基于PLC的取放料氣動機械手系統設計

馬世鑫

摘 要：近年，隨著計算機技術的發展，我國的工業結構發生了很大的變化，現代化技術很好的取代了傳統的人工勞動力，隨著人們對生產效率不斷提出新的要求。在現代化工業生產過程中，越來越多的工業過程加入了現代化的技術。很好的避免了環境惡劣情況的影響。特別是機械手的應用，其系統組成相對簡單并且不污染環境、組件價格便宜和系統安全可靠等特點，已經滲透到工業的各個領域，在工業的發展與成長中占據了重要的地位。

關鍵詞：機械手;氣動系統;控制系統;PLC

一、氣動機械手相關技術概況

1.1 氣動技術簡介

顧名思義，很好的利用了氣體的壓力來完成動力的提供。該技術很好的符合了時代價值觀念，具有綠色，環保，安全，穩定的優秀特性。另外來說，該技術能夠避免外界環境的影響。取材容易，技術成本低，極大地提升了企業的整體效益。現階段已經成熟的應用到了我國工業生產的各個層次，隨著技術的發展，相信會在我國的醫藥領域大量的使用。

該技術已經大量的在工業生產中使用，并不斷地朝著智能化的方向發展，從全球的范圍來看，西方的資本主義國家在該領域發展的比較迅速，占領了大量的市場份額。我國在該領域起步較晚，技術方面不沒有特別的嫻熟。隨著我國技術的進步，相信我國能夠在該領域不斷地實現進步，使得該技術朝著集成化，小型化，智能化的方向發展[6]。

1.2 控制技術簡介

控制模塊作為整個設備的核心模塊，起到了舉足輕重的影響。更好的實現有效穩定的控制，才會進一步的提升整個裝置的運行效率。現階段來看，我國在該領域主要是使用了PLC系統完成裝置的控制。PLC系統又名可編程操作系統，很好的運用了自身強大的邏輯功能實現數據的計算與存儲。這一控制系統很好的完成了我們所需要的各項任務。在過去時間里，我們工業上的控制模塊主要是采用了繼電器模塊，該傳統的控制方式存在著大量的缺點與不足，不能夠很好的起到準確的控制作用。PLC系統作為新生代的控制系統，很好的代替了傳統的工業裝備控制模塊。該控制系統能夠很好避免外界環境對其的干擾，實現更加穩定的運行，另外該項技術采用了梯形語言，能夠很好地實現邏輯控制，操作人員的整個操作過程變得更為簡便理解。

二、控制系統設計

2.1 控制系統總體方案設計

2.1.1.控制系統的性能要求分析

機械手一般都是在左上限位的地方，除非工作才會有所移動。且不工作時候，機械手不會抓取任何東西，往往靜止于原點。只有按下啟動按鈕，才會正式工作，并且這一工作是往返來回進行的，按下回停止按鈕才會重新歸于原點。啟動按鈕被按下時，機械手會下降到下限位，此時碰觸到了下限位開關，并終止下降，同時夾緊電磁閥上電，機械手中的原有物品也會感受到一個更加緊的握力，不過距離物品被真正抓緊，需要一個2S的緩沖期。在這之后，物品就可以借助機械手的運輸移動位置，實現它去往上限位的目的，并且可以控制機械手向右方運行，不過這還需要啟動上限位開關配合，在右行到達右限為時，碰觸到右限位開關從而機械手進行下行，到達下限位后，碰觸到下限位開關，機械手電磁閥失電，機械手會感受到一個突然放松的力，放下手中原有物品，不過這同樣需要一個2s的緩沖期，這一次啟動上限位開關，則是為了控制機械手向左運動，以便它能重新在原點進行新一輪的工作，轉入其他工作流程。

2.1.2.控制系統的功能模塊分析

針對于本次設計，裝置的控制系統主要是包含了自動功能模塊以及回原位模塊。后者實現的作用是能夠穩定準確的確定裝置的狀態，并很好地判斷是否在原位，若否，我們就可以采用人工控制的方式，使其歸位。完成上述的一系列動作之后，前者就能夠很好地實現功能，完成裝置的自動工作要求。

2.2 PLC 控制系統硬件設計

2.2.1 PLC 選型

針對于本次設計，我們選用了如圖3-1的控制模塊。裝置的氣缸模塊由限位開關提供有效的控制，很好地完成了對氣缸位置的檢測，以及驅動氣缸的運動狀態。本次方案中，氣缸的兩側分別安裝了兩個開關，穩定了提供了信息的輸入。對于整個控制模塊，該包含了十六個接口，這一系列的擴展接口很好的完成了數據的輸入與輸出。為整個裝置很好的提供了穩定的控制。另外該系統中包含了大量的指示燈，方便了操作人員的操作，能夠很好地實現操作過程。另外，大量的該系統還包含了十八個輸出接口。

2.2.2 PLC 與計算機通訊設計

隨著我國計算機技術的發展，信息時代到來。PLC也伴隨著到來，所以來說，該模塊很好的實現了通訊的各項功能，很好的完成了各類信號的傳遞。該系統主要是采取了數字信號的傳遞模塊，很好的解決了數據傳遞過程中的失真問題，更好的完成了裝置之間的信息與數據的交流。總的來說，該系統的通訊模式包含了串行以及并行種類，具體來說如圖3-3。前者主要是采取了一對一的傳遞過程，每一個輸出對應一個輸入，不能錯位傳遞信號。而后者可以很好的完成輸入端與輸出端的不對應關系。更好的完成數據的傳遞。綜上所述，前者的速度是慢于后者的速度。但是相對于成本來說，因為前者只需要兩根簡單的數據線即可，很好的實現了成本的節約。所以大量的使用在我國工業自動化領域[12]。對于計算機以及PLC系統來說，我們最終還是選擇了串行通信模式，更好的實現通信功能。

三、總結

在本次設計中，我們很好地分析了機械手的設計過程。從裝置的硬件入手，仔細分析了該裝置的各類組成部分。還從程序方面進行了設計完善。最終基本上達到了我們的需求目的，很好地完成了我們本次設計目標，其中還有一系列的小細節沒有做到完善處理。在之后的學習生活中，我一定要進行更完善的補充。另外，針對于我國的工業化生產來說，現在的基本趨勢是裝備的智能化以及人性化，這一系列高新技術的存在，極大地推動了我國工業的發展，為我國的經濟發展提供了更充足的動力。

參考文獻

[1]范勤，何麗君.基于ADAMS 的臥卷夾鉗虛擬樣機建模及動力學仿真[J].起重運輸機械，2008（5）：55-58

[2]林海波，王延兵，張毅.基于ADAMS 的機械手的動力學分析[J].制造業自動化，2012，34（11）：80-83

[3]謝志江，孫玉等.基于 ANSYS Workbench 的搬運機械手結構優化設計[J].機械與電子，2010（1）：65-67

[4]齊進凱.氣動機械手的結構設計、分析及控制的研究[D].上海：東華大學，2006