基于PLC機械手控制系統設計

【摘要】機械手是自動控制領域中一項重要而且較新的技術，引入PLC控制技術，是現代控制理論與工業生產自動化實踐結合的精華。它可以代替人類在各種惡劣的條件下工作，而且它能提高生產過程的自動化程度，提高產品質量和生產效率，因此得到廣泛的應用。本文主要研究在PLC控制下機械手完成上下左右以及抓取等活動。

【關鍵詞】PLC；機械手；步進電機

1.引言

機械手按用途可分為通用機械手和專用機械手兩種，本文研究的PLC機械手屬于通用機械手，它的控制系統獨立，可改變程序、動作靈活多樣。通過PLC控制的機械手具有較大的工作范圍、較高的定位精度和很強的通用性，可在多種嚴酷條件下工作。

2.PLC機械手控制系統設計方案

對PLC機械手的要求是能準確、快速地搬運和拾放物件，這就要求它們具有精度高、反應快、承載能力強、工作空間充足和靈活的自由度以及在任意位置都能自動定位等特性。

首先，PLC是可編輯控制器的簡稱，它是一種以微機處理器為核心的工業通用自動控制裝置。它的主要功能有：多種控制功能；數據采集、存儲與處理功能；通信聯網功能；輸入輸出接口調理功能；人機界面功能；編程、調試功能。本文選用PLC作為機械手的控制系統，是因為PLC體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡單、維修容易、易于擴展等特點，可以根據現場要求實現機械手的不同工作要求。機械手采用PLC控制技術，可以大大提高該系統的自動化程序，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件連線，提高了控制系統的可靠性。同時，PLC控制系統可方便地更改生產流程，增強控制功能。

其次，選擇步進電機和傳感器。控制機械手縱軸和橫軸的步進電機選用的是42BYG250C型兩相混合式步進電機，參數為步距角0.9o～1.8o，電流為1.5A。選用SH-20403型步進電機驅動器，它采用10～40V直流供電，H橋雙極恒相電流驅動，8種輸出電流可選，最大為3A。輸入信號光電隔離，標準單脈沖接口，有脫機保持功能，有可適應惡劣工況環境的半密閉式機殼，提供自動半電流方式，實現節能功能。它具有較高的電機高速力矩，并通過驅動器面板上六位撥碼開關的第5、6、7三位可組合出8種狀態。本文采用的傳感器有接近開關和行程開關。氣夾和基座采用接近開關，它有三根接線，藍色接電源負極、棕色接電源正極、黑色接輸出。當物體與檔塊接近時，輸出低電平，反之為高電平；機械手的升降、伸縮采用行程開關，用來限制物體位置，而且可以通過改變行程開關的位置，來調節機械手的運動范圍，當物體碰到行程開關時，常開觸點閉合，結束此次動作。

最后，PLC機械手工作時，首先檢測工件的材料特性和結構形狀，定位工件，以及抓取、搬運工件時的尺寸、受力特性和質量參數等，進而再確定對PLC機械手的結構及運行控制的要求。

3.機械手工作過程及工作參數

PLC機械手的工作任務是將X處的工件傳送到Y處。根據客觀情況，PLC機械手的主要工作過程為：機械手下降，機械手抓緊工件，機械手帶動工件上升，機械手與工件右移，機械手與工件下降，機械手放開工件，機械手上升，機械手左移。上，下，左，右限位開關的通斷通過控制器進行檢測，經過處理后，輸出當前動作控制指令，再通過驅動系統輸出，控制機械手動作。這里采用兩位數碼管顯示出搬運工件的數量。

機械手的主要參數有：最大抓取重量：1000g；4個自由度；圓柱型坐；最大伸縮量：100mm；伸縮速度：40mm/s；最大升降量：150mm；升隆速度：100mm/s；旋轉范圍：0o～180o；旋轉速度：90o/s；手腕旋轉范圍：0o～180o；手腕旋轉速度：90o/s；夾持尺寸：10～40mm；定位方式：行程開關；定位精準度：±1mm；程序控制方式：PLC點位程序控制。

當機械手處于原點時，壓下上限位開關和左限位開關，原點指示燈亮。此時，按下起動按鈕，下降電磁閥得電，機械手下降。下降到底碰到下限位開關時，輸入繼電接通，下降停。然后夾緊電磁閥得電，機械手夾緊工件。上升電磁閥得電，機械手上升，上升到頂碰到上限位開關時，輸入繼電接通，上升停，同時右移電磁閥得電，機械手右移。最后，右移到位碰到右限位開關時，右移，機械手下降放開工件。

4.系統調試

由于機械手常工作在條件、電磁干擾強的環境，為了保證系統的正常、可靠、安全運行，做出如下調試：接線一般不超過30m，輸入、輸出線分開，并串聯二極管防止信號干擾。在供電回路中引入隔離變壓器、晶體管開關電源、穩壓器等來進行抗干擾。接地采用直接接地方式，避免偶然發生的電壓沖擊對設置的傷害。調試過程：首先在電腦上打開STEP-7-Micro/WIN編程軟件，將編輯的梯形圖寫入軟件中，然后點擊運行，觀察程序有無錯誤，對存在的錯誤進行修改，然后將修改完最終運行無誤后的程序下載到可編程控制儀器中；其次根據設計的要求和電路圖正確接線，檢查無誤后通電，按下啟動按鈕。

5.總結

對于機械手控制技術來說，PLC控制技術是機械手得到廣泛應用的重要原因之一，基于PLC機械手控制技術不但大大提高了機械手自動化程度，還減少了大量繼電器的使用和連線，提高了控制系統的可靠性，同時，使用PLC進行控制可方便更改相關參數，增強控制功能。基于PLC機械手控制技術是一項復合型、應用型的復雜技術，本文研究的機械手控制系統與專業的機械手控制之間還有很大的差距，今后還需要不斷地改進和加強。

參考文獻

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[2]陳志權.基于PLC氣動機械手的控制系統[J].自動測量與控制，2004（3）：25.