基于PLC的機械手控制系統設計研究

摘要：在自動控制技術不斷進步的過程中，現代化程度要求越來越高的技術指標，自動控制領域開始越來越重視以氣、液和機電一體的控制裝置。本文研究的氣動控制機械手就是一個充分結合了電子技術、網絡技術、通信技術和計算機技術的綜合應用系統。

關鍵詞：PLC控制;氣動機械手;系統設計;智能應用

1有關PLC程序設計算法分析

1.1遞推法

該方法就是借助于邏輯關系進行層層遞推的過程。在進行此次設計的過程中，先是對控制系統中機械手的工作順序進行標注，并對各個執行狀態和動作之間的關系進行理清，之后依靠遞推關系，將機械手的工作流程以邏輯圖的形式設計出來。關系邏輯對于程序設計具有一定的限制作用，針對這種情況，我們需要反復推敲系統加入程序之后的功能實現以及條件限制。

1.2分治法

利用分治法在此次設計過程中進行模塊化設計。主要方法是：先根據工作順序要求機械手完成相應的功能模塊。其次，可以實現左伸-右縮、下伸-上縮、水平伸縮回等，這些小的模塊設計中標記為狀態符號。最后，通過使用梯形圖代替步進指令的方法，并結合具體動作情況完成整個控制功能的實現。

1.3回溯法

使用回溯法也是進行流程圖設計的一個重要方法，下面具體介紹了設計思路：在分析過程中針對具體任務進行，并繪制相應的流程圖，這樣一來思路一旦發生錯誤就無法實現最大的解決效果。最后再重新回到初始，重新開始設計。需要注意的關鍵問題：設計過程中返回到何處。

1.4貪婪法

在范圍內將所有和條件吻合的情況進行最大化考慮，任意從中選取一個解決方法的方式就是貪婪法。此次設計根據基本思維符合設計要求的思路進行選取，所以在執行過程中需要對每個步驟進行一起一停的操作方式，另外將限制條件加入線圈內，利用基本控制程序實現具體的控制操作。還有一種方法就是使用RST和SET指令來完成整個控制過程。這里常用到的控制方法包括使用提醒程序圖代替后續設計圖，在過程中把所有出現的動作當成狀態。

2氣動機械手控制系統設計的研究

2.1順序功能圖

通常，我們主要將順序功能圖應用在執行過程按照先后次序，應用的對象是設計動作來完成生產過程的正常運行時控制系統，按照規定的路線step-step對控制任務進行實現。在進行控制系統設計的過程中經常需要運用該設計方法。該SFC圖設計過程中提供了通、專兩用的設計元件，是為編程控制系統設計提供輔助的功能圖。在當下進行PLC程序設計的過程中大量應用該功能圖。根據具體的控制任務，設計過程從原點左側到右側依次執行動作任務，根據功能圖依次進行左擺擺動缸，伸出垂直氣缸，工件吸持，退回垂直氣缸，退回水平氣缸，右擺擺動缸，伸出水平氣缸，伸出垂直氣缸，工件放松，退回垂直氣缸，退回水平氣缸，回歸原位。一旦有故障在執行過程中出現，比如停電、執行錯誤等意外情況，就要轉換為手動控制方式，所以需要進行手動控制設置，圖1展示了具體的操作流程。在切換為手動操作以后，X22開關會進行閉合，并進行水平伸出操作。當傳感器完成檢測任務以后會將控制指令直接發出，此時開啟的X1不再伸出。其他工作任務類似于該工作過程，工作過程大致為水平縮回，垂直伸出，向右擺出，垂直縮回，氣爪抓緊，向左擺回，氣爪松開。

2.2氣動機械手總體SFC圖

當X11，12，13，14，15，16，17，20，21，22，23同時存在并且處于開啟狀態的只有一個的時候，此時就要用到轉換開關，使用轉換開關的目的就是為了實現單一性的控制方式。通過這種方式能夠降低危險以及錯誤發生的概率。自動切換開關X10處于開啟狀態時，系統處于手動控制狀態，當X10為關閉狀態的時候，此時系統處于自動控制狀態。方式開關是決定系統原始狀態是自動還是手動控制的關鍵。如果我們切換為自動控制以后，機械手并沒有回到初始位置，我們就要進行以下操作：通過手動方式將機械手回歸原位，然后在開始進行自動控制。當控制系統完成一個控制周期以后，工作選擇開關會對全自動還是單周期自動操作進行選擇。

3分析PLC控制系統梯形圖程序

3.1手動梯形圖程序

手動操作過程就需要使用手動梯形程序，它的工作狀態是當單獨使用按鈕進行位移時來完成對機械手的調整過程。如果一開始機械手并不在初始位置，則可以使用手動方式將機械手回歸原位。我們選擇作為端點進行輸入端操作，這個時候就需要使用手動工作。分別用到對應的一系列控制按鈕進行手動操作機械手的執行。當閉合開關時就能夠讓機械手松開所抓物體。如果操作過程中需要通過手動方式將機械手回歸到初始位置，就需要使用將閉合實現對氣缸的夾緊，使用縮回水平伸縮缸縮;想要夾緊氣爪缸需要閉合開關。

3.2自動梯形圖程序

控制程序是自動梯形圖的主要組成，通常分為單步形式、連續形式和周期形式。以上三種形式的主要區別在于是允許轉換標志還是連續標志。非單步和單步的主要區別在于：當系統在執行周期性或者連續性工作的時候，的觸點實現，對步與步轉換方式的允許。

4結語

總之，作為一種能夠進行自動定位的控制設備，機械手能夠依靠編程的方式成為一項極具實用性的多用設備。它在工業自動化生產中占據著重要的位置。未來有關人員還需要對其展開更進一步的探討。

參考文獻：

[1]基于PLC的氣動機械手控制系統設計[J].南博.內燃機與配件.2018（19）.

[2]氣動機械手的PLC控制系統設計[J].楊密.裝備制造技術.2015（02）.

（作者單位：巨輪智能裝備股份有限公司）

作者簡介：吳孜（1992.8-），男，廣東揭陽人，漢族，大專，機械設計技術員（數控銑工技師），研究方向：基于PLC的機械手控制系統設計研究。