PLC 在機械手控制中的應用

□金洪吉

一、機械手系統的設計

所謂機械手裝置，是一種專門用于模仿人手動作與操作的一種機械類裝置，其可以代替人手進行相應的抓、吸、拿等相應的動作，主要由托盤、手臂、手掌等部分組成。機械手的工作流程主要是:由A 處移動到B 處，抓住相應的物體或者工件，然后將物體帶到某一指定的位置C 處，然后回歸到初始位置。機械手的底盤運轉是由一個直流電動機進行驅動與操控的，可以使機械手完成順時針、逆時針等多個方位的旋轉;機械手臂同樣是由另外一個電動機進行旋轉，可以實現升降、伸縮等功能，而機械手的手掌則是由相應的電機控制，可以達到抓、拿、松等各種功能，在各個部件的靈活配合下，實現對目標物的抓取與操作。

(一)對直流電機的控制。在現實工業生產過程中，很多使用的都是流水線操作，而在流水線操作中，直流電機的正反兩個方向的控制是應用較為廣泛的一種形式，這種形式雖然在實現上較為簡單，但是在其實現過程中需要注意以下兩點:一是需要根據不同的應用電路對機械電流的要求，設計不同的控制繼電器，有些電路中不允許有正反兩個形式。所以在這種模式下，僅僅是依靠軟件程序對相應的電器進行控制顯然是不牢靠的，需要進行手動的操控。這種情況出現的原因在于PLC 所能夠執行的指令是非常迅速的，而在電路外部的線圈指令傳導等則需要有相應的時間差，在這種時間差作用下很難與內部的PLC 控制系統達成相應的同步。二是在現實的生產應用領域，可以使用H 橋驅動相應的直流電機，進而達到雙方向的同步控制。H 橋電路的結構本身十分簡單，它在不同領域的應用十分普遍。源于這種電路的KM1 或者KM2 在單獨使用時，直流電機便可以達到單獨的閉合或者單獨的旋轉。而在兩者都閉合或者都不閉合時，便可以達到電驅的短接。因此這種形式對于大容量的直流電動機來說不太合適。

(二)對步進電機的控制。第二種電機便是指步進電機，這種電機屬于一種可以將電脈沖信號采取一定的方式轉換成相應的角位移或者直線的位移，這是一種控制微電機，它能夠達到的位移量與控制系統所能夠輸入的脈沖數呈明顯的正比例關系，而它的平均速度則是和控制系統對脈沖的輸入頻率有正比例關系。另外，在正常的工作過程中，它可以實現由一種運動狀態向著另外一種運動狀態轉換，這種轉換可以保證其自身較好的穩定性，不會因為轉變而產生一定的波動或者不穩定，具有很好的可靠性。這種控制屬于一種性能十分好的驅動電機，在開環控制模式下，它是通過一定頻率的脈沖進行相應的控制，它所能夠達到的掃描周期通常情況下都在幾毫秒左右，多的情況下也就是十幾毫秒，所以源于PLC 的掃描模式以及其相應的掃描周期的影響，步進電機不能夠在頻率較高的模式下工作，它可以在相對較低的頻率模式下正常運轉與工作。

步進電機一般的運轉速度和相應的控制系統的頻率脈沖成正比例關系，在相對較低的頻率下運轉時，它的轉速一般會很低，為了確保其工作的穩定性以及系統的定位準確性，機械手的工作臺不可以偏移太大的距離，以免不穩定因素的出現。在定位的時間相對較長的情況下，為了很好地保證相應的準確性定位，需要保證脈沖信號的低量性，但是這樣又產生了定位速度的不穩定性。為了很好地解決這一問題，既能夠提高穩定性又能夠降低相應的速度要求，步進電機和生產機械的連接有許多種類，可以根據相應的要求對其進行有針對性的選擇。

