PLC 在机械手控制中的应用

□金洪吉

一、机械手系统的设计

所谓机械手装置，是一种专门用于模仿人手动作与操作的一种机械类装置，其可以代替人手进行相应的抓、吸、拿等相应的动作，主要由托盘、手臂、手掌等部分组成。机械手的工作流程主要是:由A 处移动到B 处，抓住相应的物体或者工件，然后将物体带到某一指定的位置C 处，然后回归到初始位置。机械手的底盘运转是由一个直流电动机进行驱动与操控的，可以使机械手完成顺时针、逆时针等多个方位的旋转;机械手臂同样是由另外一个电动机进行旋转，可以实现升降、伸缩等功能，而机械手的手掌则是由相应的电机控制，可以达到抓、拿、松等各种功能，在各个部件的灵活配合下，实现对目标物的抓取与操作。

(一)对直流电机的控制。在现实工业生产过程中，很多使用的都是流水线操作，而在流水线操作中，直流电机的正反两个方向的控制是应用较为广泛的一种形式，这种形式虽然在实现上较为简单，但是在其实现过程中需要注意以下两点:一是需要根据不同的应用电路对机械电流的要求，设计不同的控制继电器，有些电路中不允许有正反两个形式。所以在这种模式下，仅仅是依靠软件程序对相应的电器进行控制显然是不牢靠的，需要进行手动的操控。这种情况出现的原因在于PLC 所能够执行的指令是非常迅速的，而在电路外部的线圈指令传导等则需要有相应的时间差，在这种时间差作用下很难与内部的PLC 控制系统达成相应的同步。二是在现实的生产应用领域，可以使用H 桥驱动相应的直流电机，进而达到双方向的同步控制。H 桥电路的结构本身十分简单，它在不同领域的应用十分普遍。源于这种电路的KM1 或者KM2 在单独使用时，直流电机便可以达到单独的闭合或者单独的旋转。而在两者都闭合或者都不闭合时，便可以达到电驱的短接。因此这种形式对于大容量的直流电动机来说不太合适。

(二)对步进电机的控制。第二种电机便是指步进电机，这种电机属于一种可以将电脉冲信号采取一定的方式转换成相应的角位移或者直线的位移，这是一种控制微电机，它能够达到的位移量与控制系统所能够输入的脉冲数呈明显的正比例关系，而它的平均速度则是和控制系统对脉冲的输入频率有正比例关系。另外，在正常的工作过程中，它可以实现由一种运动状态向着另外一种运动状态转换，这种转换可以保证其自身较好的稳定性，不会因为转变而产生一定的波动或者不稳定，具有很好的可靠性。这种控制属于一种性能十分好的驱动电机，在开环控制模式下，它是通过一定频率的脉冲进行相应的控制，它所能够达到的扫描周期通常情况下都在几毫秒左右，多的情况下也就是十几毫秒，所以源于PLC 的扫描模式以及其相应的扫描周期的影响，步进电机不能够在频率较高的模式下工作，它可以在相对较低的频率模式下正常运转与工作。

步进电机一般的运转速度和相应的控制系统的频率脉冲成正比例关系，在相对较低的频率下运转时，它的转速一般会很低，为了确保其工作的稳定性以及系统的定位准确性，机械手的工作台不可以偏移太大的距离，以免不稳定因素的出现。在定位的时间相对较长的情况下，为了很好地保证相应的准确性定位，需要保证脉冲信号的低量性，但是这样又产生了定位速度的不稳定性。为了很好地解决这一问题，既能够提高稳定性又能够降低相应的速度要求，步进电机和生产机械的连接有许多种类，可以根据相应的要求对其进行有针对性的选择。

PLC 只有在和步进电机达到一定的协调配合的情况下才能达到对运动的控制，在这种情况下需要对PLC 内部进行一定的设定与设计，亦或者是编制相应的程序控制，这样便可以实现相应的协调控制。此外，步进电机的控制还需要运用高速脉冲控制，因此PLC 所要使用的应该是高速脉冲的晶体管模式，而不应该是继电器模式。

二、机械手系统程序设计

(一)手动方式回原点。手动回归原点主要有三个程序阶段，在第一个程序段时，需要将机械手的底盘进行相应的顺时针旋转，第二阶段需要机械手的手臂进行相应的回收运转;第三阶段便是立杆的上升回收。这三个步骤都有其相应的特点与注意事项，本文仅就第一阶段进行相应的解释。旋转操作按钮的手动方式，停止自动化控制，实现手动控制，随后按下SB10 按钮，这样便可以实现底盘的顺时针旋转，而在触动了X3 按钮之后，便意味着底盘的旋转达到了最后阶段，这时便可以旋转停止底盘的顺时针旋转。

(二)直流电机的运行。对于直流电机的运转，本文主要解释相应的底盘顺时针旋转阶段。在机械手的X10 与X6 等四个相应的开关处于闭合状态后，这时底盘便开始了顺时针旋转运动，而在旋转到一定的位置时，便可以触动停止开关X3，此次底盘的旋转运动便可以停止了。

(三)步进电机的可调速运行。源于步进电机能够控制立杆的伸缩，所以在正常使用过程中，会涉及到伸缩的长度大小以及伸缩的速度大小问题，本文对立杆的伸缩速度大小方面进行了相应的解释。在立杆上升过程中，速度相对来说较快，能够快速达到上限位阶段，这时便可以依据相应的脉冲指令对其进行一定的减速处理，使得立杆能够逐渐慢下来，另外，在这种操作中，需要保证速度转换的平缓，不应该出现碰撞等现象。在立杆上升过程中，通常会使用S1 模式，这样脉冲一般会在两千赫兹左右，这时的速度相对来说是比较大的，而在需要转换速度的时候，将脉冲转换成一千赫兹，这样可以实现快慢之间的转换，进而实现伸缩自如的目的。

三、系统调试

(一)硬件调试。一般情况下系统调试会有两个部分，一是硬件方面的调试，二是软件方面的调试。在硬件调试过程中，需要检查各个按钮、开关等方面是否正常运转，另外还要检查相应的机械机构以及机械手是否碰触到相应的其他物体，防止出现卡死、打滑的问题。

(二)软件调试。系统调试的另外一种模式便是软件调试，这种调试主要是涉及到运动控制的调试，在进行编程之初，需要将可运动单元的速度进行较好的控制，防止出现速度过高而引起的软件运转失控。相应的调试程序式可以较好地将相应的指令与程序进行试运行，在试运行时发现其中隐藏的安全以及影响正常运转的问题，并且在调试过程中对其进行相应的解决与处理。对于相对较为复杂的功能控制来说，假如在运动过程中对相应的速度进行转换与改变，这样便可以首先让整个系统在某一特定的速度条件下运动起来，这样在保证了运行正常之后，再使用某种方式对速度进行一定的改变与处理。

四、结语

总的来说，PLC 系统相对简单易懂，在其使用与维护过程中较为方便，它在运行过程中能够保证自身的稳定性，具有相对较高的可靠性，而且它设计起来相对简单，能够在较短的时间内完成施工设计。PLC 可进行模拟量控制，位置控制。在机械手系统中，PLC 的内部继电器可代替所有用于逻辑控制的中间继电器，使噪音下降，使用设备寿命延长，体积减小。

［1］朱晖．PLC 在机械手控制系统中的应用［J］． 机电产品开发与创新，2007，1

［2］石玉明，李锡辉．PLC 在机械手控制装置中的应用［J］．自动化技术与应用，2007，5