薛明磊 李樺芃

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的日漸發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)要求越來(lái)越高。生產(chǎn)情況逐漸向劣勢(shì)發(fā)展，對(duì)于一線操作工人的技術(shù)要求更高，操作工人的安全系數(shù)也有一定的威脅。對(duì)于一些往復(fù)動(dòng)作機(jī)械手自動(dòng)控制顯的非常重要，這樣可以避免了一些必要的的危險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;自動(dòng)控制;PLC

隨著我國(guó)現(xiàn)代科技和工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步和飛速發(fā)展，機(jī)械手已經(jīng)在國(guó)內(nèi)乃至全球得到了越來(lái)越多地使用。所以，機(jī)械手對(duì)于控制性能的要求也不斷增加。采用一種常規(guī)繼電器控制技術(shù)方法的新型機(jī)械手控制不可避免地就會(huì)出現(xiàn)不必要的問(wèn)題，例如穩(wěn)定性較差，電纜數(shù)量多，故障率高和系統(tǒng)故障。我們已建議解決這些問(wèn)題的方法。通過(guò)系統(tǒng)采用廉價(jià)的新型可編程數(shù)字邏輯處理控制器軟件來(lái)自動(dòng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制整個(gè)操作系統(tǒng)，可以大大提高邏輯控制器在系統(tǒng)正常工作運(yùn)行時(shí)的工作可靠性，降低了系統(tǒng)故障率，方便維護(hù)并做好工作。

1機(jī)械手概述

機(jī)械手臂是現(xiàn)在在機(jī)械人技術(shù)范疇中得到最廣泛實(shí)踐使用的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，在工業(yè)制作、醫(yī)學(xué)醫(yī)治、娛樂(lè)效勞、軍事、半導(dǎo)體制作以及太空探究等范疇都能見(jiàn)到它的身影。雖然它們的形狀各有不一樣，但它們都有一個(gè)共同的特色，就是能夠接受指令，精確地定位到三維（或二維）空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。

機(jī)械手臂依據(jù)構(gòu)造方式的不一樣分為多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂，球坐標(biāo)系機(jī)械手臂，極坐標(biāo)機(jī)械手臂，柱坐標(biāo)機(jī)械手臂等。右圖為多見(jiàn)的六自由度機(jī)械手臂。他有X移動(dòng)，Y移動(dòng)，Z移動(dòng)，X滾動(dòng)，Y滾動(dòng)，Z滾動(dòng)六個(gè)自由度構(gòu)成。

水平多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂通常有三個(gè)主自由度，Z1滾動(dòng)，Z2滾動(dòng)，Z移動(dòng)。經(jīng)過(guò)在履行終端加裝X滾動(dòng)，Y滾動(dòng)能夠抵達(dá)空間內(nèi)的任何坐標(biāo)點(diǎn)。

直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂有三個(gè)主自由度。X移動(dòng)，Y移動(dòng)，Z移動(dòng)構(gòu)成，經(jīng)過(guò)在履行終端加裝X滾動(dòng)，Y滾動(dòng)，Z滾動(dòng)能夠抵達(dá)空間內(nèi)的任何坐標(biāo)點(diǎn)。

2機(jī)械手手臂的構(gòu)成：

一、運(yùn)動(dòng)元件。如油缸、氣缸、齒條、凸輪等是驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件。

二、導(dǎo)向設(shè)備。是確保手臂的準(zhǔn)確方面及接受由于工件的分量所發(fā)生的曲折和改變的力矩。

三、手臂。起著銜接和接受外力的效果。手臂上的零部件，如油缸、導(dǎo)向桿、控制件等都安裝在手臂上。

此外，依據(jù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)和作業(yè)的請(qǐng)求，如管路、冷卻設(shè)備、行程定位設(shè)備和自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備等，通常也都裝在手臂上。所以手臂的構(gòu)造、作業(yè)范圍、承載能力和動(dòng)作精度都直接影響機(jī)械手的作業(yè)功能。

3PLC控制程序設(shè)計(jì)

3.1控制電路設(shè)計(jì)

本次PLC選用西門子S7-200CPU226，本PLC主機(jī)擁有24個(gè)I/O口輸入，16個(gè)I/O口輸出，用去8個(gè)I/O口輸入，剩余8個(gè)端口，用去9個(gè)輸出端口，剩余5個(gè)端口。模擬量擴(kuò)展模塊選用EM231，使用1路模擬量輸入。觸摸屏選用西門子SMART700IE。

3.2主接線圖

3.3總程序設(shè)計(jì)

