沈橋

摘 要：隨著工業(yè)控制系統(tǒng)自動化的不斷發(fā)展，PLC 技術(shù)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)機械手控制系統(tǒng)中。PIC技術(shù)在工業(yè)機械手控制中的應(yīng)用，極大地提升了工業(yè)機械手的工作質(zhì)量和效率。文章對工業(yè)機械手做了簡單闡述，并對基于 PLC 的工業(yè)械手自動化控制進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：PLC;工業(yè)機械手;自動化控制

一、引言

PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類機械的生產(chǎn)過程。PLC能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具備很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般的微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。它是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，也是一種計算機。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編寫方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”，易于“擴充”。

PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、編程裝置和電源組成。有的PLC還可以配備特殊功能模塊，用來完成用戶某些特殊的功能任務(wù)。PLC通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后PLC要反復(fù)不停地分段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。

PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。

工業(yè)機械手是實現(xiàn)機械化和自動化有機結(jié)合的一種新型裝置設(shè)備。機械手一般由執(zhí)行、驅(qū)動和控制系統(tǒng)等組成，可完成移動、抓取等動作[1]。工業(yè)機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械手的研制和生產(chǎn)以及使用已經(jīng)成為高新技術(shù)領(lǐng)域迅速發(fā)展崛起的一門新興技術(shù)。與此同時，PLC（可編程邏輯控制器）用可編程的存儲器， 通過內(nèi)部存儲程序， 執(zhí)行邏輯運算， 順序控制， 定時， 計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令， 并通過數(shù)字或模擬信號的輸入/輸出控制各類機械和生產(chǎn)設(shè)備。

PLC系統(tǒng)設(shè)計簡單，維護方便，已越來越多的在工業(yè)機械手的控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。采用PLC來控制工業(yè)機械手實現(xiàn)各種預(yù)定的動作軌跡，使得工業(yè)機械手的自動化控制水平更高，它的運行能不斷地代替工人來完成重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，可以減輕工人的勞動強度、提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品加工的質(zhì)量。

二、PLC在工業(yè)機械手自動化控制中的優(yōu)勢

1.良好的輸入/輸出接口和模塊化結(jié)構(gòu)

工業(yè)機械手高度自動化的實現(xiàn)是以PLC系統(tǒng)良好的輸入/輸出接口為基礎(chǔ)的，在工業(yè)機械手運行控制使用過程中，輸入/輸出接口連接的快速響應(yīng)，可以為工業(yè)機械手的精準(zhǔn)動作運行和快速反應(yīng)提供極大便利，進(jìn)而大幅度提高生產(chǎn)工作效率。要實現(xiàn)工業(yè)機器人基本控制功能的提升，PIC技術(shù)就要滿足一定的接口性能[2]。PLC 技術(shù)運用與工業(yè)機械手控制過程相適應(yīng)的輸入/輸出模塊，可以處理強弱、電位不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，從而達(dá)到整體控制效果，實現(xiàn)工業(yè)機械手控制的自動化。

為了更好地滿足工業(yè)控制需要，在PLC系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展過程中，小型的 PLC 系統(tǒng)逐漸被整合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為功能更加強大的模塊化結(jié)構(gòu)。在模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的PLC 系統(tǒng)中，PLC的各個結(jié)構(gòu)部分將被按功能區(qū)分開，例如中央處理器模塊、輸入/輸出模塊和存儲器模塊等，采用模塊化設(shè)計各個結(jié)構(gòu)部分，然后模塊連接起來形成一個全新的系統(tǒng)，還可以根據(jù)不同控制系統(tǒng)的需求，對PLC功能模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到所需要的自動化控制的目標(biāo)。

2.可靠性高，編程簡單易學(xué)

高度自動化的工業(yè)機械手運行的穩(wěn)定性是以PLC的高可靠性為基礎(chǔ)的。PLC 是一種可以實現(xiàn)邏輯控制的高可靠系統(tǒng)，主要性能表現(xiàn)： 有性能優(yōu)良的開關(guān)電源，實現(xiàn)良好的通斷操作;能實現(xiàn)自我診斷，當(dāng)被控制的工業(yè)機械手出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以根據(jù)自我診斷找到故障位置;可以對機械手運動軌跡進(jìn)行嚴(yán)格控制，在工業(yè)機械手運行過程中，通過 PLC 可以實現(xiàn)對機械手的運行進(jìn)行控制，提高工業(yè)機械手運行效率和準(zhǔn)確性;抗干擾、屏蔽能力強，提高了系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

根據(jù)工業(yè)機械手工作環(huán)境的多樣性和工作要求的復(fù)雜性，PLC系統(tǒng)控制的可編程性就符合這種柔性化的控制需求。對于工業(yè)機械手，程序編寫設(shè)計主要包括手動程序設(shè)計， 停止、急停、復(fù)位、報警等程序設(shè)計和自動運行程序設(shè)計[3]?；赑LC 系統(tǒng)的編程較簡單，不需要有特別專業(yè)化的計算機知識，只需要懂得一些基本的電氣控制知識，很多工程人員就可以完成系統(tǒng)的編程工作，對系統(tǒng)進(jìn)行編程。

