淺談基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)的設計

簡智敏

（漳州職業(yè)技術學院, 363000）

淺談基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)的設計

簡智敏

（漳州職業(yè)技術學院, 363000）

氣動機械手具有成本低、控制方便和機構簡單等特點，為了確保自動化設備能夠滿足實際工作的需要，需要確保工作程序的合理性，充分發(fā)揮自動化生產(chǎn)設備的應用效果，確保PLC氣動機械手控制系統(tǒng)的合理性。

PLC；氣動機械手；控制系統(tǒng)；回路設計

0 前言

機械手在自動化和機械化生產(chǎn)過程中具有良好的發(fā)展效果，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領域中。隨著科學技術的發(fā)展，機械手取得了良好的發(fā)展效果，促進了自動化和機械化的有機結合，有效的防止對空氣造成的污染，使自動化控制更具便捷性，對提高系統(tǒng)運動的實用性和穩(wěn)定性具有重要作用。

1 氣動機械手結構及工作原理

1.1 氣動機械手結構設計

機械手機械設備是模擬人手動作的一項重要機械設備，在進行結構設計時，需要合理編制程序和操作指令，來實現(xiàn)氣動機械手自動抓取和搬運等動作的實現(xiàn)，強化自動化控制效果。同時，在設計過程中，還需要將相關的電子器件及氣動機械手融入到結構設計方案中來。系統(tǒng)結構的內容主要包括定位開關、支架及汽缸等部件，在對控制系統(tǒng)進行設計時，需要采用標準模塊化設計方法，確保設計內容的合理性，將氣動裝置和PLC控制系統(tǒng)納入到氣動機械手結構設計中來，充分發(fā)揮兩者的重要作用。同時，還需要充分發(fā)揮傳感器在氣動機械手結構設計中的重要作用，將傳感器作為重要的反饋和檢測系統(tǒng)，作為主要的檢測元件來使用，充分運用氣動裝置中的電磁閥來為PLC提供信號裝置，將PLC作為主要的控制器，實現(xiàn)對整個機械過程的有效控制，確保機械手具備旋轉、上升和下降等動作，能夠滿足氣動機械手結構要求。

機械手在實際的運行過程中，需要借助1個旋轉動作和2個直線運動來實現(xiàn)，進而完成物品的搬運任務。旋轉工作的主要內容包括擺動汽缸、擺動臂及擺動位置等，旋轉工作的有效開展需要在各個部件的相互協(xié)作下開展，將工作行程設置為0°-180°之間。而升降運動在實際的運行過程中與升降汽缸、導軌和垂直導柱等部件的共同作用有直接關系，通過共同作用，確保各項工作的有效完成。需要將工作行程設置為0-150cm，手部在工作中具有重要作用，需要在彈簧和汽缸的共同作用下完成挾持工件操作，要想實現(xiàn)對夾持力度的調節(jié)，需要通過彈簧預壓縮量來實現(xiàn)。機械手在實際的工作中，要明確機械手的主要任務，將工件合格與否搬運到不同的分支流水線上。

1.2 氣動機械手工作原理

氣動機械手由手臂及基座組成，其中手臂的主要作用是能夠在基座上進行上下直線運動，可以結合自己的需要對手部進行夾緊和放松。而基座的主要作用是完成手臂的回轉和支撐作用。氣動機械手在實際的應用過程中，通過實際需要設置不同類型的氣缸驅動，通過運用PLC對電磁閥的閥芯位置進行更改，對空氣流通的方向進行控制，從而完成機械手的不同動作。機械手在工作中的主要功能包括：放松功能、夾緊功能、左右旋轉和上升下降功能。

2 PLC控制系統(tǒng)設計

在對氣動機械手進行設計時，將氣動機械手的壓力介于0.6MPa-1.0MPa之間，需要運用一個旋轉運動及2個直線運動確保物品能夠順利完成搬運任務，將工作行程設置為0°到180°，升降運動需要在滑動導柱、垂直導柱及升降氣缸的作用下完成，將工作行程設置為0-150cm。手部工作需要借助彈簧及氣缸來完成。

