基于PLC控制的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

杜娟

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化也取得了非常大的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的各類機(jī)械手越來(lái)越多，有效提高了生產(chǎn)的效率，還降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，把工人從危險(xiǎn)的勞動(dòng)中解放了出來(lái)。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械手在實(shí)際控制的過(guò)程中，需要使用專業(yè)的系統(tǒng)，機(jī)械手的操作專業(yè)性要求很高。現(xiàn)在出現(xiàn)了一種基于PLC控制的工業(yè)機(jī)械手，其采用簡(jiǎn)單易學(xué)的PLC控制方式，操作起來(lái)比較容易，機(jī)械手的成本也較低。為此，作者將要在文章中對(duì)基于PLC控制的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

關(guān)鍵詞：基于PLC控制；工業(yè)機(jī)械手；自動(dòng)化生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0166-02

Abstract： With the continuous development of science and technology， industrial automation has also made great progress. More and more robots are used in industrial production， which effectively improve the efficiency of production and reduce the labor intensity of workers， thus freeing the workers from dangerous labour. The traditional industrial manipulator in the actual control process， needs to use the specialized system， the manipulator operation specialized request is very high. Now there is a kind of industrial manipulator based on PLC control， which adopts the simple and easy-to-learn PLC control mode. It is easy to operate and the cost of manipulator is also low. For this reason， the author will analyze the application of industrial manipulator based on PLC control in automatic production， in order to promote the development of industry in our country.

Keywords： control based on PLC； industrial manipulator； automatic production

前言

工業(yè)機(jī)械手可以模仿手部的動(dòng)作，在經(jīng)過(guò)程序的設(shè)定后，其就會(huì)按照程序設(shè)計(jì)的要求，完成各種動(dòng)作，可以進(jìn)行物體的搬運(yùn)，或者進(jìn)行一些裝配和焊接工藝，有效替代人工勞動(dòng)力，降低人工的勞動(dòng)強(qiáng)度，將勞動(dòng)人員從危險(xiǎn)的環(huán)境當(dāng)中解放出現(xiàn)，在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越多。基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)其成本更加低，編程操作也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越多。

1 PLC自動(dòng)控制技術(shù)概述

PLC又可稱為可編程控制器，其是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，在其內(nèi)部一般都含有數(shù)片的單片機(jī)系統(tǒng)，其具有運(yùn)行簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)指令的功能，為了加強(qiáng)這些單片機(jī)的功能，這些單片機(jī)的擴(kuò)展功能也很強(qiáng)大，很多單片機(jī)都具有通信的功能，這在很大程度上對(duì)PLC的功能進(jìn)行了擴(kuò)展[1]。在PLC的外部有很多的輸入和輸出接口，輸入接口可以對(duì)外部各種開(kāi)關(guān)輸入量進(jìn)行輸入，在經(jīng)過(guò)其內(nèi)部微處理器的運(yùn)算加工后，就可以通過(guò)外部端口來(lái)輸出各種控制信號(hào)，有效對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制。有些高級(jí)的PLC甚至具有通信功能，內(nèi)部會(huì)集成有各種通信協(xié)議，其可以和上位機(jī)甚至和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，這又可以控制設(shè)備完成復(fù)雜的操作，或者將重要的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到上位機(jī)，讓操作人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有一個(gè)非常清晰的掌握，從而讓其及時(shí)對(duì)系統(tǒng)的控制進(jìn)行調(diào)整[2]。

2 PLC控制機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

PLC控制機(jī)械手在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，經(jīng)常是做一個(gè)固定循環(huán)動(dòng)作，例如在搬運(yùn)機(jī)械手中，首先會(huì)將抓緊機(jī)構(gòu)上升到一定的高度，然后通過(guò)兩個(gè)位移軸的控制，將機(jī)械手準(zhǔn)確定位到抓取位置處，然后將機(jī)械手放下，機(jī)械張緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)，然后對(duì)貨物進(jìn)行夾持，將貨物牢牢抓緊，并將其升高到指定的高度，在通過(guò)兩個(gè)位移軸的控制，將貨物準(zhǔn)確運(yùn)送到指定的位置。在這個(gè)動(dòng)作循環(huán)完成后，再進(jìn)行另一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。機(jī)械手動(dòng)作的控制，主要依靠PLC來(lái)完成，其負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的控制，有效監(jiān)控機(jī)械手完成各種動(dòng)作。

我們以某工廠自動(dòng)化生產(chǎn)線上的一臺(tái)機(jī)械手為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其主要由機(jī)械手臂、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手在水平和垂直高度上的位移，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)進(jìn)行控制，對(duì)物體的抓取是依靠電磁閥來(lái)完成的。為了有效完成對(duì)機(jī)械手的控制，需要我們根據(jù)機(jī)械手的不同動(dòng)作，來(lái)編制相應(yīng)的PLC控制程序，此外還需要各種行程開(kāi)關(guān)的配合，才能完成各種動(dòng)作。其中開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2、SQ5、SQ7，主要是對(duì)機(jī)械手上下、左右的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行限位。SQ3和SQ4是原點(diǎn)開(kāi)關(guān)，是機(jī)械手活動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)[3]。

