材料搬運裝置的PIC控制系統設計

翟利軍

摘 要：隨著現代工業的發展，工業自動化正迅速普及各行業中，控制器的市場需求量也急劇上升，其中搬運器械的應用也廣泛普及，主要應用于機械加工、汽車、生產線、貨物裝卸等方面，能夠有效的節約能源并提高運輸、生產的效率，滿足經濟發展的客觀要求。PLC綜合了計算機、半導體、自動控制、通信網絡等各方技術，以微處理器為基礎成立發展而來的一種工業通用的自動控制裝置，并以其顯著的優勢活躍在冶金、交通、電力、化工等領域，成為了現代工業不可或缺的重要組成部分。文章就搬運機械手PLC控制系統設計過程中的一些關鍵問題談談自己的看法。

關鍵詞：搬運機械手；可編程控制器（PLC）；液壓；電磁閥

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0017-02

1 機械手的概況

機械手又名自動手，能夠模仿人的手臂的某些動作，完成抓取、搬運或使用工具等操作，代替人的勞動，讓生產自動化和機械化變為現實，在危險環境下運行以保護人的安全，因此廣泛應用于冶金、交通、電力、化工等方面。國內外機械工業、鐵路部門中機搬運械手主要應用于：熱加工、冷加工、拆修裝等方面，它可以增加生產自動化的程度，提高生產率；減少人力資源的浪費，降低生產的成本；改善工人的從業條件，避免在高溫、高壓、低溫、低壓、有毒或是有放射性物質存在環境下造成的人身事故；保證高速高效率的生產

機械手主要分為手部、運動機構和控制系統三個部分。其中，手部用以抓持物件，根據被抓持物件的情況，和操作要求可分為夾持型、托持型和吸附型等不同類型。運動機構是指是首部完成各種操作動作的部分，可以讓首部完成轉動、移動或者轉動一移動符合運動來實現操作目的。運動機構的升與降、伸與縮、旋轉等獨立運動方式，被稱為機械手的自由度。自由度是機械手的重要參數，自由度越大機械手的靈活度也就越大，但相應的結構也會越復雜。一般專用的機械手有2～3個自由度控制系統是機械手的“大腦”，通過對它的操作，可以使機械手按照操作者的意愿完成一些簡單或復雜的動作，在下面的篇幅中會詳細介紹。

2 PLC概況及在機械手中的應用

2.1 PLC

PLC全稱是可編程序控制器，是綜合了計算機、半導體、自動控制、通信網絡等各方技術，以微處理器為基礎成立發展而來的一種工業通用的自動控制裝置，并以其顯著的優勢活躍在冶金、交通、電力、化工等領域，成為了現代工業不可或缺的重要組成部分。

2.2 PLC的優勢

在PLC以前工業生產中的控制是由繼電器占主要地位，傳統的繼電器結構簡單，抑郁掌握，且價格便宜，在工業生產中應用廣泛。但其控制裝置不僅體積大、動作慢，而且耗能大、功能單一，組裝還很繁瑣，因此在PLC問世以后便迅速被取代。相較于傳統的繼電器控制，PLC具有其顯著的優勢包括以下幾點。

①可靠性高、抗干擾能力強。

PLC能夠在電磁干擾、機械振動、溫度變換等惡劣環境中穩定工作，其無故障時間間隔是一般微機所無法相比的。

②控制系統構成簡單、通用性強。

因為PLC是以軟件編程來實現其控制功能，所以當控制要求改變時，不需要改動硬件設備，只需替換相應軟件即可。

③編程簡單、使用、維護方便。

④組合方便、功能強、應用范圍廣。

PLC既控制開關量也可控制模擬量，技能用單片機控制也能用作組成多級控制系統，可以控制簡單的系統也能控制復雜的系統，因此有著廣泛的應用范圍。

⑤體積小、重量輕、功耗低。

PLC使用了半導體集成電路，因此尺寸小（也就是體積小）、量輕、耗能低。

2.3 PLC在機械手中的應用

機械手通常用作在高溫、高壓、低溫、低壓、有毒或是有放射性物質存在等不良環境下代替人的反復操作，從而避免了人身事故、節省人力資源。

而PLC因其可靠性高而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強，統構成簡單、通用性強，編程簡單、使用、維護方便，組合方便、功能強、應用廣，體積小、重量輕、功耗低等優點被廣泛應用于控制復雜動作的場合，比如機械手的控制。

