基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計研究

摘要：在自動控制技術(shù)不斷進(jìn)步的過程中，現(xiàn)代化程度要求越來越高的技術(shù)指標(biāo)，自動控制領(lǐng)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(jié)合了電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PLC控制;氣動機械手;系統(tǒng)設(shè)計;智能應(yīng)用

1有關(guān)PLC程序設(shè)計算法分析

1.1遞推法

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

1.2分治法

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

1.3回溯法

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

1.4貪婪法

在范圍內(nèi)將所有和條件吻合的情況進(jìn)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(shè)計根據(jù)基本思維符合設(shè)計要求的思路進(jìn)行選取，所以在執(zhí)行過程中需要對每個步驟進(jìn)行一起一停的操作方式，另外將限制條件加入線圈內(nèi)，利用基本控制程序?qū)崿F(xiàn)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(xù)設(shè)計圖，在過程中把所有出現(xiàn)的動作當(dāng)成狀態(tài)。

2氣動機械手控制系統(tǒng)設(shè)計的研究

2.1順序功能圖

通常，我們主要將順序功能圖應(yīng)用在執(zhí)行過程按照先后次序，應(yīng)用的對象是設(shè)計動作來完成生產(chǎn)過程的正常運行時控制系統(tǒng)，按照規(guī)定的路線step-step對控制任務(wù)進(jìn)行實現(xiàn)。在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計的過程中經(jīng)常需要運用該設(shè)計方法。該SFC圖設(shè)計過程中提供了通、專兩用的設(shè)計元件，是為編程控制系統(tǒng)設(shè)計提供輔助的功能圖。在當(dāng)下進(jìn)行PLC程序設(shè)計的過程中大量應(yīng)用該功能圖。根據(jù)具體的控制任務(wù)，設(shè)計過程從原點左側(cè)到右側(cè)依次執(zhí)行動作任務(wù)，根據(jù)功能圖依次進(jìn)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(zhí)行過程中出現(xiàn)，比如停電、執(zhí)行錯誤等意外情況，就要轉(zhuǎn)換為手動控制方式，所以需要進(jìn)行手動控制設(shè)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(guān)會進(jìn)行閉合，并進(jìn)行水平伸出操作。當(dāng)傳感器完成檢測任務(wù)以后會將控制指令直接發(fā)出，此時開啟的X1不再伸出。其他工作任務(wù)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(dāng)X11，12，13，14，15，16，17，20，21，22，23同時存在并且處于開啟狀態(tài)的只有一個的時候，此時就要用到轉(zhuǎn)換開關(guān)，使用轉(zhuǎn)換開關(guān)的目的就是為了實現(xiàn)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(fā)生的概率。自動切換開關(guān)X10處于開啟狀態(tài)時，系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)，當(dāng)X10為關(guān)閉狀態(tài)的時候，此時系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)。方式開關(guān)是決定系統(tǒng)原始狀態(tài)是自動還是手動控制的關(guān)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(jìn)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(jìn)行自動控制。當(dāng)控制系統(tǒng)完成一個控制周期以后，工作選擇開關(guān)會對全自動還是單周期自動操作進(jìn)行選擇。

3分析PLC控制系統(tǒng)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(tài)是當(dāng)單獨使用按鈕進(jìn)行位移時來完成對機械手的調(diào)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(jìn)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(yīng)的一系列控制按鈕進(jìn)行手動操作機械手的執(zhí)行。當(dāng)閉合開關(guān)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(xiàn)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(guān)。

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(xù)形式和周期形式。以上三種形式的主要區(qū)別在于是允許轉(zhuǎn)換標(biāo)志還是連續(xù)標(biāo)志。非單步和單步的主要區(qū)別在于：當(dāng)系統(tǒng)在執(zhí)行周期性或者連續(xù)性工作的時候，的觸點實現(xiàn)，對步與步轉(zhuǎn)換方式的允許。

4結(jié)語

總之，作為一種能夠進(jìn)行自動定位的控制設(shè)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(shè)備。它在工業(yè)自動化生產(chǎn)中占據(jù)著重要的位置。未來有關(guān)人員還需要對其展開更進(jìn)一步的探討。

參考文獻(xiàn)：

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[2]氣動機械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J].楊密.裝備制造技術(shù).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(shè)計技術(shù)員（數(shù)控銑工技師），研究方向：基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計研究。