基于PLC的工業(yè)機械手的自動化控制

沈橋

摘 要：隨著工業(yè)控制系統(tǒng)自動化的不斷發(fā)展，PLC 技術被廣泛應用到工業(yè)機械手控制系統(tǒng)中。PIC技術在工業(yè)機械手控制中的應用，極大地提升了工業(yè)機械手的工作質量和效率。文章對工業(yè)機械手做了簡單闡述，并對基于 PLC 的工業(yè)械手自動化控制進行了探討。

關鍵詞：PLC;工業(yè)機械手;自動化控制

一、引言

PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類機械的生產(chǎn)過程。PLC能直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具備很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別于一般的微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。它是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，也是一種計算機。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編寫方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”，易于“擴充”。

PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、編程裝置和電源組成。有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成用戶某些特殊的功能任務。PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后PLC要反復不停地分段處理各種不同的任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。

PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通信網(wǎng)絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技術代表著當前程序控制的先進水平，PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。

工業(yè)機械手是實現(xiàn)機械化和自動化有機結合的一種新型裝置設備。機械手一般由執(zhí)行、驅動和控制系統(tǒng)等組成，可完成移動、抓取等動作[1]。工業(yè)機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械手的研制和生產(chǎn)以及使用已經(jīng)成為高新技術領域迅速發(fā)展崛起的一門新興技術。與此同時，PLC（可編程邏輯控制器）用可編程的存儲器， 通過內部存儲程序， 執(zhí)行邏輯運算， 順序控制， 定時， 計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令， 并通過數(shù)字或模擬信號的輸入/輸出控制各類機械和生產(chǎn)設備。

PLC系統(tǒng)設計簡單，維護方便，已越來越多的在工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)中得到應用。采用PLC來控制工業(yè)機械手實現(xiàn)各種預定的動作軌跡，使得工業(yè)機械手的自動化控制水平更高，它的運行能不斷地代替工人來完成重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，可以減輕工人的勞動強度、提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品加工的質量。

二、PLC在工業(yè)機械手自動化控制中的優(yōu)勢

1.良好的輸入/輸出接口和模塊化結構

工業(yè)機械手高度自動化的實現(xiàn)是以PLC系統(tǒng)良好的輸入/輸出接口為基礎的，在工業(yè)機械手運行控制使用過程中，輸入/輸出接口連接的快速響應，可以為工業(yè)機械手的精準動作運行和快速反應提供極大便利，進而大幅度提高生產(chǎn)工作效率。要實現(xiàn)工業(yè)機器人基本控制功能的提升，PIC技術就要滿足一定的接口性能[2]。PLC 技術運用與工業(yè)機械手控制過程相適應的輸入/輸出模塊，可以處理強弱、電位不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，從而達到整體控制效果，實現(xiàn)工業(yè)機械手控制的自動化。

為了更好地滿足工業(yè)控制需要，在PLC系統(tǒng)技術發(fā)展過程中，小型的 PLC 系統(tǒng)逐漸被整合，進而轉化為功能更加強大的模塊化結構。在模塊化結構設計的PLC 系統(tǒng)中，PLC的各個結構部分將被按功能區(qū)分開，例如中央處理器模塊、輸入/輸出模塊和存儲器模塊等，采用模塊化設計各個結構部分，然后模塊連接起來形成一個全新的系統(tǒng)，還可以根據(jù)不同控制系統(tǒng)的需求，對PLC功能模塊進行調節(jié)，最終達到所需要的自動化控制的目標。

2.可靠性高，編程簡單易學

高度自動化的工業(yè)機械手運行的穩(wěn)定性是以PLC的高可靠性為基礎的。PLC 是一種可以實現(xiàn)邏輯控制的高可靠系統(tǒng)，主要性能表現(xiàn)： 有性能優(yōu)良的開關電源，實現(xiàn)良好的通斷操作;能實現(xiàn)自我診斷，當被控制的工業(yè)機械手出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以根據(jù)自我診斷找到故障位置;可以對機械手運動軌跡進行嚴格控制，在工業(yè)機械手運行過程中，通過 PLC 可以實現(xiàn)對機械手的運行進行控制，提高工業(yè)機械手運行效率和準確性;抗干擾、屏蔽能力強，提高了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

根據(jù)工業(yè)機械手工作環(huán)境的多樣性和工作要求的復雜性，PLC系統(tǒng)控制的可編程性就符合這種柔性化的控制需求。對于工業(yè)機械手，程序編寫設計主要包括手動程序設計， 停止、急停、復位、報警等程序設計和自動運行程序設計[3]。基于PLC 系統(tǒng)的編程較簡單，不需要有特別專業(yè)化的計算機知識，只需要懂得一些基本的電氣控制知識，很多工程人員就可以完成系統(tǒng)的編程工作，對系統(tǒng)進行編程。

