生產自動化領域PLC控制機械手的有效使用

寧振

（湖南工業職業技術學院，湖南長沙，410000）

機械手在工業生產中起著極為關鍵的作用，不僅可以提高生產的效率，保障企業的正常運行，而且還可以取代人力生產，促進經濟的發展[1]，同時，人們對機械手的發明與應用提出了更高的要求和標準。工業生產要想順應時代發展的潮流，就要不斷提高機械手系統的安全性和科學性。近些年，科學技術不斷的發展，使傳統的機械手控制系統已經無法滿足實際發展的需求，嚴重影響了系統的安全性和穩定性。有研究表明，將PLC進行合理化的應用，可以在一定程度上提高機械手的應用效果，促進工業的穩固發展。

1 機械手的PLC控制系統設計

1.1 設計要求

其機械手的工作位置共有5個，分別為：A1、A2、A3、A4、A5，在開展工作的過程中，主要是從A1開始進行啟動，傳送到A2的位置上之后進行等待，等到收到傳感器的信息之后，再開始對產品進行夾持，夾持產品只需要采用2秒，等到2秒之后，其產品就可以直接向上進行運行，上升到原點之后對其發出準確的檢測命令，然后等到檢測結果。其控制流程的具體情況見圖1[2]。

通過對檢測結果進行分析，根據其分析結果選擇不同的方式進行操作：

（1）如果收到“產品檢驗不合格”的信號，則就需要運動在A3的位置上，并將檢測結果不合格的產品放在相應的傳送帶上，在2秒之后，可以保障機械手徹底的松開，松開之后，在直接傳送到A1的位置上，以此進行下一個周期工作的循環[3]。

（2）如果所受到的信號是“產品檢驗合格”，則就需要運動在A4的位置上，之后再運動在A5的位置上，并將檢測結果合格的產品放在相應的傳送帶上，然后在將產品向上飯后，返回的位置要在A4處，在2秒之后再返回到A1處，以此進行下一個周期工作的循環[4]。

（3）如果在按動控制面板上的停止按鍵時，就說明要求機械手馬上停止工作，如果在按動停止鍵的時候，機械手處在的位置是在A1時 也要立刻工作，只有按“啟動”鍵的時候，機械手才可以繼續開始工作；如果所處的位置不再A1上，而是在剩下的A2-A5的位置上，那么一旦受到停止的信號，也要停止工作，取消停止鍵時，將可以繼續工作。

圖1 控制流程圖

1.2 PLC選型

SIMATICS7-200PLC它與其他的不同，它不僅具有非常強大的性能，而且其自身的結構也非常的緊湊，他可以存儲大量的信息，在加上它的操作的順序和過程的控制度都非常的快，具有非同尋常的安全性和穩定性，所以在工業生產過程中得以廣泛的應用，并取得了良好的成績。根據其控制的實際要求來看，選用西門子S7-200系列的PLC可以有效提高生產的效率，其主機的規格要選擇CPU226，24入/16出。輸入的電壓和輸出的電壓都要嚴格妖氣，其輸入的電壓要設置為AC220V，其輸出的電壓要設置為DC24V[5]。除此之外，在實際操作的過程中，還要經過多次的研究和分析，采用基本RS-485串行通信的網絡控制方案，該方案它在實施的過程中，主要凸顯的優勢是，每一個工作的單元都可以由一臺獨立的PLC承擔其各自的控制任務，各PLC之間可以直接通過利用RS-485串行通信的作用，從而在一定程度上實現互連的分布式控制方式，從而組建一個構造比較小的PLC網絡。通過采用PLC網絡，不僅可以實現現代化的自動生產線的機械手控制，而且還可以在一定程度上提高工業生產的工作效率和自動化的程度。

