基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐘飛

摘 要：目前國內(nèi)外生產(chǎn)線的輸送與流水作業(yè)主要采用機(jī)械爪進(jìn)行生產(chǎn)的移動(dòng)與跨線操作。而國內(nèi)外所有的編程操作系統(tǒng)中主要是采取PLC的操作系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工作。在使用PLC的系統(tǒng)中，它的優(yōu)越性能可以體現(xiàn)在編寫方便和操作簡單，維護(hù)保養(yǎng)上也比較輕松，在公司與企業(yè)的成本運(yùn)作上降低了開支，而且更容易讓生產(chǎn)工作中的工作人員所接受和推廣。

關(guān)鍵詞：PLC系統(tǒng) 機(jī)械手控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著工業(yè)生產(chǎn)在各個(gè)世界范圍里的受重視程度越來越大，我國在工業(yè)上也進(jìn)行了相對應(yīng)的技術(shù)更新與運(yùn)用。在自動(dòng)化與人工智能化大趨勢下，機(jī)械抓的普及也慢慢的被大范圍運(yùn)用到不同行業(yè)中去。在減輕工人的人工負(fù)擔(dān)之外，也相應(yīng)的把企業(yè)的生產(chǎn)效率進(jìn)行加強(qiáng)。并且減少了許多的安全隱患。但由于機(jī)械控制成本與技術(shù)難題相對較高，并且制作的工藝相當(dāng)復(fù)雜，精密度又相當(dāng)高，所以對于操作人員與維護(hù)人員也造成一定的困擾與難題。

1、有關(guān)PLC研發(fā)體系的內(nèi)容與發(fā)展概況

目前使用PLC系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展研發(fā)是國際主流方向。而其研發(fā)完成的關(guān)于機(jī)械手的操作系統(tǒng)其工作原理主要是通過系統(tǒng)進(jìn)行的程序的編輯與生成，然后配合硬件上的連動(dòng)進(jìn)行全程管控，以達(dá)到生產(chǎn)的目的。通過PLC所研發(fā)生成的系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)都開始大規(guī)模的使用與普及，由于這種新型的技術(shù)具備了在穩(wěn)定生產(chǎn)加工與準(zhǔn)確著力，以及成本低廉與操作安全等等優(yōu)點(diǎn)，從而得到世界各國大中小型公司企業(yè)的支持。在能夠負(fù)重進(jìn)行位移的同時(shí)，還能進(jìn)行生物模仿與學(xué)習(xí)，在生產(chǎn)加工過程中進(jìn)行搬挪貨物，對貨物進(jìn)行精準(zhǔn)的抓取，以及一些其他的人工智能活動(dòng)或者無人化生產(chǎn)上都可以勝任。

2、在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件組成

由于機(jī)械手的大小不同，以及使用功能范圍也不同，生產(chǎn)與加工過程中抓取力度與抓取數(shù)量，也各不相同。所以在機(jī)械手的選擇與操作性上要與程序部分進(jìn)行多次的測試與調(diào)整，而且要安裝攝像機(jī)，做好相關(guān)的預(yù)警與操作界面的記錄，便于監(jiān)察管理。

2.1 PLC硬件分布中的合理性

我們在使用機(jī)械手進(jìn)行生產(chǎn)工作的主要目的就是進(jìn)行抓取與位移。所以我們要在實(shí)際運(yùn)用過程中，在順序上要進(jìn)行合理的智能動(dòng)作安排。主要包括以下13個(gè)動(dòng)作，首先是從原點(diǎn)開始，然后下降，夾緊，上升，右行，前行，右旋轉(zhuǎn)，下降，接著放松，再上升，左旋轉(zhuǎn)，后行，最后重新回到原點(diǎn)，然后進(jìn)行下一次的循環(huán)。我們要求機(jī)械手在操作過程中必須能靈活的進(jìn)行8個(gè)或者更多種的位移模式。通過電磁閥與線圈的相互做用，進(jìn)行后續(xù)的操作。其中某些電圈可以通過斷電的方式進(jìn)行控制與停止動(dòng)行。通電時(shí)可以進(jìn)行位移與伸展，斷電時(shí)就可以進(jìn)行穩(wěn)固的抓取。而在旋轉(zhuǎn)方面則是通過兩到三個(gè)電磁閥進(jìn)行操控。在通電時(shí)就能進(jìn)行后續(xù)的操作，而斷電時(shí)，就能讓其靜止。在前后左右上下以及360度旋轉(zhuǎn)上要配備種不同的電路與開關(guān)，方便在操作過程中進(jìn)行順利的轉(zhuǎn)換與抓取。

我們在PLC進(jìn)行使用的時(shí)候，要進(jìn)行多元話的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。比如說把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩種狀態(tài)，而且可以進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，即人工手動(dòng)操作模式以及機(jī)械手智能操作方式。通過相關(guān)的閥門與電氣開關(guān)，便可以進(jìn)行全方位的抓取與多角度的靈活的旋轉(zhuǎn)。從而完成一系列的工作并可以重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。所以我們要做好關(guān)節(jié)連運(yùn)的按鍵分布，在機(jī)器抓的操作中，觸碰升起鍵就是使機(jī)械抓進(jìn)行往高處位移，觸碰下降鍵則就是進(jìn)行機(jī)械抓的向下的位移。同理就是按下左右與旋轉(zhuǎn)，分別都可以通過事先設(shè)計(jì)好的不同功能按鍵進(jìn)行手工完成。當(dāng)然相較機(jī)械智能操作缺點(diǎn)明顯，就是時(shí)效上很慢，而且耗費(fèi)了不必要的人工開支。

