PLC技術下的氣動機械手控制系統研究

摘 要：氣動機械手是工業制動控制領域中一種非常常見的自動抓取和操作裝置，其在數控設備的自動換刀裝置、自動生產線和自動機的上下料中可以準確而又快速的將物品進行搬運，不僅有效的減少了勞動的強度，同時還將工業生產的自動化程度得到了有效的提高。在這個基礎上，PLC技術和氣動技術的結合更是為機電一體化的控制實施提供了有利的條件，使其在工業自動化中得到了有效的發展。文章所要探討的主旨就是在PLC技術下，對氣動機械手的控制控制系統進行分析和研究。

關鍵詞：PLC技術；氣動機械手；控制系統

引言

隨著我國工業化進程的不斷加快，在工業領域之中機電一體化、自動化和智能化的實施已經逐漸的成熟。電氣機械手由于可以自動而又準確的將物品進行搬運，在機械制造、電子工程、輕工業、冶金等行業得到了廣泛的應用。電氣機械手系統中最為核心的部分就是執行系統和控制系統，隨著PLC技術的成熟與完善，在PLC技術下手動機械手控制系統和執行系統又有了新的發展和成就。

1 機械手工作的過程概述

氣動機械手的終端是一個氣動夾爪，通過這個氣動夾爪就可以很好的實現抓和放的動作，由一個雙作用氣缸和一個雙電控電磁閥來完成控制[1]。同時電動夾爪是安裝再說一個垂直方向的雙作用氣缸上的，這樣其就可以實現上升和下降的動作，其方向的控制也可以由一個單電控的電磁閥來完成。電氣機械手的工作流程首先是在其通電后先對機械手進行復位，然后機械手的手臂就會下降到物品處，張開手臂將物品夾緊，機械手臂再上升將物品拿起，在然后機械手臂前升、下降，手張開將物品放下，最后機械手的手臂上升，手復位，這樣機械手就完成了整個的工作流程，也將一件物品從一處傳送到了另一處。

2 氣動部分的工作流程

從上述的分析中發現，機械手一共具有8個動作流程，其分別為：機構下降→夾具夾緊→機構上升→機構前進→機構下降→夾具松開→機構上升→機構后退到原位[2]。從這個過程中就可以發現，機械手的主要動作都集中在機構的升降、機構的平移和夾具的夾緊和松開這三個動作上，而這三個動作是分別由三個氣缸來完成的。而機械手的上升和下降以及左右移動的執行是通過采用雙線圈三位四通電磁閥來推動氣缸來完成的。這樣在某個電磁線圈通電后，機械手就可以一直保持現有的這個機械動作。就像在下降的電磁閥線圈通電后，機械手下降，那么不論線圈再端點與否，其依舊可以保持現有的下降狀態，一直到相反方向的線圈通電才會終止。同時，單線圈的兩位三通電磁閥還可以通過推動氣缸來完成夾緊和放松的動作，在線圈斷電時執行放松動作，在線圈通電時執行夾緊動作，其氣動系統的工作流程如圖1所示。

圖1 氣動部分的工作原理圖

3 PLC的控制工作介紹

3.1 PCL技術下氣動機械手控制系統的輸入與輸出

在PCL技術下，啟動機械手控制系統的實施需要向系統提供符合要求的開關信號，這樣才可以有效的實現整個機械手的控制，完成按機械手的動作要求。在PCL技術下氣動機械手控制系統的實施，首先需要通過采集信號和控制電氣系統的電磁換向閥來對機械手機械牛通電，然后才可以實現氣動機械手在PCL下的自動或手動上下料。PCL技術下氣動機械手控制系統的輸入與輸出如表1所示。

表1 PCL技術下氣動機械手控制系統的輸入與輸出

3.2 PCL的控制設計

在PCL技術下，氣動機械手的控制可以實現手動和連動兩種工作方式。其中手動控制是指，通過利用按鈕來對氣動機械手的每一步動作單獨的進行控制；而連動控制是指氣動機械手根據控制信號對每一步的動作自動循環的執行，一直到獲得停止信號為主，同時在控制系統氣動后，根據每一步工序的操作要求，通過旋轉式的按鈕對氣動機械手的工作方式是連動形式或單動形式進行確定。這一工序的實施和確定對PCL技術下氣動機械手控制系統的實施起著關鍵性的作用，因為在沒有確定的前提下，選擇單動而執行手動的程度，那么其默認的控制程序就為連動程序，這樣會影響控制系統的穩定性。在PCL技術下，其對氣動機械手設計的特點要求控制系統中的每一個動作都要按照順序嚴格的執行，采用步進指令來進行編寫，這樣才可以有效的保證氣動機械手可以在PCL技術下有條不紊的進行工作，而一旦出現了誤動動作也不會出現混亂的局面。

在PCL技術下氣動機械手的動作執行過程為：首先啟動系統，此時氣動機械手處于帶料狀態；然后在氣動機械手獲得取料信號后就開始實施工作動作，其工作的實施從原點出發，按照工序的自動循環系統來進行，一直到系統停止信號發出為止；最后，當最后一道工序的動作完成之后，返回到原點，此時氣動機械手可以自動停止工作的進行。根據這一動作的執行就可以將PCL技術下氣動機械手的動作控制過程，通過狀態初始化指令IST來進行設置，但是這個設置執行的過程卻比較復雜，此時可以通過采用模塊化的設計思想，將氣動機械手的控制程序分成回原點操作、手動單步操作和自動聯系操作三程序[3]。其中原點操作程序的實施從開始按下啟動按鈕開始，在原點的條件滿足時，特殊輔助繼電器為ON，在自動返回到原點后，采用IST指令來將特殊輔助繼電器設置為ON，并采用特殊輔助繼電器將回原點的最后一步進行復位；手動單步操作程序的初始狀態繼電器由手動程序、自動運行程序和回遠點程序公正完成，其采用的驅動點均為STL，但是這三個程度不會在同一時間段內被驅動；自動運行程序的實施主要是根據系統的自動動作流程來進行編碼的。

4 結束語

綜上所述，在PCL技術下，氣動機械手控制系統的有效改進，在實現物體自動循環搬運的基礎上，使其可以在一個良好的運行狀態下進行來根據工廠的生產需求來實施。在這個過程中，氣動技術從一個通過開關控制想著高精度的反饋控制方向發展，不僅減少了氣動機械手的配線、配管和元件的使用，同時還有效的提高了氣動機械手控制系統的可靠性，使其想著一個更加簡便、快速的方向發展著。

參考文獻

[1]楊后川，楊萍，陳勇，等.基于FX2N PLC控制的實驗用氣動機械手設計[J].液壓與氣動，2009，（2）：76.

[2]張志會，熊瑞平，馮燁，等.一種基于PLC控制的五個自由度氣動配料機械手[J].液壓與氣動.2010，（2）：86-87.

[3]王茂凡，趙中敏.PLC控制系統可靠性的軟件設計[J].機床電器，2010，（6）.