材料搬運(yùn)裝置的PIC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

翟利軍

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化正迅速普及各行業(yè)中，控制器的市場(chǎng)需求量也急劇上升，其中搬運(yùn)器械的應(yīng)用也廣泛普及，主要應(yīng)用于機(jī)械加工、汽車、生產(chǎn)線、貨物裝卸等方面，能夠有效的節(jié)約能源并提高運(yùn)輸、生產(chǎn)的效率，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求。PLC綜合了計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、自動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)等各方技術(shù)，以微處理器為基礎(chǔ)成立發(fā)展而來的一種工業(yè)通用的自動(dòng)控制裝置，并以其顯著的優(yōu)勢(shì)活躍在冶金、交通、電力、化工等領(lǐng)域，成為了現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要組成部分。文章就搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一些關(guān)鍵問題談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；可編程控制器（PLC）；液壓；電磁閥

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）30-0017-02

1 機(jī)械手的概況

機(jī)械手又名自動(dòng)手，能夠模仿人的手臂的某些動(dòng)作，完成抓取、搬運(yùn)或使用工具等操作，代替人的勞動(dòng)，讓生產(chǎn)自動(dòng)化和機(jī)械化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，在危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)行以保護(hù)人的安全，因此廣泛應(yīng)用于冶金、交通、電力、化工等方面。國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于：熱加工、冷加工、拆修裝等方面，它可以增加生產(chǎn)自動(dòng)化的程度，提高生產(chǎn)率；減少人力資源的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)的成本；改善工人的從業(yè)條件，避免在高溫、高壓、低溫、低壓、有毒或是有放射性物質(zhì)存在環(huán)境下造成的人身事故；保證高速高效率的生產(chǎn)

機(jī)械手主要分為手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三個(gè)部分。其中，手部用以抓持物件，根據(jù)被抓持物件的情況，和操作要求可分為夾持型、托持型和吸附型等不同類型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是指是首部完成各種操作動(dòng)作的部分，可以讓首部完成轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)符合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)操作目的。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升與降、伸與縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，被稱為機(jī)械手的自由度。自由度是機(jī)械手的重要參數(shù)，自由度越大機(jī)械手的靈活度也就越大，但相應(yīng)的結(jié)構(gòu)也會(huì)越復(fù)雜。一般專用的機(jī)械手有2～3個(gè)自由度控制系統(tǒng)是機(jī)械手的“大腦”，通過對(duì)它的操作，可以使機(jī)械手按照操作者的意愿完成一些簡(jiǎn)單或復(fù)雜的動(dòng)作，在下面的篇幅中會(huì)詳細(xì)介紹。

2 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用

2.1 PLC

PLC全稱是可編程序控制器，是綜合了計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、自動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)等各方技術(shù)，以微處理器為基礎(chǔ)成立發(fā)展而來的一種工業(yè)通用的自動(dòng)控制裝置，并以其顯著的優(yōu)勢(shì)活躍在冶金、交通、電力、化工等領(lǐng)域，成為了現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的重要組成部分。

2.2 PLC的優(yōu)勢(shì)

在PLC以前工業(yè)生產(chǎn)中的控制是由繼電器占主要地位，傳統(tǒng)的繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抑郁掌握，且價(jià)格便宜，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。但其控制裝置不僅體積大、動(dòng)作慢，而且耗能大、功能單一，組裝還很繁瑣，因此在PLC問世以后便迅速被取代。相較于傳統(tǒng)的繼電器控制，PLC具有其顯著的優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)。

①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。

PLC能夠在電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度變換等惡劣環(huán)境中穩(wěn)定工作，其無故障時(shí)間間隔是一般微機(jī)所無法相比的。

②控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)。

因?yàn)镻LC是以軟件編程來實(shí)現(xiàn)其控制功能，所以當(dāng)控制要求改變時(shí)，不需要改動(dòng)硬件設(shè)備，只需替換相應(yīng)軟件即可。

③編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便。

④組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。

PLC既控制開關(guān)量也可控制模擬量，技能用單片機(jī)控制也能用作組成多級(jí)控制系統(tǒng)，可以控制簡(jiǎn)單的系統(tǒng)也能控制復(fù)雜的系統(tǒng)，因此有著廣泛的應(yīng)用范圍。

⑤體積小、重量輕、功耗低。

PLC使用了半導(dǎo)體集成電路，因此尺寸?。ㄒ簿褪求w積?。?、量輕、耗能低。

2.3 PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用

機(jī)械手通常用作在高溫、高壓、低溫、低壓、有毒或是有放射性物質(zhì)存在等不良環(huán)境下代替人的反復(fù)操作，從而避免了人身事故、節(jié)省人力資源。