2.2 在PLC里數(shù)據(jù)輸入與輸出接口上的采購方案

在任何計(jì)算機(jī)或是高新技術(shù)領(lǐng)域，關(guān)于數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式主要是通過數(shù)據(jù)的輸入與輸出進(jìn)行處理。而在PLC里所使用的重要芯片是各種功能不同的電磁閥。通過各種不同的電磁閥進(jìn)行電氣聯(lián)動(dòng)，與PLC系統(tǒng)進(jìn)行配套合作，保障機(jī)械抓的正常工作。所以能夠?qū)﹄姶砰y進(jìn)行有效合理的分布不單是會強(qiáng)化我們的機(jī)械爪的工作效率，在成本與性價(jià)比上也產(chǎn)生重要影響。

2.3 在PLC中數(shù)據(jù)接口的具體運(yùn)用

在PLC系統(tǒng)里關(guān)于機(jī)械信號的輸入與輸出是很重要的。這些信號的輸入輸出對于人工操作與機(jī)械爪的影響很大。相對應(yīng)的信號輸入內(nèi)容主要包括向上，向下，向左，向右，以及向左旋轉(zhuǎn)，向右旋轉(zhuǎn)，向前，向后，左平移，右平移，然后抓緊產(chǎn)品。而依據(jù)我們事先設(shè)計(jì)好的兩種模式，即人工手動(dòng)模式與機(jī)械智能模式進(jìn)行區(qū)分的話，在人工手動(dòng)方面一般情況需要十幾種操作才可以完成，機(jī)械智能方面一般只需要一個(gè)按鍵就可以進(jìn)行循環(huán)。機(jī)械爪從起點(diǎn)到移動(dòng)，到抓取貨物，再到放歸目的處，最后又回到原點(diǎn)。我們在機(jī)械爪的工作過程中可以發(fā)現(xiàn)，通常的狀況下對于八個(gè)方向進(jìn)行位移，或是進(jìn)行抓取。一般是需要十三個(gè)電磁閥，而我們在機(jī)械爪的感應(yīng)開關(guān)里，通常會用兩到三個(gè)壓力感應(yīng)裝置進(jìn)行安放，把相應(yīng)數(shù)量的行程開關(guān)也進(jìn)行順序安裝。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，我們常用的PLC系統(tǒng)機(jī)械爪是有二十七個(gè)信號通過端口進(jìn)行輸入。在這二十七個(gè)不同的信里主要包含有機(jī)器爪的前后左右上下全方位移動(dòng)，以及向左，向右進(jìn)行旋轉(zhuǎn)翻滾等信號。因此熟悉不同端口的作用在PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也是十分重要的。

3、PLC的軟件相內(nèi)容

上文中談到手動(dòng)操作與機(jī)械智能操作兩種模式在機(jī)械爪上的實(shí)際運(yùn)用。在工作方式上進(jìn)行切換的時(shí)候，我們可以通過程序的切換進(jìn)行靈活操作。大大增加爪子的靈活性與實(shí)用性。但往往由于手工操作上易出現(xiàn)偏差，使爪子無法精準(zhǔn)的回到原始位置。而我們在使用程序智能操作就可以完全避免這些不必要的擔(dān)心與問題。

3.1 兩種不同模式在PLC中的實(shí)現(xiàn)

在PLC系統(tǒng)中使用各種不同指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)運(yùn)行，比如CJ（P）的號碼是FNC00，在指標(biāo)上是PO-P127，并且在操作過程里P63是通過END所在的程序里不用能過標(biāo)志性記錄。以及還要使用相關(guān)的寄存器進(jìn)行配合改動(dòng)。

3.2 人工手動(dòng)操作的內(nèi)容

我們在操作機(jī)械爪的時(shí)候，若使用人工手動(dòng)進(jìn)行，則在程序的編輯與設(shè)計(jì)上，比較簡單與容易，并且在線路的交接與部分開關(guān)與控制器上的安裝相對便捷。

3.3 智能化操作模式的內(nèi)容

在機(jī)械爪從起始點(diǎn)開始時(shí)，只需一鍵就能讓機(jī)械爪從起始點(diǎn)開始，上升下降以及左右前后的移動(dòng)，抓取，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)與位移，最后再回到起始點(diǎn)。完成一個(gè)循環(huán)。由于是智能化操作，所以方便進(jìn)行停機(jī)與檢查維護(hù)。

4、關(guān)于PLC系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)的聯(lián)動(dòng)

目前在處理數(shù)據(jù)與優(yōu)化程序編輯上，必須與各種不同的計(jì)算機(jī)代碼進(jìn)行配合。在不同的平時(shí)與系統(tǒng)環(huán)境中，研發(fā)的程序也不盡相同。我們把電腦主機(jī)與PLC進(jìn)行聯(lián)機(jī)，把電腦主機(jī)當(dāng)成一個(gè)終端，與PLC系統(tǒng)進(jìn)行兼容聯(lián)動(dòng)。將PLC系統(tǒng)與少數(shù)或是多數(shù)電腦進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，在PLC程序的管理監(jiān)控和編寫測試上，是十分方便的。

5、結(jié)語

本文與大家探討了關(guān)于PLC系統(tǒng)下的機(jī)械手程序設(shè)計(jì)的一些有效方案，并針對實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)踐分析。對于提高各企業(yè)單位的生效率與成本節(jié)約起產(chǎn)生極積效應(yīng)。

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