基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究

李秋芳

摘要：文章首先對(duì)PLC技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的含義進(jìn)行了介紹，然后運(yùn)用理論與實(shí)際相結(jié)合的方式，以氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和PLC控制系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，分別針對(duì)設(shè)計(jì)工作的重、難點(diǎn)展開(kāi)了研究。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；氣動(dòng)機(jī)械手；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）11-0012-02

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度極快的當(dāng)今社會(huì)，無(wú)論是在工作還是日常生活中，人們都開(kāi)始選擇不同的機(jī)械設(shè)備對(duì)人力勞作進(jìn)行代替，實(shí)踐結(jié)果表明，這一做法不僅可以提高生產(chǎn)的質(zhì)量，還能提高生產(chǎn)的效率。作為現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中使用頻率較高的機(jī)械設(shè)備，如何將PLC技術(shù)應(yīng)用在氣動(dòng)機(jī)械手之中，保證氣動(dòng)機(jī)械手自動(dòng)化程度的提高，自然成為了有關(guān)人員研究的重點(diǎn)。

1 PLC技術(shù)和氣動(dòng)機(jī)械手的概述

1.1 PLC技術(shù)

PLC技術(shù)最早誕生于20世紀(jì)60年代末，在誕生之初，該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能數(shù)量較少；20世紀(jì)70年代后，隨著微處理器被成功研發(fā)，有關(guān)人員通過(guò)將PLC技術(shù)與微處理器進(jìn)行結(jié)合的方式，對(duì)其具有的功能進(jìn)行了相應(yīng)的完善。PLC技術(shù)最早引入我國(guó)的時(shí)間為20世紀(jì)70年代中期。在將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在氣動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng)中時(shí)，需要引起注意的是，應(yīng)當(dāng)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手在控制方面具有的要求進(jìn)行認(rèn)真分析，并以此為基礎(chǔ)完成對(duì)程序的編寫。

1.2 氣動(dòng)機(jī)械手

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各領(lǐng)域生產(chǎn)過(guò)程所具有的機(jī)械化和自動(dòng)化的程度均得到了一定程度的提高，機(jī)械手正是在這種背景下產(chǎn)生，并在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的。而電子信息技術(shù)發(fā)展速度的提升，也使得針對(duì)機(jī)械手所開(kāi)展的研發(fā)和生產(chǎn)工作面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，將機(jī)械手具有的機(jī)械化和自動(dòng)化程度進(jìn)行提高，不僅是有關(guān)人員工作的重點(diǎn)，更是社會(huì)進(jìn)步的必然要求。

氣動(dòng)技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在自動(dòng)化控制方面，可以說(shuō)想要保證自動(dòng)化控制的有效落實(shí)，對(duì)氣動(dòng)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用是十分重要的。由于氣動(dòng)技術(shù)所使用的壓力介質(zhì)為空氣，與其他技術(shù)相比，該項(xiàng)技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，也正是因?yàn)槿绱耍诜俏廴拘袠I(yè)，氣動(dòng)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)化控制的目標(biāo)也正在逐步落實(shí)[1]。

2 氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)當(dāng)對(duì)企業(yè)的實(shí)際情況和控制要求加以明確，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，往往可以取得事半功倍的效果。例如，某企業(yè)現(xiàn)有高低溫箱的具體內(nèi)部尺寸如下：長(zhǎng)度為575mm；寬度為440mm，高度為700mm。該高低溫箱對(duì)應(yīng)變送器的具體尺寸如下：長(zhǎng)度為138mm；寬度為130mm；高度為197mm，且該變送器重量約為4.95kg[2]。那么，設(shè)計(jì)人員不僅可以根據(jù)上文所列舉的高低溫箱尺寸、變送器尺寸及重量，完成對(duì)容積的計(jì)算工作，還可以對(duì)所容納變送器的尺寸及重量加以明確。該企業(yè)所應(yīng)用框架層數(shù)為兩層，每層排數(shù)為兩排，每排可容納變送器數(shù)量為四臺(tái)。為了保證框架能夠不受任何阻礙的被放入高低溫箱的內(nèi)部，框架四角分別安裝了能夠承受其總重量的輪子，這樣做的目的是保證框架能夠從工作臺(tái)上被直接推入到高低溫箱內(nèi)部。在對(duì)變送器位置進(jìn)行確定時(shí)所應(yīng)用的，主要是框架平板所對(duì)應(yīng)的定位板。以需要放置在框架之上的變送器尺寸為依據(jù)，氣動(dòng)機(jī)械手能夠在框架內(nèi)完成對(duì)工位進(jìn)行搬運(yùn)和放件的工作。另外，在實(shí)踐過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)，氣動(dòng)機(jī)械手搬動(dòng)變送器時(shí)的運(yùn)動(dòng)路徑為直線，由于框架每層排數(shù)為兩排，每排可容納變送器數(shù)量為四臺(tái)，因此，最終確定的方案為：左右方向移動(dòng)三位氣缸，前后方向移動(dòng)五位氣缸。

