PLC控制機(jī)械手在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)中的有效應(yīng)用探析

王宇

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在工廠生產(chǎn)的過程中，對自動(dòng)化水平的要求也在不斷提高，比如車間的工作平臺(tái)上，離不開機(jī)械手。在這種大環(huán)境下，可編程控制器（PLC）的重要性便體現(xiàn)出來了，它在一定程度上展現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化水平，間接表現(xiàn)一個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；自動(dòng)化生產(chǎn)；編程

中圖分類號：TP241.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.134

近年來，機(jī)械手是自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要發(fā)明，它已經(jīng)成為了現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)中重要組成部分。傳統(tǒng)的機(jī)械手控制只是借助中間繼電器和時(shí)間繼電器工作，但是，這樣做大大降低了機(jī)械手工作的可靠性，存在很多的弊端，而且也為日后的維修工作帶來了很大的不便。然而，PLC恰恰避免了這些問題，將兩者完美結(jié)合在一起，能夠進(jìn)一步提高機(jī)械手的應(yīng)用和普及程度。在國外，可編程控制器已被應(yīng)用到各行各業(yè)中，隨著其發(fā)展速度的加快，也被廣泛應(yīng)用于我國相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)中。

1 PLC

1.1 PLC的原理

PLC全稱為可編程控制器，它是由CPU和存儲(chǔ)器組成的。CPU不斷采集輸入信號，并使用一些可編程的存儲(chǔ)器，用來編寫其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算控制、順序控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制和算術(shù)操作控制等方面的指令，并利用數(shù)字或模擬式輸入/輸出數(shù)據(jù)執(zhí)行用戶程序，以控制各式各樣的機(jī)械或相關(guān)生產(chǎn)過程。PLC使用的是220 V交流電源或24 V直流電源。

1.2 PLC的優(yōu)點(diǎn)

1.2.1 簡單易學(xué)，編程方便

對于不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人，PLC是十分方便的。它采用的是梯形圖語言，梯形圖的圖形符號、表達(dá)方式與電氣原理圖中的繼電器電路相似，只需要用少量的邏輯控制指令就能完成繼電器電路。

1.2.2 性價(jià)比高，功能齊全

PLC能用成百上千個(gè)功能指令實(shí)現(xiàn)普通中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能，其可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和存儲(chǔ)記憶的功能。這樣，就能夠有效減少電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的投入，減少工程技術(shù)人員的工作量。

1.2.3 系統(tǒng)構(gòu)成靈活方便，使用擴(kuò)展容易

PLC最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用開關(guān)量控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性的回路控制，還能與上位機(jī)結(jié)合成比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

1.2.4 安全可靠，抗干擾能力強(qiáng)

傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)控制是硬性連接，將中間件繼電器或時(shí)間繼電器連接在一起；而PLC采用的是軟性連接，執(zhí)行用戶編寫的指令，以完成相關(guān)動(dòng)作，使設(shè)備操作更加方便，甚至能快速改變設(shè)備的運(yùn)行結(jié)構(gòu)。

1.2.5 使用方便，體積小，能耗低

PLC體積小、重量輕，方便安裝，而且還具備自我診斷能力，能檢查自身的故障并顯示出來，使維修人員快速找到故障并維修。PLC電能消耗很小，符合節(jié)能減排的宗旨，所以，這也為其廣泛使用增加了一個(gè)優(yōu)勢。

綜上所述，PLC具有繼電器所不具備的優(yōu)越性，彌補(bǔ)了繼電器的缺陷，為機(jī)械手完成更加精準(zhǔn)和復(fù)雜的動(dòng)作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 機(jī)械手