而PLC因其可靠性高而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便，組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用廣，體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于控制復(fù)雜動(dòng)作的場(chǎng)合，比如機(jī)械手的控制。

3 搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC的內(nèi)部原理

PLC本質(zhì)上是一種用于工業(yè)控制的專業(yè)計(jì)算機(jī)，它的基本結(jié)構(gòu)實(shí)際上和微機(jī)是一樣的，其基本的引薦結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3.1.1 中央處理單元（CPU）

中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞，它根據(jù)PLC系統(tǒng)設(shè)定的功能接受從編程器輸入的數(shù)據(jù)并出巡它們，例如檢查電源、警戒定時(shí)器、存儲(chǔ)器的狀態(tài)等，并能檢查出用戶程序錯(cuò)誤的語法。

運(yùn)行PLC時(shí)，CPU會(huì)先以掃描的方式接受來自輸入裝置的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)，經(jīng)過識(shí)別后分別存入U(xiǎn)O映象區(qū)，然后再從程序儲(chǔ)存器中讀取用戶的程序，經(jīng)過命令后按照預(yù)定的規(guī)則執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。

待運(yùn)算結(jié)果出來以后傳入U(xiǎn)O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等執(zhí)行完所有的用戶程序，最后將從寄存器輸出的數(shù)據(jù)或是從UO映象區(qū)輸出的各種狀態(tài)傳遞到相

應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)往復(fù)，直到停止運(yùn)行。

3.1.2 存儲(chǔ)器

PLC與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件之外，還要有軟件，這才是完整的PLC。它的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩個(gè)部分系統(tǒng)程序儲(chǔ)存器是存放系統(tǒng)軟件的儲(chǔ)存器。

根據(jù)PLC的工作機(jī)理而言，它的儲(chǔ)存空間一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)、系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)三個(gè)區(qū)域，其中統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)又包含了UO映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等

3.1.3 PLC電源

PLC的電源是整個(gè)系統(tǒng)中十分重要的部分。無論是小型、中型還是大型的PLC，它們的電源的性能都是相同的，都是為PLC內(nèi)部的所有構(gòu)件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源以保證它們的正常運(yùn)作。

一般的交流電電壓波動(dòng)在-10%～+10%之間，因此可以將其直接接入將PLC使用。PLC一般來說使用的是220V的交流電源，其內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源課為各元件提供直流電。某些可編程序控制器也可以為少量的外部電子檢測(cè)裝置和輸入電路提供24V的直流電源。而驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般是由用戶來提供的

3.2 PLC的工作原理

可編程序控制器有運(yùn)行（RU仲與停止兩種基本的工作狀態(tài)，在運(yùn)行狀態(tài)是，通過執(zhí)行和反映控制要求的程序來實(shí)現(xiàn)控制功能為了使PLC的輸出能夠及時(shí)響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序并非只是執(zhí)行一次，而是必須不斷地重復(fù)，一直到停機(jī)或者狀態(tài)切換到停止.

在每一次的循環(huán)過程中，PLC除了執(zhí)行用戶程序之外，還需要完成內(nèi)部的信息處理、通信處理等工作。一次的循環(huán)包括了內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理這五個(gè)階段，這種周而復(fù)始、循環(huán)往復(fù)的工作方式被稱為掃描式工作

因?yàn)橛?jì)算機(jī)執(zhí)行指令的運(yùn)轉(zhuǎn)速度極高，從外部輸入一輸出的關(guān)系看來，處理過程幾乎是同時(shí)完成的。而實(shí)際上，在內(nèi)部處理時(shí)，PLC檢查CPU內(nèi)部的硬件是否正常時(shí)，同時(shí)也在講監(jiān)控定時(shí)復(fù)位，并完成一些別的內(nèi)部處理工作。在通信服務(wù)階段，PLC響應(yīng)編程器輸入的命令，與其他的帶微處理器的智能裝置進(jìn)行通信以更新顯示器的顯示內(nèi)容

響應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，機(jī)械手的應(yīng)用越發(fā)普及廣泛，在這樣的大背景下，機(jī)械手已經(jīng)在向功能專用化、結(jié)構(gòu)模塊化、可重構(gòu)化等方向發(fā)展，它的動(dòng)作越發(fā)靈活，控制方式也發(fā)展趨向多元化。在PLC的控制過程中，還有許多尚待探索與解決的問題，1'LC在機(jī)械手的開發(fā)與應(yīng)用中還具有很大的潛在空間等待人們的探索。

4 結(jié) 語

文中通過搬運(yùn)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械手運(yùn)用PLC設(shè)計(jì)系統(tǒng)之后的高效，便捷，解放勞動(dòng)者的雙手。實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)機(jī)械手的具體功能和準(zhǔn)確定位，具有較好的可靠性，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

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