3.安裝簡單，維修方便

工業(yè)機械手運行的靈活性依賴于PLC控制的靈活性，PLC可以在工業(yè)環(huán)境下直接安裝并操作，打破了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)需要專門的控制室這一限制。PLC 控制工業(yè)機械手，具體是將PLC相應的輸入/輸出端口與工業(yè)機械手相關接口直接進行連接，然后對工業(yè)機械手的運行軌跡進行具體的控制，使得工業(yè)機械手的控制使用變得更加方便快捷，而且在各個控制環(huán)節(jié)都可以安裝相應的運行按鈕和故障顯示燈或者蜂鳴報警器，對運行情況進行實時監(jiān)測，一旦運行過程中出現(xiàn)任何問題，都可以及時停止運行，查找并排除故障，因此提高了整個運行系統(tǒng)的故障處理水平，使得維修更加方便。

三、PLC在工業(yè)機械手自動化控制中的探討

1.順序控制中的PLC應用

在實際工業(yè)控制現(xiàn)場，工業(yè)機械手的主要工作是要完成上升下降、前后左右移動和夾緊放松等動作，控制環(huán)節(jié)表現(xiàn)為邏輯順序控制。之所以在工業(yè)機械手控制應用中選擇PLC系統(tǒng)，是因為邏輯順序控制是PLC控制的突出功能。在具體的工業(yè)機械手控制應用中，現(xiàn)場操作控制人員運用PLC技術對機械手的運動控制流程進行程序設計，并且在某些環(huán)節(jié)可以直接將控制系統(tǒng)當作工業(yè)機械手控制器使用。工業(yè)機械手的順序動作要靠PLC的順序控制功能，通過對工業(yè)機械手各個運行步驟的緊密結合實現(xiàn)高效率工作。具備PLC順序控制功能的工業(yè)機械手，極大地優(yōu)化了工業(yè)生產(chǎn)的效率、質量和成本。

2.開關量控制中的PLC應用

開關量控制是PLC技術應用的一大功能特征，這一控制功能能夠實現(xiàn)工業(yè)機械手運動狀態(tài)的高效、準確切換，可以有效避免傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中人為控制的差錯。這可以極大滿足工業(yè)機械手自動化控制的需要，傳統(tǒng)的控制方法也將會被革新，PLC應用中的開關量的智能控制應用也將會進一步推進我國工業(yè)自動化技術的發(fā)展。

3.PLC應用的故障分析

由于工業(yè)機械手運行工作環(huán)境的多樣化、復雜化，它在運行過程中難免會發(fā)生一些故障問題，當故障發(fā)生時需要及時作出應對解決措施，最大限度地減少或避免造成人員以及機械設備的損傷。工業(yè)機械手控制系統(tǒng)的緊急控制按鈕，可以通過 PLC 中軟繼電器把信息傳到系統(tǒng)，軟繼電器會在接到指令的同時做出對應措施，制止工業(yè)機械手再次運轉，從而避免工業(yè)機械手造成連續(xù)損壞。另外，在工業(yè)機械手的控制功能方面，PLC 技術在工業(yè)機械手自動控制的應用，有利于對工業(yè)機械手手臂側進行控制，特別是傳達信號時，可以利用 PLC 技術把開關信號及時傳入可編程控制器，進行分析和讀取工作;通過控制面板為工業(yè)機械手的順利運行提供保障;當發(fā)現(xiàn)工業(yè)機械手電氣控制系統(tǒng)中有異常時，實現(xiàn)及時報警功能等。

四、結語

由于 PLC 具有可靠性高、穩(wěn)定性強、靈活性好等優(yōu)點，使得基于 PLC 的工業(yè)機械手控制技術得到快速發(fā)展。在高溫、高壓、粉塵和放射性場所，工業(yè)機械手的應用十分廣泛，而PLC 的應用進一步提高了工業(yè)機械手的自動化控制應用水平，例如對程序進行啟動、停止，對機械手的上下、前后、左右以及抓取運動進行控制，對抓取過程中的各種故障進行自動診斷和處理等，都可以通過 PLC 技術的應用得以實現(xiàn)。

參考文獻

[1]李婷婷.PLC在機械手自動控制系統(tǒng)中的應用[J].現(xiàn)代制造技術與裝備， 2017 （10）：163-164.

[2]朱玉坤.PLC技術在工業(yè)機器人中的應用[J].山東工業(yè)技術，2019（5）：174.

[3]李曉波，崔琪.基于PLC的工業(yè)取料機械手控制系統(tǒng)設計[J].機械制造與自動化， 2007 （4）：119-120;123.

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