基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

張清郁（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州　451191）

?

基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

張清郁
（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州451191）

摘要：機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程以變動的多功能機器，在工業(yè)自動化生產(chǎn)中占據(jù)著重要位置。驅(qū)動方式可以液壓傳動、氣壓傳動，也可以是電氣控制等方法。隨著傳感器技術(shù)、氣動技術(shù)、計算機技術(shù)等發(fā)展，基于計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)發(fā)展較快，其中氣動技術(shù)以經(jīng)濟、廉價、靈敏等優(yōu)點，而成為研究熱點之一。

關(guān)鍵詞：PLC；機械手；氣動技術(shù)

隨著社會與科技的進步，工業(yè)生產(chǎn)自動化設(shè)備越來越廣泛應(yīng)用，其中機械手的誕生就是基于生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，是現(xiàn)代生產(chǎn)與科技應(yīng)用相結(jié)合形成的一個重要技術(shù)。氣動機械手以其取之不盡、用之不完的氣源，及較低地生產(chǎn)成本受用戶喜愛，各國對氣動機械手的研究越來越重視，現(xiàn)已發(fā)展成為滿足生產(chǎn)需要的一種重要的實用技術(shù)。

1　相關(guān)技術(shù)概況

（1）氣動技術(shù)。氣動技術(shù)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量與信號傳遞的，是實現(xiàn)各種生產(chǎn)過程和自動控制的一門技術(shù)。近二十年來氣動技術(shù)以節(jié)能、高效、成本低廉、無污染等優(yōu)點發(fā)展比較快，在機械工業(yè)、輕工業(yè)、化工、冶金、電子工業(yè)等均廣泛應(yīng)用。氣動元件主要向著電氣一體化、小型化、復(fù)合集成化、高速度和高出力方向發(fā)展，在促進工業(yè)自動化的發(fā)展中起到了極為重要的作用。

（2）PLC技術(shù)。PLC中采用與繼電接觸器相似的梯形圖作為主要編程語言。其各組成運算、處理的存儲單位均稱為繼電器。在工藝發(fā)生變化時，需要重新設(shè)計、布線、裝配與調(diào)試。軟件設(shè)計主要指以生產(chǎn)工藝要求和現(xiàn)場信號與PLC編程元件的對照表為依據(jù)，根據(jù)程序設(shè)計思想，繪出流程圖，然后以編程指令為基礎(chǔ)，畫出程序梯形圖，編寫程序注釋。

（3）機械手技術(shù)。機械手是模仿著人手的部分動作，按照給定程序、軌跡和要求來實現(xiàn)自動抓取、搬運的機械自動化控制裝置。隨著科技進步，自動化領(lǐng)域使用機械手越來越廣泛，最近幾年我國機械手每年增加數(shù)量較大，基于氣動技術(shù)控制系統(tǒng)中以壓縮空氣為能源，取之不盡、用之不絕。具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、反應(yīng)靈敏、節(jié)能等優(yōu)點，特別是沒有污染，易于控制非常符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向，目前在食品包裝、醫(yī)藥傳輸?shù)染休^多應(yīng)用。

2　系統(tǒng)實現(xiàn)

Gx-Developer8編程軟件為用戶提供了程序錄入、編輯、監(jiān)控等手段，與手持式編程器相比，其功能強大、使用方便，編程電纜的價格比手持式編程器便宜很多。Gx-Developer8編程軟件的主要功能有：①可通過梯形圖符號、指令語言及SFC符號來創(chuàng)建程序，程序中可加入中、英文注釋，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。②能夠監(jiān)控PLC運行時的動作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化等情況，還有程序、監(jiān)控結(jié)果的打印功能。③通過串行口通信，可將用戶程序和數(shù)據(jù)寄存器中的值下載到PLC，可以讀出未設(shè)置口令的PLC中的用戶程序，或檢查計算機和PLC中的用戶程序是否相同。

3　系統(tǒng)測試PLC程序輸入與仿真調(diào)試

（1）PLC程序的規(guī)則。①觸點之間應(yīng)緊密相連，否則轉(zhuǎn)換后也會自動緊密相連。②垂直線段應(yīng)與觸點緊密相連，否則程序可能無響應(yīng)或者報錯。③輸入元件標(biāo)號，注意不要將數(shù)字0誤為字母O。④輸入定時器、計數(shù)器線圈，切記輸入?yún)?shù)，而且標(biāo)號和參數(shù)之間須留有空格。⑤指令和操作數(shù)之間需留有空格。⑥梯形圖中的交叉線即為連接線，這點與電路圖不同。

