基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張清郁（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州　451191）

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基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張清郁
（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南鄭州451191）

摘要：機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程以變動(dòng)的多功能機(jī)器，在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中占據(jù)著重要位置。驅(qū)動(dòng)方式可以液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)，也可以是電氣控制等方法。隨著傳感器技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)發(fā)展較快，其中氣動(dòng)技術(shù)以經(jīng)濟(jì)、廉價(jià)、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，而成為研究熱點(diǎn)之一。

關(guān)鍵詞：PLC；機(jī)械手；氣動(dòng)技術(shù)

隨著社會(huì)與科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備越來(lái)越廣泛應(yīng)用，其中機(jī)械手的誕生就是基于生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，是現(xiàn)代生產(chǎn)與科技應(yīng)用相結(jié)合形成的一個(gè)重要技術(shù)。氣動(dòng)機(jī)械手以其取之不盡、用之不完的氣源，及較低地生產(chǎn)成本受用戶喜愛(ài)，各國(guó)對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的研究越來(lái)越重視，現(xiàn)已發(fā)展成為滿足生產(chǎn)需要的一種重要的實(shí)用技術(shù)。

1　相關(guān)技術(shù)概況

（1）氣動(dòng)技術(shù)。氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量與信號(hào)傳遞的，是實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)過(guò)程和自動(dòng)控制的一門技術(shù)。近二十年來(lái)氣動(dòng)技術(shù)以節(jié)能、高效、成本低廉、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)發(fā)展比較快，在機(jī)械工業(yè)、輕工業(yè)、化工、冶金、電子工業(yè)等均廣泛應(yīng)用。氣動(dòng)元件主要向著電氣一體化、小型化、復(fù)合集成化、高速度和高出力方向發(fā)展，在促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展中起到了極為重要的作用。

（2）PLC技術(shù)。PLC中采用與繼電接觸器相似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言。其各組成運(yùn)算、處理的存儲(chǔ)單位均稱為繼電器。在工藝發(fā)生變化時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)、布線、裝配與調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)主要指以生產(chǎn)工藝要求和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與PLC編程元件的對(duì)照表為依據(jù)，根據(jù)程序設(shè)計(jì)思想，繪出流程圖，然后以編程指令為基礎(chǔ)，畫出程序梯形圖，編寫程序注釋。

（3）機(jī)械手技術(shù)。機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按照給定程序、軌跡和要求來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)的機(jī)械自動(dòng)化控制裝置。隨著科技進(jìn)步，自動(dòng)化領(lǐng)域使用機(jī)械手越來(lái)越廣泛，最近幾年我國(guó)機(jī)械手每年增加數(shù)量較大，基于氣動(dòng)技術(shù)控制系統(tǒng)中以壓縮空氣為能源，取之不盡、用之不絕。具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、反應(yīng)靈敏、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，特別是沒(méi)有污染，易于控制非常符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向，目前在食品包裝、醫(yī)藥傳輸?shù)染休^多應(yīng)用。

2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

Gx-Developer8編程軟件為用戶提供了程序錄入、編輯、監(jiān)控等手段，與手持式編程器相比，其功能強(qiáng)大、使用方便，編程電纜的價(jià)格比手持式編程器便宜很多。Gx-Developer8編程軟件的主要功能有：①可通過(guò)梯形圖符號(hào)、指令語(yǔ)言及SFC符號(hào)來(lái)創(chuàng)建程序，程序中可加入中、英文注釋，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。②能夠監(jiān)控PLC運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化等情況，還有程序、監(jiān)控結(jié)果的打印功能。③通過(guò)串行口通信，可將用戶程序和數(shù)據(jù)寄存器中的值下載到PLC，可以讀出未設(shè)置口令的PLC中的用戶程序，或檢查計(jì)算機(jī)和PLC中的用戶程序是否相同。

3　系統(tǒng)測(cè)試PLC程序輸入與仿真調(diào)試

（1）PLC程序的規(guī)則。①觸點(diǎn)之間應(yīng)緊密相連，否則轉(zhuǎn)換后也會(huì)自動(dòng)緊密相連。②垂直線段應(yīng)與觸點(diǎn)緊密相連，否則程序可能無(wú)響應(yīng)或者報(bào)錯(cuò)。③輸入元件標(biāo)號(hào)，注意不要將數(shù)字0誤為字母O。④輸入定時(shí)器、計(jì)數(shù)器線圈，切記輸入?yún)?shù)，而且標(biāo)號(hào)和參數(shù)之間須留有空格。⑤指令和操作數(shù)之間需留有空格。⑥梯形圖中的交叉線即為連接線，這點(diǎn)與電路圖不同。