機(jī)械手就是模仿人的手臂完成某些指令動(dòng)作，以此實(shí)現(xiàn)工件的抓取、搬運(yùn)工作或借用工具完成某些操作。從一定程度上說，機(jī)械手就是一個(gè)簡易的工業(yè)機(jī)器人。使用它不僅能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化，還能減少對工人的傷害。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械手具有突出的優(yōu)勢。比如，它可以代替工人完成繁重的工作，有效提高生產(chǎn)效率；還可以按照用戶的設(shè)置完成某些動(dòng)作，不僅精準(zhǔn)度高，而且速度快、誤差小。在一些危險(xiǎn)行業(yè)中，使用機(jī)械手可以有效降低或避免工人發(fā)生事故的概率，保障工作人員的人身安全，從而間接降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

3 PLC控制機(jī)械手的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問題

在設(shè)計(jì)PLC機(jī)械手時(shí)需要考慮以下問題：①機(jī)械手要有足夠的夾緊力，以保證工件不會(huì)發(fā)生松動(dòng)或脫落的情況；②機(jī)械手要有一定的張開、閉合角度，這樣才能保障工件順利進(jìn)入或松開；③工件定位要準(zhǔn)確，要根據(jù)具體的工件設(shè)計(jì)機(jī)械手的形狀；④機(jī)械手要擁有很好的強(qiáng)度和剛度。

3.2 PLC機(jī)械手編程

PLC工作控制流程是：啟動(dòng)條件滿足開啟設(shè)備—運(yùn)用檢測開關(guān)元件檢測工件的具體位置—機(jī)械手開始用伸展手臂抓取工件—抓取后，機(jī)械手執(zhí)行抓舉上升動(dòng)作—機(jī)械手抓取工件后，手臂向左或向右移動(dòng)—機(jī)械手將抓取的工件放到指定位置—放下工件—恢復(fù)到初始位置，等待下一個(gè)循環(huán)開始。

根據(jù)設(shè)計(jì)的工作控制流程考慮PLC的選型和電器元件的選型，以及PLC的功能和輸入、輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)；根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)設(shè)計(jì)PLC程序。一般情況下，機(jī)械手在工業(yè)自動(dòng)化使用的過程中，其控制系統(tǒng)存在13個(gè)輸入信號和8個(gè)輸出信號。輸入信號分別是手動(dòng)—自動(dòng)選擇旋鈕輸入信號，2個(gè)輸入信號是啟動(dòng)和停止按鈕，4個(gè)輸入檢測信號，以檢測機(jī)械手縱橫臂正負(fù)X軸和正負(fù)Y軸，1個(gè)用于檢測工件位置的信號，還有1個(gè)輸入信號是抓緊貨物時(shí)的壓力繼電器，最后4個(gè)輸入信號點(diǎn)是轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；輸出信號分別是5個(gè)輸出點(diǎn)控制液壓缸動(dòng)作，3個(gè)輸出信號控制電機(jī)運(yùn)行。

3.3 機(jī)械手應(yīng)用PLC的優(yōu)點(diǎn)

在設(shè)計(jì)機(jī)械手的過程中，利用PLC可以提高控制系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)，機(jī)械手的體積更小，能有效擴(kuò)大機(jī)械手的使用范圍和環(huán)境，增加使用機(jī)械手的機(jī)會(huì)。另外，還能使機(jī)械手運(yùn)行的更加精準(zhǔn)，工作效率更高。將機(jī)械手與PLC結(jié)合起來，不僅能提高其自動(dòng)化程度，還能大大發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

隨著可編程控制器的不斷發(fā)展和完善，PLC控制被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化過程中，充分發(fā)揮了其自動(dòng)化作用。在PLC不斷進(jìn)步的同時(shí)，機(jī)械手自身也在不斷改進(jìn)和完善，其動(dòng)作更加精準(zhǔn)，工作效率更高。在此過程中，相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)者也充分認(rèn)識到了PLC所起的巨大作用，從而將其充分展現(xiàn)在了機(jī)械手的設(shè)計(jì)過程中。

參考文獻(xiàn)

[1]廖常處.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]郭劍暉.機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌大學(xué)，2012.

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

〔編輯：白潔〕