PLC在智能機械控制上的研究與應用

摘 要：智能機械在工業生產、日常生活中發揮著越來越重要的作用。文章論述了可編程控制器（Programmable Logic Controller）在智能機械控制中的應用。描述了控制系統的設計架構、設計方法及具體應用項目的設計過程。讓讀者明確PLC控制的設計過程，了解智能機械廣泛地應用于工業控制中，如自動生產線、智能機械手和數控機床等。

關鍵詞：機械手；智能機械；PLC；控制系統

引言

智能控制（Intelligent Controls）是指設備在無人干預的情況下，可以自主地驅動執行件，實現控制目標。智能控制設備是指應用了智能控制的設備。圖1展示了控制理論的基本發展史。

從圖1中可以看出智能控制發展經歷四個階段，分別是經典控制理論、現代控制理論、大系統理論、智能控制理論。這四個階段一脈相承。

隨著科技的進步，智能機械在現代企業生產中找到了自己的位置，如無人車間、無人生產線等等。另外，對于一些特殊的生產環境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業等，智能機械有無可替代的優勢。作為智能機械典型應用的工業機械手是其中的較突出的實例，近幾年在我國有較快的應用，并取得一定的效果。

1 智能工業機械手系統的架構

1.1 智能控制的基本構成

圖2是智能控制的基本框圖，從圖中可以看出智能控制有信息采集部分、信息處理部分、執行部分和信息反饋部分四部分構成。信息采集獲得信息，并將信息傳遞給信息處理，信息處理經過統計、計算、分析、推理獲得運算結果，然后向執行部分發出控制指令，執行部分開始執行動作，信息反饋部分檢查執行動作是否完成，并將檢測到的信息傳遞給信息處理部分，形成閉環。工業機械手是經典的智能控制系統，廣泛地應用在各種設備中。

1.2 工業機械手的運行特征

圖3是工業機械手的執行件，其運行流程如下：系統加電啟動之后，檢測器件傳感器檢測到工件到位之后，將信號傳遞給主控PLC，主控PLC發出執行指令，執行件開始下降。主控PLC檢測到執行件下降到位信號，主控PLC發出下降停止指令；然后發出執行指令，執行件抓緊，檢測到抓緊工件了以后，發出執行件上升指令，執行件上升；主控PLC檢測到上升到位信號，發出指令使執行件上升停止；然后發出指令，執行件右移，主控PLC檢測到右移到位信號，發出右移停止指令。然后發出指令，執行件下降。主控PLC檢測到下降到位信號，下降停止；然后發出指令執行件放松，確認放松后，執行件上升，主控PLC檢測到上升到位時，執行件上升停止；然后執行件左轉；左轉到位時，形成循環。

機械手傳送示意圖如圖4所示。其全部動作由汽缸驅動，而汽缸又由相應的電磁閥控制。氣缸控制由可編程控制器（Programmable Logic Controller）完成，可編程控制器控制各個電磁閥，完成氣缸的運動控制。

2 工業機械手智能控制系統的架構

2.1 系統的模塊構成

機械手的硬件架構如圖5所示，有三大模塊構成：即主控部分、電氣部分、機械部分。（1）主控部分：可編程控制器（PLC）。主要功能：采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，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，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程；（2）電氣部分：包括繼電器、電源、輸入輸出設備；（3）機械部分：手部、腕部、臂部、機身。

2.3 工業機械手智能控制系統的電氣架構

圖6是工業機械手基本的電氣圖，左側是輸入部分，檢測各種信號。右側是輸出部分，控制各種執行件。實現的圖3所示的控制流程。輸入24伏的信號，包括檢測、升降限位、旋轉限位、復位、電位器等。輸出也是24V繼電器輸出，通過控制繼電器的觸點來完成執行件的控制。

2.2 工業機械手智能控制系統的軟件架構

圖7是軟件控制系統的架構圖，整個軟件系統包含自動工作部分、手動工作部分、自檢部分和故障檢測部分。自動工作部分完成是圖7中的自動程序處理模塊，是按照實時控制的編程原則完成所有的控制動作。手動工作部分完成是圖8中的手動程序處理模塊，是按照實時控制的編程原則按步完成所有的控制動作，主要用于單步調試。自檢部分完成系統場地數據正確的檢測。故障檢測部分完成系統發生故障時幫助維護人員查找故障信息。圖9是自動工作部分和手動工作部分的流程圖。

A試可實現基于PLC的智能控制系統。

參考文獻

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[6]廖常初.PLC編程及應用[M].機械工業出版社，1999.

作者簡介：陳素芹（1983-），女，江蘇淮安人，講師，碩士，研究方向：電子與通信工程。

李長波（1967-），男，吉林鎮賚人，副教授，碩士，研究方向：嵌入式。