基于PLC的气动机械手模拟控制系统设计

郭志冬

（三门峡职业技术学院, 河南 三门峡 472000）

气动机械手利用气压传动实现机械动作。气压传动工作压力低，运动简单，价格低廉、抗干扰能力强，适用于各类生产环境，应用范围相对较广[1]。机械手是较早出现的代替人的劳动以实现自动化生产的机械设备，尤其在有毒和放射性等恶劣环境下，代替人的劳动保护人身安全有着重大的意义[2]。因此，机械手在自动化生产过程中受到极大的重视，被广泛应用与各个行业。机械手可以模拟你的手和臂的动作机能，在生产过程中依据一定的顺序实现抓取、升降、搬运等工作任务，是一种简化的工业机器人[3]。气动机械手可以通过PLC编程来实现各种各样的控制要求。

一、气动机械手动作模拟过程

气动机械手的模拟过程如图1所示。气动机械手将工件从A电搬运到B点。

图1 气动机械手的模拟过程

控制过程如下：将工件由A处传送到B处，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图所示，有八个动作，即为：原位、下降、加紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移、原位。

二、气动机械手动作实现过程分析

本文选用的PLC型号为FX3G-40M，系统为16输入/24输出。 气动机械手的初始状态：SQ2、SQ4闭合，SD、SQ1、SQ3断开。机械手动作的实现过程如下：

（1）闭合“启动”开关SD，Y0输出，机械手下降。手动断开上限位开关SQ2。

（2）闭合下限位开关SQ1，表示机械手下降到位。Y0断开停止下降，Y1输出夹持工件，经一段时间延时，Y2输出，机械手上升。手动断开下限位SQ1。

（3）闭合上限位SQ2，Y2断开，停止上升，同时Y3输出，机械手右移。手动断开左限位开关SQ4。

（4）闭合右限位开关SQ3，表示机械手已经移到最右边。Y3断开输出，机械手停止右移，同时Y0输出，机械手下降。手动断开上限位SQ2。

（5）闭合下限位SQ1，Y0断开，停止下降，同时Y1断开，放开工件。经一段延时，Y2输出，机械手上升。手动断开下限位SQ1。

（6）闭合上限位SQ2，Y2断开输出，停止上升，同时Y4输出，机械手左移。断开右限位SQ3。

（7）闭合左限位SQ4，若“启动”开关闭合，进行下一个工作循环；“若启动”开关断开，原位指示灯亮，机械手停在原位。

三、气动机械手控制系统设计

控制系统是机械手设计的重要组成部分，是保证机械手在工作过程中安全可靠的关键。控制系统的稳定性和可靠性的直接决定了机械手工作过程的效率，起着不可低估作用[4]。

（1）气动机械手的I/O分配表如表1所示。

表1 气动机械手的I/O分配表

（2）气动机械手的电路设计

气动机械手的接线图设计如图2所示。

图2 气动机械手的接线图

（3）程序设计

鉴于气动机械手的动作特点及PLC的程序特点，程序设计采用顺序功能图编程，提升编程的效率，从而保证气动机械手运行的运行效率，真正发挥气动机械手PLC电路程序设计的价值[5]。气动机械手的顺序功能图程序如图3所示。

图3 气动机械手的顺序功能图程序

四、系统调试

根据图2气动机械手的接线图连接好硬件系统。根据图3气动机械手的顺序功能图程序在编程软件GX developer中编写出顺序功能图程序，然后将程序下载到PLC FX3G-40M中去。将电路通电，然后进行调试。打开开关，运行程序，实验结果表明，气动机械手工作过程严格按照原位、下降、加紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移、回原位的逻辑顺序执行，并不断的重复动作。

五、结语

设计了气动机械手的控制系统。控制过程给出了八个动作过程即原位、下降、加紧、上升、右移、下降、放松、上升、左移回原位。控制系统采用PLC作为控制器，编程采用顺序功能图，编程思路清晰，编程过程简单，动作实现可靠。该气动机械手能够满足简单的自动化搬运过程，具有结构简单，编程容易，价格低廉，操作方便等优点，有着广泛的应用场合。

以此气动机械手为基础，后期可以增加组态控制、传感器位置精度检测等环节，丰富和完善现有的控制过程和系统，可以扩展其应用场合，具有很好的推广价值。

参考文献：

[1]谢 靖,谷 敏.气动机械手PLC电路的设计浅析[J].电子测试,2017，4）：28-29.

[2]何惠湘.基于PLC的机械手控制项目教学研究[J].无线互联科技 2017，（11）(22)：92-92.

[3]曹京生,夏长凤.现代电气控制技术[M].北京：冶金工业出版社，2011.

[4]王建国,王江江,等.基于PLC的机械手设计[J].中国新技术新产品 2017，（3）：15-16.

[5]谢 靖,谷 敏.气动机械手PLC电路的设计浅析[J].电子测试,2017，（4）：28-29.