基于PLC 的工業機械手自動化控制系統設計

陳婧

（青島工程職業學院，山東 青島266112）

通過工業機械手對特定物質加以抓取，進而避免繁重的人力勞動。從機械手的發展來看，自動化控制將成為其發展方向。為保證機械手的穩定運行，將PLC應用在工業機械手自動化控制系統設計中，致力于提高控制波特率。

1 PLC

PLC是指在實施工業生產行為中，對設備開關進行打開/閉合控制，在此種條件下，開關可按照計算機設定的邏輯程序設計順序執行對應動作，并根據邏輯關系執行相關的保護行為，以及對邏輯控制過程中產生的大量非線性規律數據進行采集[1]。從PLC的傳統意義層面上分析，上述提出的所有可執行功能通常是使用電氣與計算機輔助實現的，但隨著高新技術的不斷引進，由美國研究團隊對GM技術提出的電氣控制技術進行了改進，在此研究項目提出的一年后，電氣數字公司提出了與集成電路與電子電路相關的行為控制器，并在有關會議中首次提出了可程序設計邏輯控制器原理，這便是第一代PLC技術的提出。隨著市場對PLC 技術研究的深入，PLC 被不斷賦予了數字統計能力、行為處理能力、人機交互能力等。目前，PLC技術已在一定程度上超越了人工智能技術，在市場多個產業內均得到了廣泛的應用。現階段，PLC已經具備成熟的控制技術，以其優異的傳輸性能和可程序設計性能夠通過可程序設計控制器，可靠、穩定地控制系統功能，進而提高系統的工作效率[2]。為此，本文將PLC應用在機械手電氣自動化中，設計一種新型機械手電氣自動化方法，具體內容如下。

圖1 PLC 機械手自動化控制器結構框圖

2 工業機械手自動化控制系統硬件設計

2.1 PLC機械手自動化控制器。在PLC技術的應用下，設計自動化循環控制裝置，設計過程中可按照PPI 文本內容，選擇可程序設計控制協議，閉路循環設計機械手自動化控制器[3]。綜上所述，完成對機械手自動化控制與循環設計。PLC機械手自動化控制器結構框圖，如圖1 所示。

根據圖1 所示，利用本文設計的PLC機械手自動化控制器，判定機械手自動化循環控制狀態，通過存儲子模塊接口與程序設計器相連，起到機械手自動化控制的作用。

2.2 數據采集板卡。數據采集板卡主要是采集控制所需的模擬量數據，根據系統設計需求，采用型號為HYVJ-KIB15690 數據采集板卡，該數據采集板卡性能高，且數據采集速度較快，通過一個2路六位模擬量輸入模塊，采集控制數據，通過ISA 總線使服務器與數據采集板卡互聯，即可控制數據采集板卡運行。

2.3 模擬數字轉換器。數據采集板卡采集到的模擬量數據不符合系統運行需求，在此基礎上設計模擬數字轉換器轉換采集數據。模擬數字轉換器的精準度直接影響此次設計系統控制的精準度，因此根據系統的需要設計型號為AGVD-SDNV1400 的32 位半閃速結構模擬數字轉換器，該型號模擬數字轉換器不僅具備高速模擬數字轉換的功能，并且AGVD-SDNV1400 模擬數字轉換器還具有轉換保持電路功能。該型號模擬數字轉換器主要性能指標為：20V 多電源供電、分辨率為32 位、20MSPS 最大轉換速率、60ms 裝換周期、2.5 個時鐘的轉換數據等待時間。AGVD-SDNV1400 模擬數字轉換器各個引腳功能，如表1 所示。

表1 模擬數字轉換器引腳功能

結合表1 所示，為模擬數字轉換器引腳功能基本信息。通過模擬數字轉換器，實現對控制數據的高效轉換，得到系統能夠識別的控制數據類型。

3 工業機械手自動化控制系統軟件設計

本文基于PLC的可設計性，將其應用到系統軟件設計中，具體應用流程，如圖2 所示。

圖2 系統軟件流程圖

如上述圖2 所示，在下述研究中主要將其分為3 步實現。

3.1 基于PLC采集機械手自動化數據。在軟件設計過程中，按照對應設計原則，基于PLC采集機械手自動化數據。本文選取3 個端口，分別表示為PLC（1.0/2.0/3.0），完成設計后，對機械手自動化運行工作的實施進行終端數據采集。將PLC（1.0）定義為“001”通信方式，隨后兩個端口的通信地址分別表示為“0101”與“10100”，在完成終端數據的定位后，輸入通信指令，使數據呈現一定并行排列方式，輸出端口數據。

3.2 建立PPI 高級機械手自動化控制協議。在完成數據采集工作的基礎上，本文將應用Interbark 通訊網絡，遵循高級協議內容，在支持多路同步自動化的行為上，對循環的次數進行具體限制。具體內容如下。本文建立的PPI 高級控制協議具體信息，如表2 所示。

表2 PPI高級控制協議具體信息

結合表2 所示，考慮到實際機械手自動化過程中信息量不大，上述PPI 高級控制協議即可滿足機械手自動化控制需求。

3.3 實現機械手自動化控制。基于PLC技術的應用，應按照信號濾波的表述方式，將平流電轉變為交流電，并記錄每次數據發生變化的行為，通過控制信號電壓值，實現對終端電壓數據與信號的有效控制。并以獲取的數據為依據，進行機械手在不同運行狀態下耗能的分析。假定輸出的數據值較之前低，則可保留數據，倘若輸出的數據值較之前高，則保留兩組數據中數值較低的一組。綜上所述，通過調控數據實現在不同滿載狀態下對數據的控制，實現在終端對信息頻率的有效控制。可以利用PLC對該機械手狀態進行判定，進而對機械手自動化運行全過程進行控制，為機械手自動化控制提供強有力的方法支持。以此，實現系統設計。

4 實例分析

4.1 實驗準備。設計實例分析，以型號為HZH-052-A255 機械手為本次實驗對象，對其執行自動化控制操作。本次實驗流程圖，如圖3 所示。

圖3 實驗流程圖

結合圖3 所示，完成上述實驗操作。為避免其他變量對實驗結果的影響，在本次實驗過程中，統一設定機械手自動化控制數據傳輸參數。首先，使用本文基于PLC設計系統執行機械手自動化控制，通過matalb 軟件測得其控制波特率，設為實驗組；其次，使用傳統系統執行機械手自動化控制，通過matalb 軟件測得其控制波特率，設為對照組。由此可見，本次實驗對比指標為控制波特率，控制波特率越高證明針對機械手控制效率越高。設置10 組實驗，記錄實驗結果。

4.2 實驗結果分析與結論。整理實驗結果，如表3 所示。

表3 控制波特率對比表

通過表3 可知，本文基于PLC設計系統控制波特率高于對照組，能夠極大幅度上提高控制效率，具有現實推廣價值以及實際應用價值。

5 結論

本文通過實例分析的方式，證明了設計控制系統在實際應用中的適用性，以此為依據證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統工業機械手自動化控制中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次控制波特率測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高控制波特率測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。還需要對機械手的優化設計提出深入研究，以此為提高機械手的質量提供建議。