3 搬運機械手PLC控制系統設計

3.1 PLC的內部原理

PLC本質上是一種用于工業控制的專業計算機，它的基本結構實際上和微機是一樣的，其基本的引薦結構，如圖1所示。

3.1.1 中央處理單元（CPU）

中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它根據PLC系統設定的功能接受從編程器輸入的數據并出巡它們，例如檢查電源、警戒定時器、存儲器的狀態等，并能檢查出用戶程序錯誤的語法。

運行PLC時，CPU會先以掃描的方式接受來自輸入裝置的各種狀態和數據，經過識別后分別存入UO映象區，然后再從程序儲存器中讀取用戶的程序，經過命令后按照預定的規則執行邏輯或算術運算等任務。

待運算結果出來以后傳入UO映象區或數據寄存器內，等執行完所有的用戶程序，最后將從寄存器輸出的數據或是從UO映象區輸出的各種狀態傳遞到相

應的輸出裝置，如此循環往復，直到停止運行。

3.1.2 存儲器

PLC與微型計算機一樣，除了硬件之外，還要有軟件，這才是完整的PLC。它的軟件包括系統軟件和應用軟件兩個部分系統程序儲存器是存放系統軟件的儲存器。

根據PLC的工作機理而言，它的儲存空間一般包括系統程序存儲區、系統RAM存儲區和用戶程序存儲區三個區域，其中統RAM存儲區又包含了UO映象區和系統軟設備等

3.1.3 PLC電源

PLC的電源是整個系統中十分重要的部分。無論是小型、中型還是大型的PLC，它們的電源的性能都是相同的，都是為PLC內部的所有構件提供一個穩定可靠的直流電源以保證它們的正常運作。

一般的交流電電壓波動在-10%～+10%之間，因此可以將其直接接入將PLC使用。PLC一般來說使用的是220V的交流電源，其內部的直流穩壓電源課為各元件提供直流電。某些可編程序控制器也可以為少量的外部電子檢測裝置和輸入電路提供24V的直流電源。而驅動現場執行機構的電源一般是由用戶來提供的

3.2 PLC的工作原理

可編程序控制器有運行（RU仲與停止兩種基本的工作狀態，在運行狀態是，通過執行和反映控制要求的程序來實現控制功能為了使PLC的輸出能夠及時響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序并非只是執行一次，而是必須不斷地重復，一直到停機或者狀態切換到停止.

在每一次的循環過程中，PLC除了執行用戶程序之外，還需要完成內部的信息處理、通信處理等工作。一次的循環包括了內部處理、通信服務、輸入處理、程序執行、輸出處理這五個階段，這種周而復始、循環往復的工作方式被稱為掃描式工作

因為計算機執行指令的運轉速度極高，從外部輸入一輸出的關系看來，處理過程幾乎是同時完成的。而實際上，在內部處理時，PLC檢查CPU內部的硬件是否正常時，同時也在講監控定時復位，并完成一些別的內部處理工作。在通信服務階段，PLC響應編程器輸入的命令，與其他的帶微處理器的智能裝置進行通信以更新顯示器的顯示內容

響應社會的發展需求，機械手的應用越發普及廣泛，在這樣的大背景下，機械手已經在向功能專用化、結構模塊化、可重構化等方向發展，它的動作越發靈活，控制方式也發展趨向多元化。在PLC的控制過程中，還有許多尚待探索與解決的問題，1'LC在機械手的開發與應用中還具有很大的潛在空間等待人們的探索。

4 結 語

文中通過搬運機械手PLC控制系統設計，機械手運用PLC設計系統之后的高效，便捷，解放勞動者的雙手。實現了搬運機械手的具體功能和準確定位，具有較好的可靠性，提高了勞動生產率。

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