在實(shí)際的機(jī)械手控制過(guò)程中，需要先進(jìn)行回零操作，確定機(jī)械手的坐標(biāo)原點(diǎn)，然后PLC程序會(huì)根據(jù)抓取高度的要求，通過(guò)輸出脈沖的方式，來(lái)控制升降電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而將抓緊機(jī)構(gòu)升高的高度，高度可以直接由PLC輸出脈沖的數(shù)量來(lái)進(jìn)行控制。抓緊機(jī)構(gòu)在定位過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，和這種控制方式非常類似，也是通過(guò)PLC控制輸出脈動(dòng)的方式來(lái)對(duì)抓緊機(jī)構(gòu)的位置和速度進(jìn)行控制的。對(duì)抓緊機(jī)構(gòu)抓緊動(dòng)作的控制，主要是通過(guò)對(duì)電磁閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只需要一個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，就能控制電磁閥的吸合動(dòng)作，讓抓緊機(jī)構(gòu)處于抓緊和放松的狀態(tài)。

3 機(jī)械手在電控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與分析

目前對(duì)機(jī)械手的控制，可以通過(guò)編寫對(duì)應(yīng)的PLC程序來(lái)完成，只需要將相關(guān)的控制命令以程序的方式輸入到PLC中，機(jī)械手就可以自動(dòng)完成各種規(guī)定的動(dòng)作。如果需要對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行改進(jìn)，只需要對(duì)程序進(jìn)行重新編寫即可。在對(duì)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制中，目前主要采用了全閉環(huán)的伺服控制系統(tǒng)，和基于各種開(kāi)關(guān)的邏輯控制。全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，可以有效對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行檢測(cè)，并構(gòu)成一個(gè)位置閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)位置命令進(jìn)行快速的響應(yīng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的控制精度更高。但由于機(jī)械系統(tǒng)都具有非線性環(huán)節(jié)，因此如果控制參數(shù)調(diào)整得不好，就很容易出現(xiàn)震蕩的現(xiàn)象，影響機(jī)械手的工作質(zhì)量。基于各種限位開(kāi)關(guān)的邏輯控制，其實(shí)現(xiàn)起來(lái)最為簡(jiǎn)單，通過(guò)各種極限開(kāi)關(guān)來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)或者停止，系統(tǒng)工作可靠性強(qiáng)，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置控制精度較低，經(jīng)常用于對(duì)位置控制精度不太高的場(chǎng)合。例如在對(duì)物體的定位中，就是采用的伺服閉環(huán)系統(tǒng)，在對(duì)物體的抓取過(guò)程中，就是采用的是邏輯開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)[4]。

為了讓機(jī)械手得到更加良好的控制，對(duì)PLC的硬件系統(tǒng)往往有較高的要求，首先其觸點(diǎn)數(shù)量應(yīng)該可以滿足要求，其次還應(yīng)該具有脈沖控制功能。設(shè)計(jì)人員在程序設(shè)計(jì)完成后，就進(jìn)入到了程序的調(diào)試環(huán)節(jié)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，應(yīng)該首先檢查程序在設(shè)計(jì)中，是否存在一定的漏洞，能夠可以有效完成各種動(dòng)作，其次還應(yīng)該對(duì)機(jī)械手的實(shí)際運(yùn)行效果進(jìn)行分析，檢查機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)精度如何，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，是否出現(xiàn)了振動(dòng)的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，需要我們及時(shí)降低機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的速度，避免其運(yùn)動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。如果機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度無(wú)法滿足要求，這主要是由于步進(jìn)電機(jī)的控制參數(shù)設(shè)定不對(duì)造成的，應(yīng)該降低步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)階段的加速度。

在機(jī)械手平時(shí)的使用過(guò)程中，一定要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，首先應(yīng)該檢查其硬件是否有破損情況的出現(xiàn)，還應(yīng)該檢查其各種觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)是否可以正常發(fā)揮作用，可以采用手按壓的方法，來(lái)進(jìn)行判斷，還要及時(shí)對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行調(diào)整，滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，機(jī)械手在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣，PLC機(jī)械手其具有成本低、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以滿足很多場(chǎng)合工業(yè)操作的要求，應(yīng)該積極對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張應(yīng)金.PLC在機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化博覽，2008（Z1）：15-16.

[2]史國(guó)生，崔洪斌，梁雪春.PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2001（08）：35-36.

[3]史國(guó)生.PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中的應(yīng)用[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版），2001（04）：25-26.

[4]王小玲.工業(yè)機(jī)械手的PLC控制[J].機(jī)電工程技術(shù)，2004（09）：17-18.