如果以直角坐標(biāo)系為依據(jù)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，可將其分為以下六個(gè)部分：其一，底座；其二，升降氣缸，這部分的作用是保證氣動(dòng)機(jī)械手可以沿著Z軸的方向上下運(yùn)動(dòng)，保證框架兩層能夠同時(shí)開(kāi)展工作；其三，左右方向移動(dòng)三位氣缸，氣動(dòng)機(jī)械手可以根據(jù)這部分的移動(dòng)，以Y軸為方向完成在兩排之間對(duì)變送器進(jìn)行擺放的操作；其四，前后方向移動(dòng)五位氣缸，氣動(dòng)機(jī)械手可以根據(jù)這部分的移動(dòng)，以X軸為方向完成在任意位置上對(duì)變送器進(jìn)行擺放的操作；其五，短行程氣缸，這部分的作用是控制氣動(dòng)機(jī)械手拿起和放下的動(dòng)作；其六，氣動(dòng)手爪，這部分的作用是完成夾緊以及放開(kāi)的動(dòng)作。多位置氣缸是該氣動(dòng)機(jī)械手主要應(yīng)用的氣缸，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際需求，將不同長(zhǎng)度的氣缸進(jìn)行連接，以此來(lái)保證動(dòng)作的靈活性和定位的精確性，需要注意的一點(diǎn)是，需要進(jìn)行連接的氣缸，應(yīng)當(dāng)具有完全相同的活塞直徑。除此之外，PLC可以通過(guò)對(duì)電磁閥進(jìn)行控制的方式，完成任意氣缸的動(dòng)作。對(duì)活塞桿速度進(jìn)行控制的方式，則以單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量為主，氣動(dòng)機(jī)械手則通過(guò)重量對(duì)氣爪進(jìn)行平衡，以此來(lái)保證運(yùn)行的平穩(wěn)性，在最大程度上實(shí)現(xiàn)“輕拿輕放”的目標(biāo)。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在對(duì)應(yīng)用于氣動(dòng)機(jī)械手之上的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，氣動(dòng)機(jī)械手所對(duì)應(yīng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)、功能及控制需求同樣是需要設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注的部分，換句話說(shuō)，只有以上文所提及的因素為基礎(chǔ)，才能保證所涉及PLC控制系統(tǒng)能夠在最大程度上滿足氣動(dòng)機(jī)械手具有的需求。如果氣動(dòng)機(jī)械手包含氣缸的數(shù)量為四個(gè)，且執(zhí)行任意動(dòng)作時(shí)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制的部件包括單電控電磁閥一個(gè)、雙電控電磁閥三個(gè)，同時(shí)還設(shè)有指示燈一個(gè)。那么，在對(duì)該氣動(dòng)機(jī)械手所對(duì)應(yīng)的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)當(dāng)明確輸入點(diǎn)數(shù)量為七個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)量為八個(gè)，另外，在確定可編程控制器的型號(hào)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)以控制信號(hào)數(shù)量作為主要依據(jù)，文中應(yīng)用的可編程控制器具體型號(hào)為FX2N—48MR。

正式開(kāi)始設(shè)計(jì)工作的第一步，應(yīng)當(dāng)是對(duì)PLC和氣動(dòng)機(jī)械手所對(duì)應(yīng)I/O表進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，然后再根據(jù)制作完成的I/O表，完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)工作。文中所討論設(shè)備提出的控制要求如下：氣動(dòng)機(jī)械手所處工位為1號(hào)工位，氣爪放松，并設(shè)置為“復(fù)位”。因此，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，始終都應(yīng)當(dāng)保證氣缸伸出、氣爪放松。待氣動(dòng)機(jī)械手上電、復(fù)位之后，指示燈開(kāi)始閃爍。此時(shí)，如果有工件位于1號(hào)工位處，氣動(dòng)機(jī)械手則需要在第一時(shí)間啟動(dòng)，并進(jìn)入正式工作狀態(tài)，此時(shí)，氣壓降至手臂降位。正常情況下，在對(duì)工件進(jìn)行抓取時(shí)，都會(huì)設(shè)有與之相對(duì)應(yīng)的傳感器，如果沒(méi)有設(shè)置傳感器，則需要對(duì)定時(shí)器進(jìn)行設(shè)置，只有這樣才能保證氣動(dòng)機(jī)械手在放置工件時(shí)，具備應(yīng)有的穩(wěn)定性。在對(duì)工件進(jìn)行裝配時(shí)，首先需要?dú)飧紫聣?，然后再抓取并抬起工件，接下?lái)需要進(jìn)行的步驟是將氣缸向4號(hào)工位處進(jìn)行移動(dòng)，最后下壓并完成工件的放置即可[3]。再完成上述步驟后，氣缸還需要進(jìn)行再一次的伸出和復(fù)位，至此，一個(gè)工作周期告一段落。在這個(gè)過(guò)程中，需要設(shè)計(jì)人員完成的工作還包括對(duì)PLC控制程序的功能圖進(jìn)行編制，并將其向梯形圖進(jìn)行轉(zhuǎn)化，只有這樣才能保證氣動(dòng)機(jī)械手在執(zhí)行動(dòng)作的過(guò)程中，具備較高的自動(dòng)化水平以及有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上文所敘述的內(nèi)容進(jìn)行分析能夠看出，作為諸多新興控制技術(shù)中的一項(xiàng)，現(xiàn)階段，PLC技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在了以氣動(dòng)機(jī)械手為代表的自動(dòng)化設(shè)備之中。作為具有便于操作、成本低廉等諸多優(yōu)勢(shì)的自動(dòng)化設(shè)備，氣動(dòng)機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中取得了良好的效果。將PLC技術(shù)應(yīng)用在控制系統(tǒng)之中，更是增強(qiáng)了氣動(dòng)機(jī)械手操作時(shí)的靈活性，無(wú)論是生產(chǎn)質(zhì)量還是生產(chǎn)效率，都得到了顯著的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]王春麗.基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].科技展望，2016，2630：146.

[2]王青云，王守志，姚冀濤，溫國(guó)強(qiáng).基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2015，21：124-125.

[3]蘇金文.基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，2603：116-118.

Abstract：First of all， the paper introduces the meaning of PLC technology and pneumatic manipulator， and then applies the combination of theory and practice， taking the structure of pneumatic manipulator and PLC control system as the breakthrough point， respectively， aiming at the heavy and difficult points of design work.

Key Words：PLC technology；pneumatic manipulator；control system；design researchendprint