PLC 只有在和步進電機達到一定的協調配合的情況下才能達到對運動的控制，在這種情況下需要對PLC 內部進行一定的設定與設計，亦或者是編制相應的程序控制，這樣便可以實現相應的協調控制。此外，步進電機的控制還需要運用高速脈沖控制，因此PLC 所要使用的應該是高速脈沖的晶體管模式，而不應該是繼電器模式。

二、機械手系統程序設計

(一)手動方式回原點。手動回歸原點主要有三個程序階段，在第一個程序段時，需要將機械手的底盤進行相應的順時針旋轉，第二階段需要機械手的手臂進行相應的回收運轉;第三階段便是立桿的上升回收。這三個步驟都有其相應的特點與注意事項，本文僅就第一階段進行相應的解釋。旋轉操作按鈕的手動方式，停止自動化控制，實現手動控制，隨后按下SB10 按鈕，這樣便可以實現底盤的順時針旋轉，而在觸動了X3 按鈕之后，便意味著底盤的旋轉達到了最后階段，這時便可以旋轉停止底盤的順時針旋轉。

(二)直流電機的運行。對于直流電機的運轉，本文主要解釋相應的底盤順時針旋轉階段。在機械手的X10 與X6 等四個相應的開關處于閉合狀態后，這時底盤便開始了順時針旋轉運動，而在旋轉到一定的位置時，便可以觸動停止開關X3，此次底盤的旋轉運動便可以停止了。

(三)步進電機的可調速運行。源于步進電機能夠控制立桿的伸縮，所以在正常使用過程中，會涉及到伸縮的長度大小以及伸縮的速度大小問題，本文對立桿的伸縮速度大小方面進行了相應的解釋。在立桿上升過程中，速度相對來說較快，能夠快速達到上限位階段，這時便可以依據相應的脈沖指令對其進行一定的減速處理，使得立桿能夠逐漸慢下來，另外，在這種操作中，需要保證速度轉換的平緩，不應該出現碰撞等現象。在立桿上升過程中，通常會使用S1 模式，這樣脈沖一般會在兩千赫茲左右，這時的速度相對來說是比較大的，而在需要轉換速度的時候，將脈沖轉換成一千赫茲，這樣可以實現快慢之間的轉換，進而實現伸縮自如的目的。

三、系統調試

(一)硬件調試。一般情況下系統調試會有兩個部分，一是硬件方面的調試，二是軟件方面的調試。在硬件調試過程中，需要檢查各個按鈕、開關等方面是否正常運轉，另外還要檢查相應的機械機構以及機械手是否碰觸到相應的其他物體，防止出現卡死、打滑的問題。

(二)軟件調試。系統調試的另外一種模式便是軟件調試，這種調試主要是涉及到運動控制的調試，在進行編程之初，需要將可運動單元的速度進行較好的控制，防止出現速度過高而引起的軟件運轉失控。相應的調試程序式可以較好地將相應的指令與程序進行試運行，在試運行時發現其中隱藏的安全以及影響正常運轉的問題，并且在調試過程中對其進行相應的解決與處理。對于相對較為復雜的功能控制來說，假如在運動過程中對相應的速度進行轉換與改變，這樣便可以首先讓整個系統在某一特定的速度條件下運動起來，這樣在保證了運行正常之后，再使用某種方式對速度進行一定的改變與處理。

四、結語

總的來說，PLC 系統相對簡單易懂，在其使用與維護過程中較為方便，它在運行過程中能夠保證自身的穩定性，具有相對較高的可靠性，而且它設計起來相對簡單，能夠在較短的時間內完成施工設計。PLC 可進行模擬量控制，位置控制。在機械手系統中，PLC 的內部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，使噪音下降，使用設備壽命延長，體積減小。

［1］朱暉．PLC 在機械手控制系統中的應用［J］． 機電產品開發與創新，2007，1

［2］石玉明，李錫輝．PLC 在機械手控制裝置中的應用［J］．自動化技術與應用，2007，5