教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

席 丹

（廣州市工貿(mào)技師學(xué)院，廣東 廣州 510000）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的背景下，自動(dòng)化技術(shù)得到不斷優(yōu)化與完善，但生產(chǎn)工況也逐漸朝著更加惡劣方向發(fā)展，這對(duì)工人有著更高要求，需要工人能夠嚴(yán)格按照相應(yīng)環(huán)節(jié)與流程進(jìn)行操作，才能避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。在此背景下，教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)，可以為工人工作提供更多便利，創(chuàng)造更加安全工作環(huán)境。所以，本文針對(duì)教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 設(shè)計(jì)整體方案

在教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)S7-1200的控制，可以利用教學(xué)型機(jī)器人上位機(jī)WinCC、按鈕或者限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制。接著利用S7-1200控制X軸或Y軸的伺服電動(dòng)機(jī)，或者Z軸直流電機(jī)，將機(jī)械手臂從原點(diǎn)移動(dòng)到制定平面點(diǎn)中，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，這樣各項(xiàng)工作都可以準(zhǔn)確完成。整個(gè)教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)由不同部分構(gòu)成，如中間繼電器、限位開關(guān)、指示燈等。在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)方案。設(shè)計(jì)工作嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案展開，可以確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，為后續(xù)教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)分析

從教學(xué)型機(jī)械手的工作流程中不難看出，其工作原理主要是外部交流電（220 V）進(jìn)入L1中，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。QF1屬于總設(shè)備斷路器，實(shí)現(xiàn)對(duì)整臺(tái)設(shè)備電流的通斷。FU1屬于總?cè)蹟嗥?，可以將自身過流保護(hù)作用充分發(fā)揮出來。QF2主要是在主電路斷路器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服1、伺服2以及電機(jī)3電流的通斷。A1屬于直流電源，可以將220 V交流電轉(zhuǎn)化為48 V直流電，這樣可以為伺服驅(qū)動(dòng)1、伺服驅(qū)動(dòng)以及直流電機(jī)M3的使用提供保障。A2屬于伺服1驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)X軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)[1]。M1屬于X軸的電機(jī)，可以確保機(jī)械手能夠水平運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際硬件電路設(shè)計(jì)中包含許多不同內(nèi)容，為使得設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性得到保障，設(shè)計(jì)人員要對(duì)實(shí)際情況有正確了解與認(rèn)識(shí)。對(duì)各方面問題進(jìn)行充分考慮，這樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作才能有序進(jìn)行。

3 軟件設(shè)計(jì)分析

在實(shí)際軟件程序設(shè)計(jì)工作開展中，需要設(shè)計(jì)人員能夠結(jié)合教學(xué)型機(jī)械手控制要求，以及動(dòng)作流程進(jìn)行。主程序流程圖通常情況下要體現(xiàn)在程序下載、可編程邏輯控制器S7-1200中，對(duì)WinCC的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而對(duì)工作方式進(jìn)行選擇，一般情況下有兩種工作方式，分別是自動(dòng)工作方式與手動(dòng)工作方式[2]。當(dāng)機(jī)械手臂達(dá)到特定點(diǎn)之后，會(huì)完成上升操作、下降操作、夾緊操作以及松開操作等。實(shí)現(xiàn)對(duì)不同動(dòng)作的快速響應(yīng)，確保抓取位置的準(zhǔn)確性。

4 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)分析

要重新建立WinCC項(xiàng)目，并開啟WinCC項(xiàng)目管理器，在新建項(xiàng)目中，要選定單用戶項(xiàng)目。然后對(duì)項(xiàng)目類型進(jìn)行選擇，并構(gòu)建項(xiàng)目窗口，選定文件夾，并對(duì)文件名進(jìn)行設(shè)定，最終完成創(chuàng)建。在完成WinCC項(xiàng)目新建后，要初始到WinCC畫面中。在WinCC項(xiàng)目管理器中，包含變量管理，要尋找到這一變量管理。點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵后會(huì)彈出菜單，并選擇打開選項(xiàng)。在打開變量管理器后，會(huì)出現(xiàn)初始畫面[3]。繼續(xù)點(diǎn)擊變量管理，點(diǎn)擊右鍵并選擇新建驅(qū)動(dòng)，選擇S7-1500 Channel。并點(diǎn)擊OMS+，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵新建成連接，之后在新建的連接上，單擊右鍵選擇連接參數(shù)。在得到初始連接參數(shù)之后，要對(duì)其進(jìn)行更改。與此同時(shí)，要講PLC仿真啟動(dòng)，對(duì)PLC程序以及PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行下載。將WinCC激活，并在變量管理中尋找連接，并點(diǎn)擊右鍵，在AS符號(hào)中會(huì)有從AS中讀取，選擇這一項(xiàng)目，這樣變量的讀取會(huì)在PLC中進(jìn)行。在完成變量讀取后，對(duì)WinCC中需要使用的變量進(jìn)行勾選，勾選完成后，將其保存到項(xiàng)目文件夾當(dāng)中。促使變量管理以及通信定義能夠更好地完成，從而獲得組態(tài)后畫面。