2.1 PLC控制系統(tǒng)總體設計。PLC在實際的運行過程中會涉及到大量物理量輸入和輸出形式，有助于獲取較多的數(shù)據(jù)信息，在實際的運行過程中主要包括輸入處理、執(zhí)行程序和輸出處理等3個階段的內容，掃描周期的長短直接影響控制速度。在PLC開始執(zhí)行運行工作之后，需要運用掃描的形式，對輸入和輸出的數(shù)據(jù)進行讀取，并將讀取到的內容存儲到相對應的內部寄存器中，有助于確保寄存器中狀態(tài)和數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。當掃描工作結束后，需要對PLC中的數(shù)據(jù)進行輸出處理，并對寄存器中的數(shù)據(jù)及狀態(tài)進行更新，將數(shù)據(jù)上傳到相對應的I/O口上，做好驅動外設的輸出工作。系統(tǒng)設計主要采用主站加從站的分布式控制模式，對強化兩個站之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)對各單元數(shù)據(jù)的有效控制具有重要作用,方便人機交互。

2.2 氣動控制回路設計。氣動控制回路設計，按照系統(tǒng)的邏輯控制來實現(xiàn)，充分利用PLC優(yōu)勢來對換向閥進行自動化控制。在對氣動控制回路進行設計時，通常采用雙向調速回路方法，回路主要由升、降、伸、縮、放松、旋轉和抓緊組成。而為了確保氣動回路設計取得良好的應用效果，需要運用PLC來控制換向閥，實現(xiàn)自動換向，對節(jié)流閥節(jié)流口流量進行調節(jié)，對汽缸的運動速度進行控制。

2.3 I/O端口的分配。PLC控制程序質量的好壞直接影響系統(tǒng)的運行。在進行控制程序設計時，需要運用模塊化設計思想，將控制程序分為手動程序、公用程序和自動程序三種。通過對機械手的工作狀態(tài)進行了解可知，在進行信息操作時，需要11個輸入量及8個輸出量。在西門子S7-200系列的 AC/DC/RLY型PLC中，具有16點輸出和24點輸出，I/O點數(shù)為40，共有7個擴展模塊，共可輸入和輸出248個點。其中，XO-X7中的主要功能按鈕有運動、連續(xù)、停止和氣動等。在X20-X27中，有夾緊、提升、縮回、右轉和伸出等按鈕。在Y1-Y7中有縮回、伸出、右轉、左轉等功能按鈕。X0或X2在接通后，能夠自動跳轉到手動程序中。當X0或X2斷開后，X3或X4會接通并跳至自動程序中。

2.4 PLC通訊實現(xiàn)。通訊控制系統(tǒng)是氣動機械手控制系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)的實現(xiàn)方式主要包括以太網(wǎng)、DP和MPI三種形式，觸摸屏接口可以選擇以太網(wǎng)接口和IFBI接口，需要使用IFBI通過DP、MPI通訊接口，以太網(wǎng)接口主要為以太網(wǎng)通訊提供通道。

3 結論

氣動機械手在實際的使用過程中具有易于控制、成本低和結構簡單化特點，在對高低溫箱進行控制時，主要是采用PLC控制氣動機械手，將準備進行高低溫補償?shù)淖兯推鞣旁诠の豢蚣苌希_保高低溫補償系統(tǒng)框架的合理建立。需要確保氣動原理制定和氣動元件選擇的合理性，通過對多位置汽缸的合理運用，強化了每層各工位間操作的合理性，提高氣動機械手生產(chǎn)速度，減輕了工作人員的勞動強度。

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[2]袁清珂,趙沖,林立仁.基于PLC氣動式機械手控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J].儀表技術與傳感器,2015,11:59-61.

[3]胡志剛.基于S7-200 PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計[J].機械工程師,2014,03:120-121.

The design of pneumatic manipulator control system based on PLC

Jian Zhimin
（zhangzhou institute of technology,363000）

The pneumatic manipulator has the advantages of low cost, convenient control and simple structure characteristics,in order to ensure the automation equipment to meet the needs of actual work,the need to ensure the rationality of working procedures,give full play to the application effect of automated production equipment,to ensure the rationality of PLC pneumatic manipulator control system.

PLC;pneumatic manipulator;control system;circuit design