PLC在智能機(jī)械控制上的研究與應(yīng)用

摘 要：智能機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。文章論述了可編程控制器（Programmable Logic Controller）在智能機(jī)械控制中的應(yīng)用。描述了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)、設(shè)計(jì)方法及具體應(yīng)用項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程。讓讀者明確PLC控制的設(shè)計(jì)過程，了解智能機(jī)械廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制中，如自動(dòng)生產(chǎn)線、智能機(jī)械手和數(shù)控機(jī)床等。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手；智能機(jī)械；PLC；控制系統(tǒng)

引言

智能控制（Intelligent Controls）是指設(shè)備在無人干預(yù)的情況下，可以自主地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行件，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。智能控制設(shè)備是指應(yīng)用了智能控制的設(shè)備。圖1展示了控制理論的基本發(fā)展史。

從圖1中可以看出智能控制發(fā)展經(jīng)歷四個(gè)階段，分別是經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、大系統(tǒng)理論、智能控制理論。這四個(gè)階段一脈相承。

隨著科技的進(jìn)步，智能機(jī)械在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中找到了自己的位置，如無人車間、無人生產(chǎn)線等等。另外，對(duì)于一些特殊的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，智能機(jī)械有無可替代的優(yōu)勢(shì)。作為智能機(jī)械典型應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手是其中的較突出的實(shí)例，近幾年在我國有較快的應(yīng)用，并取得一定的效果。

1 智能工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)的架構(gòu)

1.1 智能控制的基本構(gòu)成

圖2是智能控制的基本框圖，從圖中可以看出智能控制有信息采集部分、信息處理部分、執(zhí)行部分和信息反饋部分四部分構(gòu)成。信息采集獲得信息，并將信息傳遞給信息處理，信息處理經(jīng)過統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析、推理獲得運(yùn)算結(jié)果，然后向執(zhí)行部分發(fā)出控制指令，執(zhí)行部分開始執(zhí)行動(dòng)作，信息反饋部分檢查執(zhí)行動(dòng)作是否完成，并將檢測到的信息傳遞給信息處理部分，形成閉環(huán)。工業(yè)機(jī)械手是經(jīng)典的智能控制系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用在各種設(shè)備中。

1.2 工業(yè)機(jī)械手的運(yùn)行特征

圖3是工業(yè)機(jī)械手的執(zhí)行件，其運(yùn)行流程如下：系統(tǒng)加電啟動(dòng)之后，檢測器件傳感器檢測到工件到位之后，將信號(hào)傳遞給主控PLC，主控PLC發(fā)出執(zhí)行指令，執(zhí)行件開始下降。主控PLC檢測到執(zhí)行件下降到位信號(hào)，主控PLC發(fā)出下降停止指令；然后發(fā)出執(zhí)行指令，執(zhí)行件抓緊，檢測到抓緊工件了以后，發(fā)出執(zhí)行件上升指令，執(zhí)行件上升；主控PLC檢測到上升到位信號(hào)，發(fā)出指令使執(zhí)行件上升停止；然后發(fā)出指令，執(zhí)行件右移，主控PLC檢測到右移到位信號(hào)，發(fā)出右移停止指令。然后發(fā)出指令，執(zhí)行件下降。主控PLC檢測到下降到位信號(hào)，下降停止；然后發(fā)出指令執(zhí)行件放松，確認(rèn)放松后，執(zhí)行件上升，主控PLC檢測到上升到位時(shí)，執(zhí)行件上升停止；然后執(zhí)行件左轉(zhuǎn)；左轉(zhuǎn)到位時(shí)，形成循環(huán)。

機(jī)械手傳送示意圖如圖4所示。其全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。氣缸控制由可編程控制器（Programmable Logic Controller）完成，可編程控制器控制各個(gè)電磁閥，完成氣缸的運(yùn)動(dòng)控制。

2 工業(yè)機(jī)械手智能控制系統(tǒng)的架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)的模塊構(gòu)成

機(jī)械手的硬件架構(gòu)如圖5所示，有三大模塊構(gòu)成：即主控部分、電氣部分、機(jī)械部分。（1）主控部分：可編程控制器（PLC）。主要功能：采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程；（2）電氣部分：包括繼電器、電源、輸入輸出設(shè)備；（3）機(jī)械部分：手部、腕部、臂部、機(jī)身。

2.3 工業(yè)機(jī)械手智能控制系統(tǒng)的電氣架構(gòu)

圖6是工業(yè)機(jī)械手基本的電氣圖，左側(cè)是輸入部分，檢測各種信號(hào)。右側(cè)是輸出部分，控制各種執(zhí)行件。實(shí)現(xiàn)的圖3所示的控制流程。輸入24伏的信號(hào)，包括檢測、升降限位、旋轉(zhuǎn)限位、復(fù)位、電位器等。輸出也是24V繼電器輸出，通過控制繼電器的觸點(diǎn)來完成執(zhí)行件的控制。

2.2 工業(yè)機(jī)械手智能控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

圖7是軟件控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖，整個(gè)軟件系統(tǒng)包含自動(dòng)工作部分、手動(dòng)工作部分、自檢部分和故障檢測部分。自動(dòng)工作部分完成是圖7中的自動(dòng)程序處理模塊，是按照實(shí)時(shí)控制的編程原則完成所有的控制動(dòng)作。手動(dòng)工作部分完成是圖8中的手動(dòng)程序處理模塊，是按照實(shí)時(shí)控制的編程原則按步完成所有的控制動(dòng)作，主要用于單步調(diào)試。自檢部分完成系統(tǒng)場地?cái)?shù)據(jù)正確的檢測。故障檢測部分完成系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)幫助維護(hù)人員查找故障信息。圖9是自動(dòng)工作部分和手動(dòng)工作部分的流程圖。

A試可實(shí)現(xiàn)基于PLC的智能控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆義.可編程序控制器教程[M].上海交通大學(xué)出版社.

[2]湯以范.電氣與可編程序控制器技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]苗常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[4]易傳祿.可編程序控制器應(yīng)用指南[M].電子工業(yè)出版社，2005.

[5]朱紹祥.可編程序控制器（PC）原理與應(yīng)用[M].上海交大出版社，2004.

[6]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

作者簡介：陳素芹（1983-），女，江蘇淮安人，講師，碩士，研究方向：電子與通信工程。

李長波（1967-），男，吉林鎮(zhèn)賚人，副教授，碩士，研究方向：嵌入式。