基于PLC的气动机械手控制系统设计

张清郁（河南工业贸易职业学院，河南郑州　451191）



基于PLC的气动机械手控制系统设计

张清郁
（河南工业贸易职业学院，河南郑州451191）

摘要：机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器，在工业自动化生产中占据着重要位置。驱动方式可以液压传动、气压传动，也可以是电气控制等方法。随着传感器技术、气动技术、计算机技术等发展，基于计算机技术为基础的控制技术发展较快，其中气动技术以经济、廉价、灵敏等优点，而成为研究热点之一。

关键词：PLC；机械手；气动技术

随着社会与科技的进步，工业生产自动化设备越来越广泛应用，其中机械手的诞生就是基于生产技术不断提高，是现代生产与科技应用相结合形成的一个重要技术。气动机械手以其取之不尽、用之不完的气源，及较低地生产成本受用户喜爱，各国对气动机械手的研究越来越重视，现已发展成为满足生产需要的一种重要的实用技术。

1　相关技术概况

（1）气动技术。气动技术是以压缩空气为工作介质来进行能量与信号传递的，是实现各种生产过程和自动控制的一门技术。近二十年来气动技术以节能、高效、成本低廉、无污染等优点发展比较快，在机械工业、轻工业、化工、冶金、电子工业等均广泛应用。气动元件主要向着电气一体化、小型化、复合集成化、高速度和高出力方向发展，在促进工业自动化的发展中起到了极为重要的作用。

（2）PLC技术。PLC中采用与继电接触器相似的梯形图作为主要编程语言。其各组成运算、处理的存储单位均称为继电器。在工艺发生变化时，需要重新设计、布线、装配与调试。软件设计主要指以生产工艺要求和现场信号与PLC编程元件的对照表为依据，根据程序设计思想，绘出流程图，然后以编程指令为基础，画出程序梯形图，编写程序注释。

（3）机械手技术。机械手是模仿着人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求来实现自动抓取、搬运的机械自动化控制装置。随着科技进步，自动化领域使用机械手越来越广泛，最近几年我国机械手每年增加数量较大，基于气动技术控制系统中以压缩空气为能源，取之不尽、用之不绝。具有设备结构简单、动作迅速、反应灵敏、节能等优点，特别是没有污染，易于控制非常符合现代绿色制造的发展方向，目前在食品包装、医药传输等均有较多应用。

2　系统实现

Gx-Developer8编程软件为用户提供了程序录入、编辑、监控等手段，与手持式编程器相比，其功能强大、使用方便，编程电缆的价格比手持式编程器便宜很多。Gx-Developer8编程软件的主要功能有：①可通过梯形图符号、指令语言及SFC符号来创建程序，程序中可加入中、英文注释，建立注释数据及设置寄存器数据。②能够监控PLC运行时的动作状态和数据变化等情况，还有程序、监控结果的打印功能。③通过串行口通信，可将用户程序和数据寄存器中的值下载到PLC，可以读出未设置口令的PLC中的用户程序，或检查计算机和PLC中的用户程序是否相同。

3　系统测试PLC程序输入与仿真调试

（1）PLC程序的规则。①触点之间应紧密相连，否则转换后也会自动紧密相连。②垂直线段应与触点紧密相连，否则程序可能无响应或者报错。③输入元件标号，注意不要将数字0误为字母O。④输入定时器、计数器线圈，切记输入参数，而且标号和参数之间须留有空格。⑤指令和操作数之间需留有空格。⑥梯形图中的交叉线即为连接线，这点与电路图不同。

（2）测试系统的总体原则。①安全可靠原则。调试环节是设备投入运行的重要环节，直接关系设备运行性能和设计制造团队的专业水准。接线完全按设计标准施工，保证可靠接地，既安全可靠又抑制干扰；网络断开时能保证设备正常调试、工作。②方便操作和维修原则。在设备整个设计过程中要结合现代设计与绿色制造理念的要求，要求环保、外形美观，充分满足人体结构与视觉特征需求。人机界面尽可能美观、视觉效果好。设计人员充分考虑安装调试人员的文化层次与技术掌握层次要求，尽可能简单。③先进性原则。设备在结构设计时要充分考虑现代电子产品结构、通风散热条件、线路布局合理。利用现代软件设计思想，模块化、结构化设计以满足系统扩展性能要求。现代设计要考虑远程控制问题，方便客户与企业之间的联系，以提高工作效率。

4　设计成果

在PLC广泛应用于机械行业前，一般的机床控制及自动化设备中采用的继电接触器控制系统，其特点中触点较多，可靠性不是太高，成本也不低。随着PLC控制器的广泛采用，利用PLC进行电气改造的项目越来越多，在自动化领域显示了强大的生命力。采用PLC技术来进行各种工业机械手模型运行的一系列控制，其控制系统采用的大部分是将继电接触器系统的“硬件接线”更为用“软接线”方法的程序控制，使得系统的硬件结构大为简化，同时大大提高了系统可靠性和灵活性，降低了近40%成本。文章研究过程中采用手动、半自动、全自动三种控制方式，利用光电开关作为检测装置，对各气缸运行到位情况检测，形成利用传感器、气动、机械、PLC等形成的智能化控制装置。使笔者对文章研究工作有了更全面的训练，更加清楚接到项目后如何利用现有条件与创造条件完成的思路，将理论知识与工程项目结合的实现路线。当然，机械手模型系统的信号输入输出点数较多，工作方式采用程序方式，其编程多样性等需要掌握，所以对技术人员的水平相对提高且要求有实践经验。

5　结语

基于PLC的气动机械手控制系统的设计程序测试部分，对设备出厂功能保证提供了较强有力的技术支持，在保证设备完好、提高检测设备的速度、可视性方面有较大好处，特别是给客户提供了一个较为直观的窗口了解设备的工作原理、运行状态、可靠性程度等。总体上有设计上可操作性更好，检测手段以保证设备更加可靠；人机界面要更加友好，给客户带来更加方便操作。测试时要求更加容易掌握其要领，更加容易让新技术员掌握。掌握对此类工程项目程序仿真调试、联机调试的方法与实现系统功能，对以后参加类似的工程项目将取到触类旁通的作用。

参考文献

［1］史国生.电气控制与可编程控制器技术［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］王晓晖.自动化立体仓库堆垛机控制系统设计［J］.制造业自动化，2002，24（9）：70-72.

Pneumatic Manipulator Control System Designbased on PLC

ZHANG Qing-yu
（Henan Industrial Trade Vocational College，Zhengzhou，Henan 451191，China）

Abstract:Manipulatorisa kindofmultifunctionalmachinewhichisautomaticallypositioning controlled and reprogrammable. It takes the significant position in the field of industrial automated manufacture.With the development of technology of transducer，pneumatic and computer，controlling technology based on the technology of computer develops quickly，among which，because of the advantages of economic，cheap and flexible，pneumatic technology becomes the focus of the study.

Key words:PLC；Manipulator；Pneumatic technology

中图分类号：TP241

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0083-02

收稿日期：2016-04-15

作者简介：张清郁（1981-），男，河南信阳人，大学本科，讲师，主要研究方向：机械制造及其自动化教学。