基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計技術研究

李秋芳

摘要：文章首先對PLC技術和氣動機械手的含義進行了介紹，然后運用理論與實際相結合的方式，以氣動機械手的結構和PLC控制系統(tǒng)作為切入點，分別針對設計工作的重、難點展開了研究。

關鍵詞：PLC技術；氣動機械手；控制系統(tǒng)；設計研究

中圖分類號：TP241 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0012-02

在科學技術發(fā)展速度極快的當今社會，無論是在工作還是日常生活中，人們都開始選擇不同的機械設備對人力勞作進行代替，實踐結果表明，這一做法不僅可以提高生產的質量，還能提高生產的效率。作為現(xiàn)階段工業(yè)生產過程中使用頻率較高的機械設備，如何將PLC技術應用在氣動機械手之中，保證氣動機械手自動化程度的提高，自然成為了有關人員研究的重點。

1 PLC技術和氣動機械手的概述

1.1 PLC技術

PLC技術最早誕生于20世紀60年代末，在誕生之初，該項技術能夠實現(xiàn)的功能數(shù)量較少；20世紀70年代后，隨著微處理器被成功研發(fā)，有關人員通過將PLC技術與微處理器進行結合的方式，對其具有的功能進行了相應的完善。PLC技術最早引入我國的時間為20世紀70年代中期。在將該項技術應用在氣動機械手的控制系統(tǒng)中時，需要引起注意的是，應當對氣動機械手在控制方面具有的要求進行認真分析，并以此為基礎完成對程序的編寫。

1.2 氣動機械手

隨著科學技術的發(fā)展，各領域生產過程所具有的機械化和自動化的程度均得到了一定程度的提高，機械手正是在這種背景下產生，并在工業(yè)生產領域中得到廣泛應用的。而電子信息技術發(fā)展速度的提升，也使得針對機械手所開展的研發(fā)和生產工作面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和機遇，將機械手具有的機械化和自動化程度進行提高，不僅是有關人員工作的重點，更是社會進步的必然要求。

氣動技術的作用主要體現(xiàn)在自動化控制方面，可以說想要保證自動化控制的有效落實，對氣動技術進行合理應用是十分重要的。由于氣動技術所使用的壓力介質為空氣，與其他技術相比，該項技術具有的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在不會對環(huán)境造成污染，也正是因為如此，在非污染行業(yè)，氣動技術得到了廣泛的應用，自動化控制的目標也正在逐步落實[1]。

2 氣動機械手的結構設計

在對氣動機械手的結構進行設計前，設計人員首先應當對企業(yè)的實際情況和控制要求加以明確，在此基礎上開展設計工作，往往可以取得事半功倍的效果。例如，某企業(yè)現(xiàn)有高低溫箱的具體內部尺寸如下：長度為575mm；寬度為440mm，高度為700mm。該高低溫箱對應變送器的具體尺寸如下：長度為138mm；寬度為130mm；高度為197mm，且該變送器重量約為4.95kg[2]。那么，設計人員不僅可以根據(jù)上文所列舉的高低溫箱尺寸、變送器尺寸及重量，完成對容積的計算工作，還可以對所容納變送器的尺寸及重量加以明確。該企業(yè)所應用框架層數(shù)為兩層，每層排數(shù)為兩排，每排可容納變送器數(shù)量為四臺。為了保證框架能夠不受任何阻礙的被放入高低溫箱的內部，框架四角分別安裝了能夠承受其總重量的輪子，這樣做的目的是保證框架能夠從工作臺上被直接推入到高低溫箱內部。在對變送器位置進行確定時所應用的，主要是框架平板所對應的定位板。以需要放置在框架之上的變送器尺寸為依據(jù)，氣動機械手能夠在框架內完成對工位進行搬運和放件的工作。另外，在實踐過程中能夠發(fā)現(xiàn)，氣動機械手搬動變送器時的運動路徑為直線，由于框架每層排數(shù)為兩排，每排可容納變送器數(shù)量為四臺，因此，最終確定的方案為：左右方向移動三位氣缸，前后方向移動五位氣缸。

