基于PLC的工業機械手的自動化控制

沈橋

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

關鍵詞：PLC;工業機械手;自動化控制

一、引言

PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境而設計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類機械的生產過程。PLC能直接應用于工業環境，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。這也是區別于一般的微機控制系統的一個重要特征。它是“數字運算操作的電子系統”，也是一種計算機。它是“專為在工業環境下應用而設計的”工業計算機。這種工業計算機采用“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、計數和算術運算等操作，它還具有“數字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業控制系統連成一體”，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、數字技術和通信網絡技術發展起來的一種通用工業自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業環境、操作方便、可靠性高，成為現代工業控制的三大支柱（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的基本裝置。

工業機械手是實現機械化和自動化有機結合的一種新型裝置設備。機械手一般由執行、驅動和控制系統等組成，可完成移動、抓取等動作[1]。工業機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械手的研制和生產以及使用已經成為高新技術領域迅速發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， 執行邏輯運算， 順序控制， 定時， 計數與算術操作等面向用戶的指令， 并通過數字或模擬信號的輸入/輸出控制各類機械和生產設備。

PLC系統設計簡單，維護方便，已越來越多的在工業機械手的控制系統中得到應用。采用PLC來控制工業機械手實現各種預定的動作軌跡，使得工業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、提高生產效率以及產品加工的質量。

二、PLC在工業機械手自動化控制中的優勢

1.良好的輸入/輸出接口和模塊化結構

工業機械手高度自動化的實現是以PLC系統良好的輸入/輸出接口為基礎的，在工業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工作效率。要實現工業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、電位不同的工業現場信號，從而達到整體控制效果，實現工業機械手控制的自動化。

為了更好地滿足工業控制需要，在PLC系統技術發展過程中，小型的 PLC 系統逐漸被整合，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 系統中，PLC的各個結構部分將被按功能區分開，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，還可以根據不同控制系統的需求，對PLC功能模塊進行調節，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

高度自動化的工業機械手運行的穩定性是以PLC的高可靠性為基礎的。PLC 是一種可以實現邏輯控制的高可靠系統，主要性能表現： 有性能優良的開關電源，實現良好的通斷操作;能實現自我診斷，當被控制的工業機械手出現故障時，系統可以根據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，在工業機械手運行過程中，通過 PLC 可以實現對機械手的運行進行控制，提高工業機械手運行效率和準確性;抗干擾、屏蔽能力強，提高了系統運行的可靠性和穩定性。

根據工業機械手工作環境的多樣性和工作要求的復雜性，PLC系統控制的可編程性就符合這種柔性化的控制需求。對于工業機械手，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 系統的編程較簡單，不需要有特別專業化的計算機知識，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的編程工作，對系統進行編程。

3.安裝簡單，維修方便

工業機械手運行的靈活性依賴于PLC控制的靈活性，PLC可以在工業環境下直接安裝并操作，打破了傳統的控制系統需要專門的控制室這一限制。PLC 控制工業機械手，具體是將PLC相應的輸入/輸出端口與工業機械手相關接口直接進行連接，然后對工業機械手的運行軌跡進行具體的控制，使得工業機械手的控制使用變得更加方便快捷，而且在各個控制環節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測，一旦運行過程中出現任何問題，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的故障處理水平，使得維修更加方便。

三、PLC在工業機械手自動化控制中的探討

1.順序控制中的PLC應用

在實際工業控制現場，工業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，控制環節表現為邏輯順序控制。之所以在工業機械手控制應用中選擇PLC系統，是因為邏輯順序控制是PLC控制的突出功能。在具體的工業機械手控制應用中，現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，并且在某些環節可以直接將控制系統當作工業機械手控制器使用。工業機械手的順序動作要靠PLC的順序控制功能，通過對工業機械手各個運行步驟的緊密結合實現高效率工作。具備PLC順序控制功能的工業機械手，極大地優化了工業生產的效率、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工業機械手運動狀態的高效、準確切換，可以有效避免傳統控制系統中人為控制的差錯。這可以極大滿足工業機械手自動化控制的需要，傳統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自動化技術的發展。

3.PLC應用的故障分析

由于工業機械手運行工作環境的多樣化、復雜化，它在運行過程中難免會發生一些故障問題，當故障發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。工業機械手控制系統的緊急控制按鈕，可以通過 PLC 中軟繼電器把信息傳到系統，軟繼電器會在接到指令的同時做出對應措施，制止工業機械手再次運轉，從而避免工業機械手造成連續損壞。另外，在工業機械手的控制功能方面，PLC 技術在工業機械手自動控制的應用，有利于對工業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機械手的順利運行提供保障;當發現工業機械手電氣控制系統中有異常時，實現及時報警功能等。

四、結語

由于 PLC 具有可靠性高、穩定性強、靈活性好等優點，使得基于 PLC 的工業機械手控制技術得到快速發展。在高溫、高壓、粉塵和放射性場所，工業機械手的應用十分廣泛，而PLC 的應用進一步提高了工業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。

參考文獻

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

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

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

三峽大學科技學院? 湖北? 宜昌? 443002