（2）測試系統(tǒng)的總體原則。①安全可靠原則。調(diào)試環(huán)節(jié)是設(shè)備投入運行的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系設(shè)備運行性能和設(shè)計制造團隊的專業(yè)水準(zhǔn)。接線完全按設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)施工，保證可靠接地，既安全可靠又抑制干擾；網(wǎng)絡(luò)斷開時能保證設(shè)備正常調(diào)試、工作。②方便操作和維修原則。在設(shè)備整個設(shè)計過程中要結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計與綠色制造理念的要求，要求環(huán)保、外形美觀，充分滿足人體結(jié)構(gòu)與視覺特征需求。人機界面盡可能美觀、視覺效果好。設(shè)計人員充分考慮安裝調(diào)試人員的文化層次與技術(shù)掌握層次要求，盡可能簡單。③先進性原則。設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮現(xiàn)代電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、通風(fēng)散熱條件、線路布局合理。利用現(xiàn)代軟件設(shè)計思想，模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計以滿足系統(tǒng)擴展性能要求?，F(xiàn)代設(shè)計要考慮遠程控制問題，方便客戶與企業(yè)之間的聯(lián)系，以提高工作效率。

4　設(shè)計成果

在PLC廣泛應(yīng)用于機械行業(yè)前，一般的機床控制及自動化設(shè)備中采用的繼電接觸器控制系統(tǒng)，其特點中觸點較多，可靠性不是太高，成本也不低。隨著PLC控制器的廣泛采用，利用PLC進行電氣改造的項目越來越多，在自動化領(lǐng)域顯示了強大的生命力。采用PLC技術(shù)來進行各種工業(yè)機械手模型運行的一系列控制，其控制系統(tǒng)采用的大部分是將繼電接觸器系統(tǒng)的“硬件接線”更為用“軟接線”方法的程序控制，使得系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，同時大大提高了系統(tǒng)可靠性和靈活性，降低了近40%成本。文章研究過程中采用手動、半自動、全自動三種控制方式，利用光電開關(guān)作為檢測裝置，對各氣缸運行到位情況檢測，形成利用傳感器、氣動、機械、PLC等形成的智能化控制裝置。使筆者對文章研究工作有了更全面的訓(xùn)練，更加清楚接到項目后如何利用現(xiàn)有條件與創(chuàng)造條件完成的思路，將理論知識與工程項目結(jié)合的實現(xiàn)路線。當(dāng)然，機械手模型系統(tǒng)的信號輸入輸出點數(shù)較多，工作方式采用程序方式，其編程多樣性等需要掌握，所以對技術(shù)人員的水平相對提高且要求有實踐經(jīng)驗。

5　結(jié)語

基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計程序測試部分，對設(shè)備出廠功能保證提供了較強有力的技術(shù)支持，在保證設(shè)備完好、提高檢測設(shè)備的速度、可視性方面有較大好處，特別是給客戶提供了一個較為直觀的窗口了解設(shè)備的工作原理、運行狀態(tài)、可靠性程度等。總體上有設(shè)計上可操作性更好，檢測手段以保證設(shè)備更加可靠；人機界面要更加友好，給客戶帶來更加方便操作。測試時要求更加容易掌握其要領(lǐng)，更加容易讓新技術(shù)員掌握。掌握對此類工程項目程序仿真調(diào)試、聯(lián)機調(diào)試的方法與實現(xiàn)系統(tǒng)功能，對以后參加類似的工程項目將取到觸類旁通的作用。

參考文獻

［1］史國生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］王曉暉.自動化立體倉庫堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.制造業(yè)自動化，2002，24（9）：70-72.

Pneumatic Manipulator Control System Designbased on PLC

ZHANG Qing-yu
（Henan Industrial Trade Vocational College，Zhengzhou，Henan 451191，China）

Abstract:Manipulatorisa kindofmultifunctionalmachinewhichisautomaticallypositioning controlled and reprogrammable. It takes the significant position in the field of industrial automated manufacture.With the development of technology of transducer，pneumatic and computer，controlling technology based on the technology of computer develops quickly，among which，because of the advantages of economic，cheap and flexible，pneumatic technology becomes the focus of the study.

Key words:PLC；Manipulator；Pneumatic technology

中圖分類號：TP241

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0083-02

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：張清郁（1981-），男，河南信陽人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：機械制造及其自動化教學(xué)。