進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)之前，先設(shè)計(jì)出應(yīng)用程序的總體方案如圖3-2，圖中把整個(gè)程序分成五大塊，即主程序、回原點(diǎn)、手動(dòng)、自動(dòng)五部分。輸入開(kāi)關(guān)按鈕鍵入，I0.0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，程序開(kāi)始，當(dāng)觸摸屏輸入回原點(diǎn)，中間繼電器M0.0其常開(kāi)觸點(diǎn)接通，開(kāi)始執(zhí)行回原點(diǎn)程序;當(dāng)觸摸屏輸入點(diǎn)動(dòng)，中間繼電器M0.1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，開(kāi)始執(zhí)行點(diǎn)動(dòng)程序，其觸摸屏輸入半自動(dòng)，中間繼電器M0.2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，開(kāi)始執(zhí)行半自動(dòng)程序，其觸摸屏輸入全自動(dòng)，中間繼電器M0.3常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，開(kāi)始執(zhí)行全自動(dòng)程序，采用西門子公司提供的V4.0STEP7MicroWINSP6編程軟件進(jìn)行編程。

4程序調(diào)試與功能實(shí)現(xiàn)

4.1西門子S7-200的通訊

西門子PLC串行通訊方式有：RS485串口通信、PPI通信、MPI通信、PROFIBUS-DP通信、以太網(wǎng)通信。

一、PPI通訊

PPI協(xié)議是S7-200CPU最基本的通信方式，通過(guò)原來(lái)自身的端口（PORT0或PORT1）就可以實(shí)現(xiàn)通信，是S7-200CPU默認(rèn)的通信方式。

二、以太網(wǎng)通訊

以太網(wǎng)的核心思想是使用共享的公共傳輸通道，這個(gè)思想早在1968年來(lái)源于廈威爾大學(xué)。1972年，Metcalfe和DavidBoggs（兩個(gè)都是著名網(wǎng)絡(luò)專家）設(shè)置了一套網(wǎng)絡(luò)，這套網(wǎng)絡(luò)把不同的ALTO計(jì)算機(jī)連接在一起，同時(shí)還連接了EARS激光打印機(jī)。這就是世界上第一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)在1973年5月22日首次運(yùn)行。Metcalfe在首次運(yùn)行這天寫了一段備忘錄，備忘錄的意思是把該網(wǎng)絡(luò)改名為以太網(wǎng)（Ethernet），其靈感來(lái)自于“電磁輻射是可以通過(guò)發(fā)光的以太來(lái)傳播”這一想法。1979年，DEC、Intel和Xerox共同將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。1984年，出現(xiàn)了細(xì)電纜以太網(wǎng)產(chǎn)品，后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)了粗電纜、雙絞線、CATV同軸電纜、光纜及多種媒體的混合以太網(wǎng)產(chǎn)品。以太網(wǎng)是目前世界上最流行的拓樸標(biāo)準(zhǔn)之一，具有傳傳播速率高、網(wǎng)絡(luò)資源豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單和使用維護(hù)方便等很多優(yōu)點(diǎn)。

本次選擇PPI通訊使PC機(jī)與PLC相連，選擇以太網(wǎng)連接觸摸屏與PLC。

4.2PLC通信

更改PC機(jī)的TCP/IP協(xié)議，如下圖4-1所示：

連接好PLC與PC機(jī)，PLC并與觸摸屏連接。然后下載程序到PLC與觸摸屏。圖4-2

通信以后，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試。

按下開(kāi)始與回原點(diǎn)，進(jìn)行回原點(diǎn)后，開(kāi)始于原點(diǎn)顯示燈亮。

然后依次點(diǎn)擊觸摸屏實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)與功能實(shí)現(xiàn)。

5總結(jié)

基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)非常的成熟，它是集機(jī)械、液壓、電子、控制多種功能于一身的智能化控制系統(tǒng)。

讓大家清楚的了解到關(guān)于機(jī)械手的組成來(lái)源及應(yīng)用領(lǐng)域，和對(duì)現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的重要性，本文完整的設(shè)計(jì)了液壓式驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的控制系統(tǒng)在可編程控制器（PLC）和觸摸屏的控制下，實(shí)現(xiàn)把物料從一個(gè)工位傳送到另一個(gè)工位上，可以準(zhǔn)確的定位完成指定動(dòng)作。這種新型勞動(dòng)機(jī)械手的推廣引入大大地地改善了我國(guó)企業(yè)和大型工廠對(duì)于專業(yè)勞務(wù)者的基本職業(yè)技術(shù)技能要求以及對(duì)于勞動(dòng)生產(chǎn)量的嚴(yán)格控制，顯著地大大提高了我國(guó)企業(yè)的實(shí)際勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快了我國(guó)企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)大型工程批量生產(chǎn)的勞動(dòng)機(jī)械化和實(shí)現(xiàn)人力資源管理自動(dòng)化的發(fā)展步伐。熟悉了液壓系統(tǒng)在控制方面的應(yīng)用途徑;了解了PLC基本工作原理，在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)機(jī)械手在工業(yè)領(lǐng)域方面有了更加全面的認(rèn)知。

參考文獻(xiàn)

[1]陳潔.現(xiàn)代PLC控制技術(shù)與發(fā)展[J].2017：55-57.

[2]廖常初主編.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2017：4.

[3]王永華主編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京航天航社，2016：5.