基于PLC的氣動機械手模擬控制系統(tǒng)設(shè)計

郭志冬

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院, 河南 三門峽 472000）

氣動機械手利用氣壓傳動實現(xiàn)機械動作。氣壓傳動工作壓力低，運動簡單，價格低廉、抗干擾能力強，適用于各類生產(chǎn)環(huán)境，應用范圍相對較廣[1]。機械手是較早出現(xiàn)的代替人的勞動以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的機械設(shè)備，尤其在有毒和放射性等惡劣環(huán)境下，代替人的勞動保護人身安全有著重大的意義[2]。因此，機械手在自動化生產(chǎn)過程中受到極大的重視，被廣泛應用與各個行業(yè)。機械手可以模擬你的手和臂的動作機能，在生產(chǎn)過程中依據(jù)一定的順序?qū)崿F(xiàn)抓取、升降、搬運等工作任務，是一種簡化的工業(yè)機器人[3]。氣動機械手可以通過PLC編程來實現(xiàn)各種各樣的控制要求。

一、氣動機械手動作模擬過程

氣動機械手的模擬過程如圖1所示。氣動機械手將工件從A電搬運到B點。

圖1 氣動機械手的模擬過程

控制過程如下：將工件由A處傳送到B處，上升/下降和左移/右移的執(zhí)行用雙線圈二位電磁閥推動氣缸完成。當某個電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機械動作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。另外，夾緊/放松由單線圈二位電磁閥推動氣缸完成，線圈通電執(zhí)行夾緊動作，線圈斷電時執(zhí)行放松動作。設(shè)備裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)，它的工作過程如圖所示，有八個動作，即為：原位、下降、加緊、上升、右移、下降、放松、上升、左移、原位。

二、氣動機械手動作實現(xiàn)過程分析

本文選用的PLC型號為FX3G-40M，系統(tǒng)為16輸入/24輸出。 氣動機械手的初始狀態(tài)：SQ2、SQ4閉合，SD、SQ1、SQ3斷開。機械手動作的實現(xiàn)過程如下：

（1）閉合“啟動”開關(guān)SD，Y0輸出，機械手下降。手動斷開上限位開關(guān)SQ2。

（2）閉合下限位開關(guān)SQ1，表示機械手下降到位。Y0斷開停止下降，Y1輸出夾持工件，經(jīng)一段時間延時，Y2輸出，機械手上升。手動斷開下限位SQ1。

（3）閉合上限位SQ2，Y2斷開，停止上升，同時Y3輸出，機械手右移。手動斷開左限位開關(guān)SQ4。

（4）閉合右限位開關(guān)SQ3，表示機械手已經(jīng)移到最右邊。Y3斷開輸出，機械手停止右移，同時Y0輸出，機械手下降。手動斷開上限位SQ2。

（5）閉合下限位SQ1，Y0斷開，停止下降，同時Y1斷開，放開工件。經(jīng)一段延時，Y2輸出，機械手上升。手動斷開下限位SQ1。

（6）閉合上限位SQ2，Y2斷開輸出，停止上升，同時Y4輸出，機械手左移。斷開右限位SQ3。

（7）閉合左限位SQ4，若“啟動”開關(guān)閉合，進行下一個工作循環(huán)；“若啟動”開關(guān)斷開，原位指示燈亮，機械手停在原位。

三、氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)是機械手設(shè)計的重要組成部分，是保證機械手在工作過程中安全可靠的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的直接決定了機械手工作過程的效率，起著不可低估作用[4]。

（1）氣動機械手的I/O分配表如表1所示。

表1 氣動機械手的I/O分配表

（2）氣動機械手的電路設(shè)計

氣動機械手的接線圖設(shè)計如圖2所示。

圖2 氣動機械手的接線圖

（3）程序設(shè)計

鑒于氣動機械手的動作特點及PLC的程序特點，程序設(shè)計采用順序功能圖編程，提升編程的效率，從而保證氣動機械手運行的運行效率，真正發(fā)揮氣動機械手PLC電路程序設(shè)計的價值[5]。氣動機械手的順序功能圖程序如圖3所示。

圖3 氣動機械手的順序功能圖程序

四、系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)圖2氣動機械手的接線圖連接好硬件系統(tǒng)。根據(jù)圖3氣動機械手的順序功能圖程序在編程軟件GX developer中編寫出順序功能圖程序，然后將程序下載到PLC FX3G-40M中去。將電路通電，然后進行調(diào)試。打開開關(guān)，運行程序，實驗結(jié)果表明，氣動機械手工作過程嚴格按照原位、下降、加緊、上升、右移、下降、放松、上升、左移、回原位的邏輯順序執(zhí)行，并不斷的重復動作。

五、結(jié)語

設(shè)計了氣動機械手的控制系統(tǒng)。控制過程給出了八個動作過程即原位、下降、加緊、上升、右移、下降、放松、上升、左移回原位。控制系統(tǒng)采用PLC作為控制器，編程采用順序功能圖，編程思路清晰，編程過程簡單，動作實現(xiàn)可靠。該氣動機械手能夠滿足簡單的自動化搬運過程，具有結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，價格低廉，操作方便等優(yōu)點，有著廣泛的應用場合。

以此氣動機械手為基礎(chǔ)，后期可以增加組態(tài)控制、傳感器位置精度檢測等環(huán)節(jié)，豐富和完善現(xiàn)有的控制過程和系統(tǒng)，可以擴展其應用場合，具有很好的推廣價值。

參考文獻：

[1]謝 靖,谷 敏.氣動機械手PLC電路的設(shè)計淺析[J].電子測試,2017，4）：28-29.

[2]何惠湘.基于PLC的機械手控制項目教學研究[J].無線互聯(lián)科技 2017，（11）(22)：92-92.

[3]曹京生,夏長鳳.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[4]王建國,王江江,等.基于PLC的機械手設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2017，（3）：15-16.

[5]謝 靖,谷 敏.氣動機械手PLC電路的設(shè)計淺析[J].電子測試,2017，（4）：28-29.