自動化生產(chǎn)中PLC控制機(jī)械手的應(yīng)用探析

摘 要：機(jī)械手是自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，主要利用系統(tǒng)控制下的機(jī)械手臂，實現(xiàn)空間范圍內(nèi)物體的抓、放和搬運，可以有效提升生產(chǎn)效率，同時也能夠避免一些危險工序中意外事故的發(fā)生。文章結(jié)合PLC的概念和特點，對自動化生產(chǎn)中PLC控制機(jī)械手的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：自動化生產(chǎn)；PLC控制機(jī)械手；應(yīng)用

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0115-02

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)逐漸開始步入自動化、智能化的時代，自動化生產(chǎn)成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中的必然趨勢。在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，無論是單機(jī)還是組合機(jī)床，在對部分工序進(jìn)行處理時，都會用到機(jī)械手來輔助完成。因此，對于機(jī)械手的控制也就成為影響生產(chǎn)質(zhì)量的質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，需要相關(guān)技術(shù)人員的重視。

1 機(jī)械手概述

機(jī)械手，是指能夠模仿人類手臂的某些功能動作，可以按照預(yù)先設(shè)置好的固定程度，對工件進(jìn)行抓取、搬運，或者對工具進(jìn)行操作的自動操作裝置。機(jī)械手可以說是最早的工業(yè)機(jī)器人，可以代替人工進(jìn)行繁重或者重復(fù)的勞動，不僅可以提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化和機(jī)械化，還可以有效保護(hù)工作人員的人身安全，因此，在機(jī)械制造、冶金、電子等多個領(lǐng)域和部門得到了廣泛應(yīng)用。

機(jī)械手在自動化生產(chǎn)中的優(yōu)勢是十分明顯的，首先，可以部分代替人工操作，從而減省人工成本，提高生產(chǎn)效率；其次，可以按照設(shè)定好的程序，實現(xiàn)對于部件的傳輸和裝卸，永不疲憊而且精準(zhǔn)度高，一般不容易出現(xiàn)誤差，相比于人工操作更加精確；然后，可以提升產(chǎn)品的質(zhì)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用機(jī)械手進(jìn)行生產(chǎn)，由于精準(zhǔn)度較高，不會受環(huán)境因素和情緒因素的影響，可以切實保證產(chǎn)品的質(zhì)量，從而提升企業(yè)的市場競爭力；最后，安全性好，對于一些危險性較大的工序進(jìn)行施工時，由于不需要進(jìn)行人工操作，因此可以有效保障人員安全，減少意外事物的發(fā)生。

就目前來看，機(jī)械手的控制方式主要包括PLC控制、繼電器控制以及微機(jī)控制。其中，繼電器控制自身存在較高的故障率，功率消耗大且控制方式死板，因此已經(jīng)逐漸被淘汰；微機(jī)控制雖然在智能控制方面存在較大的優(yōu)勢，但是自身抗干擾能力差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜且維修困難，一般只用于部分高新技術(shù)行業(yè)或者電子行業(yè)；而PLC控制，主要是以PLC（可編程邏輯控制器）為依托，集成了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及現(xiàn)代通信技術(shù)，屬于一種通用的自動控制系統(tǒng)，不僅結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，而且具有優(yōu)越的性能和良好的可靠性，同時抗干擾能力強(qiáng)，維修方便，是目前機(jī)械手控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式。

2 PLC控制機(jī)械手在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用

在對生產(chǎn)設(shè)備的控制程序進(jìn)行編寫時，需要充分考慮三個方面的問題，即安全性、有效性以及簡潔性。也就是說，編寫出的控制程度在實際應(yīng)用中，必須確保設(shè)備能夠安全運行，在安全運行的基礎(chǔ)上，有效提高設(shè)備的運行質(zhì)量和運行效率，之后才能考慮操作的便捷性問題。在應(yīng)用PLC對機(jī)械手控制系統(tǒng)進(jìn)行編寫的過程中，需要注意以下幾個方面的問題。