3.安裝簡單，維修方便

工業(yè)機械手運行的靈活性依賴于PLC控制的靈活性，PLC可以在工業(yè)環(huán)境下直接安裝并操作，打破了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)需要專門的控制室這一限制。PLC 控制工業(yè)機械手，具體是將PLC相應(yīng)的輸入/輸出端口與工業(yè)機械手相關(guān)接口直接進(jìn)行連接，然后對工業(yè)機械手的運行軌跡進(jìn)行具體的控制，使得工業(yè)機械手的控制使用變得更加方便快捷，而且在各個控制環(huán)節(jié)都可以安裝相應(yīng)的運行按鈕和故障顯示燈或者蜂鳴報警器，對運行情況進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦運行過程中出現(xiàn)任何問題，都可以及時停止運行，查找并排除故障，因此提高了整個運行系統(tǒng)的故障處理水平，使得維修更加方便。

三、PLC在工業(yè)機械手自動化控制中的探討

1.順序控制中的PLC應(yīng)用

在實際工業(yè)控制現(xiàn)場，工業(yè)機械手的主要工作是要完成上升下降、前后左右移動和夾緊放松等動作，控制環(huán)節(jié)表現(xiàn)為邏輯順序控制。之所以在工業(yè)機械手控制應(yīng)用中選擇PLC系統(tǒng)，是因為邏輯順序控制是PLC控制的突出功能。在具體的工業(yè)機械手控制應(yīng)用中，現(xiàn)場操作控制人員運用PLC技術(shù)對機械手的運動控制流程進(jìn)行程序設(shè)計，并且在某些環(huán)節(jié)可以直接將控制系統(tǒng)當(dāng)作工業(yè)機械手控制器使用。工業(yè)機械手的順序動作要靠PLC的順序控制功能，通過對工業(yè)機械手各個運行步驟的緊密結(jié)合實現(xiàn)高效率工作。具備PLC順序控制功能的工業(yè)機械手，極大地優(yōu)化了工業(yè)生產(chǎn)的效率、質(zhì)量和成本。

2.開關(guān)量控制中的PLC應(yīng)用

開關(guān)量控制是PLC技術(shù)應(yīng)用的一大功能特征，這一控制功能能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機械手運動狀態(tài)的高效、準(zhǔn)確切換，可以有效避免傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中人為控制的差錯。這可以極大滿足工業(yè)機械手自動化控制的需要，傳統(tǒng)的控制方法也將會被革新，PLC應(yīng)用中的開關(guān)量的智能控制應(yīng)用也將會進(jìn)一步推進(jìn)我國工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展。

3.PLC應(yīng)用的故障分析

由于工業(yè)機械手運行工作環(huán)境的多樣化、復(fù)雜化，它在運行過程中難免會發(fā)生一些故障問題，當(dāng)故障發(fā)生時需要及時作出應(yīng)對解決措施，最大限度地減少或避免造成人員以及機械設(shè)備的損傷。工業(yè)機械手控制系統(tǒng)的緊急控制按鈕，可以通過 PLC 中軟繼電器把信息傳到系統(tǒng)，軟繼電器會在接到指令的同時做出對應(yīng)措施，制止工業(yè)機械手再次運轉(zhuǎn)，從而避免工業(yè)機械手造成連續(xù)損壞。另外，在工業(yè)機械手的控制功能方面，PLC 技術(shù)在工業(yè)機械手自動控制的應(yīng)用，有利于對工業(yè)機械手手臂側(cè)進(jìn)行控制，特別是傳達(dá)信號時，可以利用 PLC 技術(shù)把開關(guān)信號及時傳入可編程控制器，進(jìn)行分析和讀取工作;通過控制面板為工業(yè)機械手的順利運行提供保障;當(dāng)發(fā)現(xiàn)工業(yè)機械手電氣控制系統(tǒng)中有異常時，實現(xiàn)及時報警功能等。

四、結(jié)語

由于 PLC 具有可靠性高、穩(wěn)定性強、靈活性好等優(yōu)點，使得基于 PLC 的工業(yè)機械手控制技術(shù)得到快速發(fā)展。在高溫、高壓、粉塵和放射性場所，工業(yè)機械手的應(yīng)用十分廣泛，而PLC 的應(yīng)用進(jìn)一步提高了工業(yè)機械手的自動化控制應(yīng)用水平，例如對程序進(jìn)行啟動、停止，對機械手的上下、前后、左右以及抓取運動進(jìn)行控制，對抓取過程中的各種故障進(jìn)行自動診斷和處理等，都可以通過 PLC 技術(shù)的應(yīng)用得以實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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