5 明確機(jī)械手工作過程

機(jī)械手主要負(fù)責(zé)將工件從一個(gè)工作臺(tái)中，搬運(yùn)到另一個(gè)工作臺(tái)中。機(jī)械手在工作期間，全部動(dòng)作往往是由氣缸驅(qū)動(dòng)，在不同的場(chǎng)合中，操作方式也存在不同，一般情況下會(huì)將其分為兩種方式：手動(dòng)操作方式與自動(dòng)操作方式。手動(dòng)操作方式通常會(huì)被應(yīng)用在安裝調(diào)試，以及故障維修中，這樣對(duì)于不同執(zhí)行工作，可以通過按鈕展開操作。這一問題，在設(shè)計(jì)工作開展中要充分考慮并分析。想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，要講PLC控制器作為主要基體，事先要編寫相應(yīng)程序，按照程序進(jìn)行自動(dòng)控制，自動(dòng)控制實(shí)際上還會(huì)被分為不同類型，比如連續(xù)自動(dòng)操作、單周期自動(dòng)操作。單周期自動(dòng)操作在操作過程中包含許多不同動(dòng)作，如上升動(dòng)作、右轉(zhuǎn)動(dòng)作、左轉(zhuǎn)動(dòng)作以及下降工作等。

6 輸入與輸出端子點(diǎn)數(shù)

教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)院往往采用的是整體式S7-200CPU226式PLC，在此背景下，很多工作并不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，因此，只會(huì)占用可編程控制器中的兩個(gè)輸入點(diǎn)，并不是人們認(rèn)為的占用4個(gè)輸入點(diǎn)。在工作執(zhí)行之前，需要對(duì)做工作臺(tái)上是否存在工件進(jìn)行判斷，因此，在實(shí)際工件檢測(cè)中，光電開關(guān)會(huì)對(duì)一個(gè)PLC輸入點(diǎn)進(jìn)行占用。機(jī)械手在左右轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，左部限位開關(guān)與右部限位開關(guān)，會(huì)占用兩個(gè)PLC輸入點(diǎn)，啟動(dòng)按鈕與停止按鈕，同樣也會(huì)占用2個(gè)PLC輸入點(diǎn)。因此，在PLC中需要設(shè)置3個(gè)輸入點(diǎn)，主要將其應(yīng)用在不同工作方式的選擇中。在手動(dòng)控制方式中，有著4種不同加載方式，分別是前后方式、左右方式、上下方式以及夾松方式?；诖?，需要在PLC中設(shè)置4個(gè)輸入點(diǎn)，主要將輸入點(diǎn)應(yīng)用在加載方式的選擇中。因?yàn)榭刂破餍枰敵鲇糜诳刂撇煌瑒?dòng)作的指令，比如，伸出動(dòng)作指令、縮回動(dòng)作指令、上升動(dòng)作指令以及左轉(zhuǎn)動(dòng)作指令等，為使得此類動(dòng)作與指令都可以得到滿足。在教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)中，要確保8個(gè)輸出量與14個(gè)輸入量。

7 提升設(shè)計(jì)人員素養(yǎng)

在教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員在其中發(fā)揮著不可替代的作用，如果設(shè)計(jì)人員能夠具備較強(qiáng)專業(yè)能力與綜合素質(zhì)，那么設(shè)計(jì)工作的有序進(jìn)行也將會(huì)得到保障。反之，如果設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)能力不足，那么設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性也會(huì)受到影響?；诖?，要在最大程度上保證，設(shè)計(jì)人員能夠具備更強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力。為實(shí)現(xiàn)這一目的，在設(shè)計(jì)之前，要結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況，對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合理選擇。還可以通過教育培訓(xùn)方式，促使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ψ陨碓O(shè)計(jì)工作有正確認(rèn)識(shí)。教育培訓(xùn)工作的展開要不定期進(jìn)行，確保工作人員可以掌握設(shè)計(jì)工作中的注意事項(xiàng)，了解設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容，這樣在設(shè)計(jì)工作開展中，嚴(yán)格按照相應(yīng)方案進(jìn)行即可。在此背景下，教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性也會(huì)得到保障，為后續(xù)生產(chǎn)工作打下良好基礎(chǔ)。促使教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)在應(yīng)用中，能夠?qū)⒆陨韮?yōu)勢(shì)與價(jià)值充分發(fā)揮出來，提升工作質(zhì)量與工作效率。

8 結(jié)語

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)型機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的有序進(jìn)行，需要設(shè)計(jì)人員能夠具備較強(qiáng)專業(yè)能力，同時(shí)對(duì)各方面問題進(jìn)行充分考慮與分析。確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性，這樣才能在實(shí)際工作開展中，發(fā)揮出系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。在這一過程中，工作人員工作量會(huì)在一定程度上減少，同時(shí)減輕工作壓力。也防止人工帶來的錯(cuò)誤與誤差，使得各項(xiàng)工作都能夠準(zhǔn)確完成。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，能夠根據(jù)實(shí)際情況，發(fā)出正確指令。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，需要有關(guān)部門以及工作人員能夠給予更多重視與關(guān)注，為我國工業(yè)事業(yè)更好發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。