2.1 控制需求分析

通常情況下，機(jī)械手都是有氣缸驅(qū)動進(jìn)行作業(yè)的，而氣缸由相應(yīng)的電磁閥進(jìn)行控制，而機(jī)械手的抓取和放松動作則由一個單線圈的兩位置電磁閥進(jìn)行控制。當(dāng)這個線圈通電時，機(jī)械手表現(xiàn)出抓取動作，當(dāng)時線圈斷電時，機(jī)械手則放松。為了保證安全性，必須確保一道工序完結(jié)后，另一道工序才能繼續(xù)進(jìn)行。同時，要確保機(jī)械手的工作始終從原點開始，在運動過程中，利用相應(yīng)的限位開關(guān)和電磁閥對其動作進(jìn)行控制，以保證生產(chǎn)安全。一般來說，機(jī)械手的控制系統(tǒng)都需要設(shè)置手動控制和自動控制兩種工作方式，并通過相應(yīng)的指示燈，對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行顯示。因此，在對控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，要根據(jù)實際工藝流程，對控制需求進(jìn)行分析，以確?？刂频挠行院秃侠硇浴?/p>

2.2 初始位置確定

初始位置的確定對于機(jī)電設(shè)備的運行而言是十分重要的，而初始位置的作用，是對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的限制，使得控制系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)備位置與初始位置的對比，對其進(jìn)行合理控制，以確保生產(chǎn)安全。以汽車的離合器為例，在汽車發(fā)動時，離合器必須處于“離”或者“空擋”的位置，也就是默認(rèn)的初始位置，否則，很可能會出現(xiàn)意外情況，影響駕駛員的人身安全。對于機(jī)械手而言，其初始位置并不是固定的，但是要求在這個位置上，所有的汽缸活塞必須處于縮回狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，機(jī)械手處于正常停止位置。選擇這個位置作為初始位置，主要是因為在設(shè)備的停止過程中，如果活塞處于伸出狀態(tài)，活塞桿表面容易與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕，從而導(dǎo)致氣缸的氣密性降低，影響設(shè)備的正常運行。

2.3 輸入/輸出設(shè)備的選擇

在對輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行選擇時，需要結(jié)合實際情況，進(jìn)行全面分析，以確保選擇的合理性，保證控制系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮。一般情況下，機(jī)械手控制系統(tǒng)的輸入設(shè)備主要包括：①轉(zhuǎn)化開關(guān)，主要用于對操作方式進(jìn)行手動/自動的轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)不同的操作需求；②運行選擇開關(guān)，主要是針對手動操作的各種指令進(jìn)行選擇；③啟動、停止以及復(fù)位按鈕；④位置檢測元件，也可以說是限位開關(guān)，主要是針對機(jī)械手的運行范圍進(jìn)行限制，以確保其操作的準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)安全事故。輸出設(shè)備主要包括下降/上升電磁閥、左右移動電磁閥、夾緊電磁閥等，是由系統(tǒng)的輸出信號驅(qū)動的執(zhí)行元件。

2.4 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

2.4.1 硬件設(shè)計

一般來說，在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，機(jī)械手控制系統(tǒng)存在13個輸入信號和7個輸出信號，結(jié)合PLC中對于輸入輸出I/O節(jié)點的使用原則，需要留出一定的I/O節(jié)點，以確保系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。因此，在該控制系統(tǒng)中，對PLC的型號進(jìn)行選擇時，可以從日本松下FP1系列的C56、C72，以及歐姆龍公司出產(chǎn)的CPMIA等型號中選取，通過性能、價格以及實際需求方面的對比，對其進(jìn)行確定。

2.4.2 軟件設(shè)計

在對系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計時，要結(jié)合實際使用需求進(jìn)行，確保軟件的實用性。由于該控制系統(tǒng)存在自動和手動兩種不同的工作狀態(tài)，因此在進(jìn)行軟件設(shè)計時，需要對其進(jìn)行分別考慮，避免相互之間的影響。例如，可以首先設(shè)計手動程序，檢測完畢后，將其獨立成為手動功能模塊，然后進(jìn)行自動程序的設(shè)計，同樣構(gòu)成獨立的功能模塊，確保相互之間不會產(chǎn)生影響，以切實保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

3 結(jié) 語

綜上所述，在自動化生產(chǎn)中，應(yīng)用PLC控制機(jī)械手，可以極大地提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，減少設(shè)備故障產(chǎn)生的機(jī)率，減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，確保生產(chǎn)的安全進(jìn)行，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該充分重視起來，做好系統(tǒng)的設(shè)計和管理工作，使得PLC控制系統(tǒng)的作用可以得到充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王林.PLC控制機(jī)械手在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013，（23）：43-44.

[2] 劉宜茹.PLC控制機(jī)械手在生產(chǎn)自動化中的應(yīng)用[J].職業(yè)，2011，（14）：96-97.

[3] 查俊杰.PLC在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].大觀周刊，2012，（18）：136，165.

[4] 趙華軍.機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2010，23（6）：117-118.