PLC氣動機械手控制系統的設計與發展

摘 要：氣動機械手的使用能夠很好地提高工業生成的自動化程度。PLC技術與氣動機械手的結合為機電系統的控制實施提供了更加有利的條件，加快了自動化程度的前進速度[1]。本文主要研究分析了在PLC技術下的氣動機械手控制系統的設計與發展。

關鍵詞：PLC技術;氣動機械手;控制系統;設計

0 前言

隨著科學技術的不斷進步，自動化生成設備的應用越來越廣泛，由于氣動機械手具有結構簡單，使用方便，制造成本低等優勢，在生產線上被廣泛應用。氣動機械手通過控制系統和執行系統來共同完成生產指標，隨著PLC技術的成熟，基于PLC技術的氣動機械手控制系統的設計實現了新的突破。

1 PLC技術概述

PLC的全稱是可編輯邏輯控制器（Programmable Logic Controller），通過可編程的存儲器元件進行邏輯運算、程序控制、設備定時，最后將數字模擬轉化為機械設備的生產指令。PLC電子系統裝置的核心是微處理器，可用于各種工業生產，它的出現克服了許多原有技術的障礙，具有操作簡便、可靠性高等優點，由于整合了微處理器的優勢，也更加符合電氣設備操作人員的操作習慣[2]。我國首次引進PLC技術是在上個世紀七十年代，時至今日已經可以用于生產一些中小型的產品，在電子、紡織、產品、印刷等多個領域都有廣泛的應用。

2 機械手的基本結構和控制要求

2.1 機械手的基本結構

機械手由控制系統和執行系統組成，二者相互配合共同完成生產要求，其控制系統由PLC技術主導，執行系統則是機械手完成各種復雜操作的實體裝置[3]。機械手的工作性能受執行機構分布的影響，其形式也比較多，如直角坐標式、球坐標式、關節式和圓柱坐標式。

直角坐標式機械手可以沿著X、Y、Z三個不同的方向做往返運動，這種形式的機械運動適用于工作位置位于一條線上的設備，優點是節拍間隔短、定位準確、精準度高、效率高，可與傳送帶或者其他加工設備配合使用，缺點就是受到運動方向的限制作業范圍比較小。球坐標式機械手可以實現在坐標平面下的直線運動或者兩個方向之間的旋轉運動，其優點是活動范圍大，可進行伸縮回轉、左右擺動、旋轉等動作，工作效率也高[4]。關節式機械手的命名就是因為它可以像人的手臂一樣實現多個自由度的轉動，優點是動作靈活。圓柱式機械手是實際生產中應用最多的一種機械手，優點是體積小、動作范圍大。

2.2 機械手的控制要求

機械手的控制根據適用場合的不同可以分為自動控制和手動控制兩種控制方式。自動控制是基于PLC技術下的編寫程序實現設備控制的，而手動控制操作主要是用于設備的安裝調試以及故障維修過程。機械手的自動運行過程要求擺動氣缸處于中心右側，此時氣缸活塞控制桿和垂直氣缸活塞控制桿同時后退，真空吸盤沒有抓取工件，在運行過程中通過轉動氣缸的擺動和伸出等引起其他組件的一系列運動，實現整個自動控制操作。機械手的手動運行主要有機械手的升降、伸縮和擺動操作，它與實際操作無關，只是在裝置進行初次安裝或者出現故障時采用的一種工作方式。

3 PLC氣動機械手控制系統的軟件設計

3.1 順序功能設計

為了保證生產過程能夠按照預定的先后順序正常進行，就需要嚴格的設計順序功能圖，順序功能圖能夠保證機械手按照規定的步驟完成控制任務，可以有效的提高工程師的設計效率，由于設計思路簡單，也便于初學者理解[5]。順序功能圖實現了通用編程元件和專用編程元件的結合使用，這種專門用于控制程序編制的功能圖已被PLC設計廣泛采用。通過氣動機械手的操作流程可以看出，需要機械手按照控制要求，從原點位置出發，依次進行擺動缸擺動、伸出、吸件、退回、右擺、伸出、松件、退回原位的循環操作。

3.2 氣動機械手的總體順序功能

自動控制系統的檢測開關和手動開關只能有一個處于開放狀態，所以需要安裝轉換開關以保證控制方式的單一性。對于手動操作方式和自動操作方式需要按照選擇開關來決定，如果是先選用自動操作的方式，但此時機械手并沒有處于原始狀態，就需要先使用手動操作方式使機械手回到初始位置之后再執行其他操作，通過選擇開關就可以輕松的實現單周期或者自動化的操作。

4 PLC氣動氣動機械手控制系統的測試與發展前景

對PLC氣動機械手控制系統的設計部分進行測試，可以保證出廠的設備質量，為設備功能的完整實現以及設備運行的速度提供強有力的技術支持。通過系統測試也可以為廣大的客戶提供一個直觀了解設備工作原理的平臺，友好的操作界面也讓用戶需求與設備操作之間的信息傳遞更加簡便，操作起來更加方便。

氣動機械手是在氣動條件下實現的，所以動力來源取之不盡，不僅節約能源，還可以實現生產效率的提高，在醫藥、食品等多個加工制造行業被推廣使用。機械手的多向旋轉與氣爪夾緊功能相互配合，共同實現生產線的全自動化生產。基于微處理器的PLC技術使氣動機械手的控制系統邏輯編程更加簡單明了，提高了生產效率[6]。PLC技術與氣動機械手的優勢合并，不僅節約能源，而且操作性能更加穩定可靠，這也必然使PLC氣動機械手控制系統在未來幾十年內被更多的生產行業所推廣使用。

5 結語

隨著計算機信息技術的迅速發展，以PLC技術為核心的氣動機械手控制系統在生產加工過程中得到廣泛的應用。由于PLC技術的獨有優勢，使其非常適合實現氣動機械手的控制要求，不僅操作更加準確，安全性能也更高，故障頻率也較之前有大幅度的降低。基于PLC技術的氣動機械手控制系統大大提高了工業生產的工作效率，為企業創造了更多的經濟效益，是一種未來發展前景廣闊的自動控制系統，必將得到大范圍的推廣使用。

參考文獻：

[1]徐玲.基于MCGS組態軟件氣動機械手PLC控制系統設計[J].伺服控制，2012.

[2]汪歡歡，胡國清，周青輝.基于PLC的氣動機械手控制系統設計與研究[J].液壓與氣動，2012.

[3]齊繼陽，吳倩，何文燦.基于PLC和觸摸屏的氣動機械手控制系統的設計[J].液壓與氣動，2013.

[4]郭子健.基于PLC和觸摸屏的氣動機械手控制系統的設計[J].無線互聯科技，2014.

[5]薛小晶.基于PLC的氣動機械手控制方法探討[J].電子技術與軟件工程，2014.

[6]郅富標，毋虎城，張四海.基于PLC的物料搬運機械手控制系統設計[J].中州煤炭，2011.

作者簡介：胡飛（1987—），男，江蘇宿遷人，本科，主要從事：機械工程設計及教學工作。