如果以直角坐標系為依據(jù)對氣動機械手的結構進行劃分，可將其分為以下六個部分：其一，底座；其二，升降氣缸，這部分的作用是保證氣動機械手可以沿著Z軸的方向上下運動，保證框架兩層能夠同時開展工作；其三，左右方向移動三位氣缸，氣動機械手可以根據(jù)這部分的移動，以Y軸為方向完成在兩排之間對變送器進行擺放的操作；其四，前后方向移動五位氣缸，氣動機械手可以根據(jù)這部分的移動，以X軸為方向完成在任意位置上對變送器進行擺放的操作；其五，短行程氣缸，這部分的作用是控制氣動機械手拿起和放下的動作；其六，氣動手爪，這部分的作用是完成夾緊以及放開的動作。多位置氣缸是該氣動機械手主要應用的氣缸，設計人員可以根據(jù)實際需求，將不同長度的氣缸進行連接，以此來保證動作的靈活性和定位的精確性，需要注意的一點是，需要進行連接的氣缸，應當具有完全相同的活塞直徑。除此之外，PLC可以通過對電磁閥進行控制的方式，完成任意氣缸的動作。對活塞桿速度進行控制的方式，則以單向節(jié)流閥調節(jié)進氣流量為主，氣動機械手則通過重量對氣爪進行平衡，以此來保證運行的平穩(wěn)性，在最大程度上實現(xiàn)“輕拿輕放”的目標。

3 PLC控制系統(tǒng)的設計

在對應用于氣動機械手之上的PLC控制系統(tǒng)進行設計時，氣動機械手所對應的實際結構、功能及控制需求同樣是需要設計人員重點關注的部分，換句話說，只有以上文所提及的因素為基礎，才能保證所涉及PLC控制系統(tǒng)能夠在最大程度上滿足氣動機械手具有的需求。如果氣動機械手包含氣缸的數(shù)量為四個，且執(zhí)行任意動作時，能夠對其進行控制的部件包括單電控電磁閥一個、雙電控電磁閥三個，同時還設有指示燈一個。那么，在對該氣動機械手所對應的PLC控制系統(tǒng)進行設計時，設計人員就應當明確輸入點數(shù)量為七個，輸出點數(shù)量為八個，另外，在確定可編程控制器的型號時，設計人員應當以控制信號數(shù)量作為主要依據(jù)，文中應用的可編程控制器具體型號為FX2N—48MR。

正式開始設計工作的第一步，應當是對PLC和氣動機械手所對應I/O表進行設計和制作，然后再根據(jù)制作完成的I/O表，完成系統(tǒng)軟件的設計工作。文中所討論設備提出的控制要求如下：氣動機械手所處工位為1號工位，氣爪放松，并設置為“復位”。因此，設計人員在開展設計工作的過程中，始終都應當保證氣缸伸出、氣爪放松。待氣動機械手上電、復位之后，指示燈開始閃爍。此時，如果有工件位于1號工位處，氣動機械手則需要在第一時間啟動，并進入正式工作狀態(tài)，此時，氣壓降至手臂降位。正常情況下，在對工件進行抓取時，都會設有與之相對應的傳感器，如果沒有設置傳感器，則需要對定時器進行設置，只有這樣才能保證氣動機械手在放置工件時，具備應有的穩(wěn)定性。在對工件進行裝配時，首先需要氣缸下壓，然后再抓取并抬起工件，接下來需要進行的步驟是將氣缸向4號工位處進行移動，最后下壓并完成工件的放置即可[3]。再完成上述步驟后，氣缸還需要進行再一次的伸出和復位，至此，一個工作周期告一段落。在這個過程中，需要設計人員完成的工作還包括對PLC控制程序的功能圖進行編制，并將其向梯形圖進行轉化，只有這樣才能保證氣動機械手在執(zhí)行動作的過程中，具備較高的自動化水平以及有效性。

4 結語

通過對上文所敘述的內容進行分析能夠看出，作為諸多新興控制技術中的一項，現(xiàn)階段，PLC技術已經被廣泛應用在了以氣動機械手為代表的自動化設備之中。作為具有便于操作、成本低廉等諸多優(yōu)勢的自動化設備，氣動機械手在工業(yè)生產過程中取得了良好的效果。將PLC技術應用在控制系統(tǒng)之中，更是增強了氣動機械手操作時的靈活性，無論是生產質量還是生產效率，都得到了顯著的提升。

參考文獻

[1]王春麗.基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計研究[J].科技展望，2016，2630：146.

[2]王青云，王守志，姚冀濤，溫國強.基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計[J].機電信息，2015，21：124-125.

[3]蘇金文.基于PLC的氣動機械手控制系統(tǒng)設計與研究[J].吉林農業(yè)科技學院學報，2017，2603：116-118.

Abstract：First of all， the paper introduces the meaning of PLC technology and pneumatic manipulator， and then applies the combination of theory and practice， taking the structure of pneumatic manipulator and PLC control system as the breakthrough point， respectively， aiming at the heavy and difficult points of design work.

Key Words：PLC technology；pneumatic manipulator；control system；design researchendprint