1.3 I/0分配表

根據上述的控制要求，以及相關的控制功能要求可見，PLC在實施的過程中需要有以下的輸出端，其中主要包括：控制機械手的4個輸出端：上行、下行、左行、右行，控制機械手的2個輸出端：抓住、放開，發出檢驗命令的輸出端，其中一定有7個輸出端子。PLC的輸入端共計11個輸入端：其中主要有6個限位開關：A0、A1、A2、A3、A4、A5處，其合格輸入端1個，不合格輸入端1個，檢測帶上檢測到有產品1個輸入端，停止開關1個，啟動開關1。所以，在選擇使用PLC的時候，一定要根據實際化的標準進行選擇，其主機的規格要選擇CPU26的S7-200系列的PLC，其輸入要為24點，輸出為16點，只有達到以上標準，才可以在一定程度上滿足其實際的需求。另外，在I/O分配表中，A1的上行處有一限位開關，即為A0，具體數據見表1。

表1 I/0分配表

2 PLC程序設計

2.1 程序的總體結構

如圖2所示，可以將工序劃分為主要四個部分：公用程序、自動程序、手動程序和回原位程序分，其中對于自動程序來講，它主要包括三個程序：單步、單周期和連續工作的，主要是因為他們在操作的過程中，都是按照同一個方向進行和順序進行實施的，所以為了更加簡單的操作，可以將這些程序都編程在一起。對于這個梯形圖來講，在梯形圖中所使用的指令是跳轉指令，通過他自身的優勢可以使其他的程序不會出現同時執行的情況。假設如果選擇了“手動”方式，則X0 為 ON、X1 為 OFF，這個時候PLC 在執行完公用程序之后，就可以直接跳過自動程序，直接達到P0 處，由于X0 常閉觸點處于一個斷開的狀態，因此，要根據其實際情況采用“手動程序”的方式進行執行，執行到 P1位置時，由于X1常閉觸點處于一個閉合的狀態，所以在這種情況下，又要將其跳過，直接回到原位的程序中直接達到 P2的位置上；假設選擇采用分“回原位”的方式進行操作，則X0 為 OFF、X1 為ON，直接跳過自動和手動兩種程序，可以直接執行回到原來的程序上；如果是假設選擇“單步”的方式，或者是“單周期”、“連續”的方式，則 X0、X1 要為OFF，在這個情況下，就可以直接執行完成自動程序之后，在直接跳過剩下兩種程序：手動程序、回原位程序。

圖2 機械手系統PLC梯形圖的總體結構

2.2 各部分程序的設計

2.2.1 手動程序

對于手動程序來講，在進行手動工作的時候，可以采用X14～X21對應的6個按鈕控制機械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了使該系統可以在安全的狀態下進行運行，就要對手動程序進行合理化的設置，在一般的情況下，可以設置一些必要的聯鎖。例如最為常見的的安全運行，在手動程序中設置了一些必要的聯鎖，例如常見的上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降等限位；上限位開關 X10的常開觸點與控制左、右行的Y2和Y3的線圈進行串聯，可以使機械手直接上升到最高的位置上，之后在對其進行左右的移動，避免在最低的位置上出現碰撞的現象。

2.2.2 自動程序

如果假設選擇的方式是單周期工作方式，此時X3為ON， X1和X2的常閉觸點閉合，M2為ON，他們直接可以進行有效的轉換。在最初的時候，如果按下起動按鈕X5，在M11的電路中，M1O、X5、M2 的常開觸點和 X12的常閉觸點都可以進行有效的接通，使M11為ON，系統則執行下降步，則Y1 為ON，機械手則下降；同時TO得電，在2秒之后，TO的定時一到，可以直接接通常開觸點，使系統逐漸上升。系統就是這樣開展工作，當機械手在步M18 返回最左邊的時候，X4提示為ON，因為，在這個情況下，不是連續工作方式， M1如果是處于OFF的狀態，則轉換條件為系統可以直接返回，并直接停留在最初的位置上，即M10。

3 結束語

綜上所述，要想使機械手控制系統在安全、穩定的狀態下運行，就要不斷提高工作人員的應用技術水平，并對機械手進行合理化的應用，使機械手系統可以順應時代發展的潮流，逐漸向智能化、標準化的方向發展，逐漸提高工業生產的工作效率，使工業生產可以獲得更多的經濟效益。