個方面：

2.1 PLC的合理選用、I/O端口的正確分配

根據(jù)氣動機(jī)械手的工作情況可知，想要滿足其操作要求和保證其操作的準(zhǔn)確性，需要合理設(shè)置二十一個輸入端子，并設(shè)置相應(yīng)的七個輸出電子。由于本文采用的控制器是三菱FX2N-48MR，因此，根據(jù)其使用情況需要設(shè)置的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)分別有二十四個，才能真正滿足氣動機(jī)械手的控制要求。所以，PLC的I/O端口具體分配是：X0為手動；X1為回原點(diǎn)；X2為單步；X3為單周期；X4為連續(xù)；X6為啟動；X7為停止；X10一般指的是旋轉(zhuǎn)左限位傳感器；X11一般指的是旋轉(zhuǎn)右限位傳感器；X12一般指的是手臂伸出傳感器；X13一般指的是手臂縮回傳感器；X14一般指的是提升限位傳感器；X15一般指的是下降限位傳感器；X20為左轉(zhuǎn)；X21為右轉(zhuǎn)；X22為伸出；X23為縮回；X24為提升；X25為下降；X26為夾緊；X27為松開；Y0為左轉(zhuǎn)；Y1為右轉(zhuǎn)；Y2為伸出；Y3為縮回；Y4為提升；Y5為下降；Y6為夾緊。

2.2 控制程序的合理設(shè)計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用上述氣動機(jī)械手時，其控制程序的復(fù)雜性比較強(qiáng)，主要包括如下三個部分：一是手動程序；二是，公用程序；三是，自動程序。通常情況下，首先執(zhí)行的是公用程序，接著合理配置手動方式，以在X0或X2接通的情況下轉(zhuǎn)換到手動程序來繼續(xù)執(zhí)行操作任務(wù)。與此同時，在使用自動工作方式的過程中，如果X0或X2處于斷開狀態(tài)，那么X3或X4則會馬上處于接通狀態(tài)，以繼續(xù)執(zhí)行下一個操作步驟。

根據(jù)基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的整體情況來看，上述三種控制程序的主要功能是：首先，公共程序比較常用在各種工作方式需要互相切換和幾種程序同時存在的情況下，例如：在串聯(lián)電路中，公用程序中的左限位傳感器X10、上限位傳感器X14的常開觸點(diǎn)等如果處于聯(lián)通狀態(tài)，則表明處于原點(diǎn)條件的M5將會變成ON，即氣動機(jī)械手已經(jīng)循環(huán)到原點(diǎn)位置。在這種情況下，如果系統(tǒng)正好處于手動狀態(tài)，想要執(zhí)行用戶程序，則需要將初始步對應(yīng)的S0改變位置，才能為單周期、單步、連續(xù)工作方式等做好充分準(zhǔn)確。其次，手動程序是由單步控制和電動控制共同組成。目前，手動程序中的手動按鈕主要包括七個：一是，控制氣動機(jī)械手左移動作；二是，控制氣動機(jī)械手上升動作；三是，控制氣動機(jī)械手下降動作；四是，控制氣動機(jī)械手放松動作；五是，控制氣動機(jī)械手回原點(diǎn)動作；六是，控制氣動機(jī)械手右移動作；七是控制氣動機(jī)械手夾緊動作。為了保證整個基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，需要設(shè)置一定的連鎖，以充分發(fā)揮氣動機(jī)械手的功能。最后，在實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可以采用SFC來完成設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的操作任務(wù)。

3 結(jié)束語：

綜上所述，基于PLC控制的氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)有著操作簡單、方便和高效等特點(diǎn)，對于減少生產(chǎn)人員的工作量有著極大作用。

[1]劉志虎,王雷,王幼民,李明.基于PLC的包裝袋機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)),2015,09:58-63.

Research on Pneumatic Manipulator Control System Based on PLC control

CHENG Yan
(Department of Mechanical Engineering,Anhui Vocational College of Water Resources and Hydropower,Hefei ,Anhui 231603,China)

according to the application of automatic generation equipment of pneumatic manipulator,which has low cost,simple structure,convenient control and operation of a variety of points,and can also carry out work procedures according to the specific requirements of automation equipment set,has an important influence on improving the working efficiency of automatic generating equipment.In this paper,the main structure and control requirements of pneumatic manipulator control system are described,and the design of pneumatic manipulator control system based on PLC control is analyzed,which is based on PLC control system.

PLC control; pneumatic manipulator; control system

S157.1

：A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.062

1672–7304(2016)01–0133–02

2016年安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“自動傾翻式磚板分離生產(chǎn)線裝置研究”（編號：KJ2016A283）。

（責(zé)任編輯：吳 芳）

程艷（1979-），女，安徽淮南人，講師，研究方向：機(jī)械工程。