（2）測(cè)試系統(tǒng)的總體原則。①安全可靠原則。調(diào)試環(huán)節(jié)是設(shè)備投入運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系設(shè)備運(yùn)行性能和設(shè)計(jì)制造團(tuán)隊(duì)的專業(yè)水準(zhǔn)。接線完全按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)施工，保證可靠接地，既安全可靠又抑制干擾；網(wǎng)絡(luò)斷開時(shí)能保證設(shè)備正常調(diào)試、工作。②方便操作和維修原則。在設(shè)備整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中要結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)與綠色制造理念的要求，要求環(huán)保、外形美觀，充分滿足人體結(jié)構(gòu)與視覺(jué)特征需求。人機(jī)界面盡可能美觀、視覺(jué)效果好。設(shè)計(jì)人員充分考慮安裝調(diào)試人員的文化層次與技術(shù)掌握層次要求，盡可能簡(jiǎn)單。③先進(jìn)性原則。設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮現(xiàn)代電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、通風(fēng)散熱條件、線路布局合理。利用現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)思想，模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)以滿足系統(tǒng)擴(kuò)展性能要求。現(xiàn)代設(shè)計(jì)要考慮遠(yuǎn)程控制問(wèn)題，方便客戶與企業(yè)之間的聯(lián)系，以提高工作效率。

4　設(shè)計(jì)成果

在PLC廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)前，一般的機(jī)床控制及自動(dòng)化設(shè)備中采用的繼電接觸器控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)中觸點(diǎn)較多，可靠性不是太高，成本也不低。隨著PLC控制器的廣泛采用，利用PLC進(jìn)行電氣改造的項(xiàng)目越來(lái)越多，在自動(dòng)化領(lǐng)域顯示了強(qiáng)大的生命力。采用PLC技術(shù)來(lái)進(jìn)行各種工業(yè)機(jī)械手模型運(yùn)行的一系列控制，其控制系統(tǒng)采用的大部分是將繼電接觸器系統(tǒng)的“硬件接線”更為用“軟接線”方法的程序控制，使得系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，同時(shí)大大提高了系統(tǒng)可靠性和靈活性，降低了近40%成本。文章研究過(guò)程中采用手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種控制方式，利用光電開關(guān)作為檢測(cè)裝置，對(duì)各氣缸運(yùn)行到位情況檢測(cè)，形成利用傳感器、氣動(dòng)、機(jī)械、PLC等形成的智能化控制裝置。使筆者對(duì)文章研究工作有了更全面的訓(xùn)練，更加清楚接到項(xiàng)目后如何利用現(xiàn)有條件與創(chuàng)造條件完成的思路，將理論知識(shí)與工程項(xiàng)目結(jié)合的實(shí)現(xiàn)路線。當(dāng)然，機(jī)械手模型系統(tǒng)的信號(hào)輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，工作方式采用程序方式，其編程多樣性等需要掌握，所以對(duì)技術(shù)人員的水平相對(duì)提高且要求有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

5　結(jié)語(yǔ)

基于PLC的氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序測(cè)試部分，對(duì)設(shè)備出廠功能保證提供了較強(qiáng)有力的技術(shù)支持，在保證設(shè)備完好、提高檢測(cè)設(shè)備的速度、可視性方面有較大好處，特別是給客戶提供了一個(gè)較為直觀的窗口了解設(shè)備的工作原理、運(yùn)行狀態(tài)、可靠性程度等。總體上有設(shè)計(jì)上可操作性更好，檢測(cè)手段以保證設(shè)備更加可靠；人機(jī)界面要更加友好，給客戶帶來(lái)更加方便操作。測(cè)試時(shí)要求更加容易掌握其要領(lǐng)，更加容易讓新技術(shù)員掌握。掌握對(duì)此類工程項(xiàng)目程序仿真調(diào)試、聯(lián)機(jī)調(diào)試的方法與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，對(duì)以后參加類似的工程項(xiàng)目將取到觸類旁通的作用。

參考文獻(xiàn)

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［2］王曉暉.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2002，24（9）：70-72.

Pneumatic Manipulator Control System Designbased on PLC

ZHANG Qing-yu
（Henan Industrial Trade Vocational College，Zhengzhou，Henan 451191，China）

Abstract:Manipulatorisa kindofmultifunctionalmachinewhichisautomaticallypositioning controlled and reprogrammable. It takes the significant position in the field of industrial automated manufacture.With the development of technology of transducer，pneumatic and computer，controlling technology based on the technology of computer develops quickly，among which，because of the advantages of economic，cheap and flexible，pneumatic technology becomes the focus of the study.

Key words:PLC；Manipulator；Pneumatic technology

中圖分類號(hào)：TP241

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0083-02

收稿日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：張清郁（1981-），男，河南信陽(yáng)人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化教學(xué)。