基于PLC的工业机械手的自动化控制

沈桥

摘 要：随着工业控制系统自动化的不断发展，PLC 技术被广泛应用到工业机械手控制系统中。PIC技术在工业机械手控制中的应用，极大地提升了工业机械手的工作质量和效率。文章对工业机械手做了简单阐述，并对基于 PLC 的工业械手自动化控制进行了探讨。

关键词：PLC;工业机械手;自动化控制

一、引言

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类机械的生产过程。PLC能直接应用于工业环境，它必须具备很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般的微机控制系统的一个重要特征。它是“数字运算操作的电子系统”，也是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编写方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易與“工业控制系统连成一体”，易于“扩充”。

PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、编程装置和电源组成。有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成用户某些特殊的功能任务。PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。

工业机械手是实现机械化和自动化有机结合的一种新型装置设备。机械手一般由执行、驱动和控制系统等组成，可完成移动、抓取等动作[1]。工业机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手的研制和生产以及使用已经成为高新技术领域迅速发展崛起的一门新兴技术。与此同时，PLC（可编程逻辑控制器）用可编程的存储器， 通过内部存储程序， 执行逻辑运算， 顺序控制， 定时， 计数与算术操作等面向用户的指令， 并通过数字或模拟信号的输入/输出控制各类机械和生产设备。

PLC系统设计简单，维护方便，已越来越多的在工业机械手的控制系统中得到应用。采用PLC来控制工业机械手实现各种预定的动作轨迹，使得工业机械手的自动化控制水平更高，它的运行能不断地代替工人来完成重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，可以减轻工人的劳动强度、提高生产效率以及产品加工的质量。

二、PLC在工业机械手自动化控制中的优势

1.良好的输入/输出接口和模块化结构

工业机械手高度自动化的实现是以PLC系统良好的输入/输出接口为基础的，在工业机械手运行控制使用过程中，输入/输出接口连接的快速响应，可以为工业机械手的精准动作运行和快速反应提供极大便利，进而大幅度提高生产工作效率。要实现工业机器人基本控制功能的提升，PIC技术就要满足一定的接口性能[2]。PLC 技术运用与工业机械手控制过程相适应的输入/输出模块，可以处理强弱、电位不同的工业现场信号，从而达到整体控制效果，实现工业机械手控制的自动化。

为了更好地满足工业控制需要，在PLC系统技术发展过程中，小型的 PLC 系统逐渐被整合，进而转化为功能更加强大的模块化结构。在模块化结构设计的PLC 系统中，PLC的各个结构部分将被按功能区分开，例如中央处理器模块、输入/输出模块和存储器模块等，采用模块化设计各个结构部分，然后模块连接起来形成一个全新的系统，还可以根据不同控制系统的需求，对PLC功能模块进行调节，最终达到所需要的自动化控制的目标。

2.可靠性高，编程简单易学

高度自动化的工业机械手运行的稳定性是以PLC的高可靠性为基础的。PLC 是一种可以实现逻辑控制的高可靠系统，主要性能表现： 有性能优良的开关电源，实现良好的通断操作;能实现自我诊断，当被控制的工业机械手出现故障时，系统可以根据自我诊断找到故障位置;可以对机械手运动轨迹进行严格控制，在工业机械手运行过程中，通过 PLC 可以实现对机械手的运行进行控制，提高工业机械手运行效率和准确性;抗干扰、屏蔽能力强，提高了系统运行的可靠性和稳定性。

根据工业机械手工作环境的多样性和工作要求的复杂性，PLC系统控制的可编程性就符合这种柔性化的控制需求。对于工业机械手，程序编写设计主要包括手动程序设计， 停止、急停、复位、报警等程序设计和自动运行程序设计[3]。基于PLC 系统的编程较简单，不需要有特别专业化的计算机知识，只需要懂得一些基本的电气控制知识，很多工程人员就可以完成系统的编程工作，对系统进行编程。

3.安装简单，维修方便

工业机械手运行的灵活性依赖于PLC控制的灵活性，PLC可以在工业环境下直接安装并操作，打破了传统的控制系统需要专门的控制室这一限制。PLC 控制工业机械手，具体是将PLC相应的输入/输出端口与工业机械手相关接口直接进行连接，然后对工业机械手的运行轨迹进行具体的控制，使得工业机械手的控制使用变得更加方便快捷，而且在各个控制环节都可以安装相应的运行按钮和故障显示灯或者蜂鸣报警器，对运行情况进行实时监测，一旦运行过程中出现任何问题，都可以及时停止运行，查找并排除故障，因此提高了整个运行系统的故障处理水平，使得维修更加方便。

三、PLC在工业机械手自动化控制中的探讨

1.顺序控制中的PLC应用

在实际工业控制现场，工业机械手的主要工作是要完成上升下降、前后左右移动和夹紧放松等动作，控制环节表现为逻辑顺序控制。之所以在工业机械手控制应用中选择PLC系统，是因为逻辑顺序控制是PLC控制的突出功能。在具体的工业机械手控制应用中，现场操作控制人员运用PLC技术对机械手的运动控制流程进行程序设计，并且在某些环节可以直接将控制系统当作工业机械手控制器使用。工业机械手的顺序动作要靠PLC的顺序控制功能，通过对工业机械手各个运行步骤的紧密结合实现高效率工作。具备PLC顺序控制功能的工业机械手，极大地优化了工业生产的效率、质量和成本。

2.开关量控制中的PLC应用

开关量控制是PLC技术应用的一大功能特征，这一控制功能能够实现工业机械手运动状态的高效、准确切换，可以有效避免传统控制系统中人为控制的差错。这可以极大满足工业机械手自动化控制的需要，传统的控制方法也将会被革新，PLC应用中的开关量的智能控制应用也将会进一步推进我国工业自动化技术的发展。

3.PLC应用的故障分析

由于工业机械手运行工作环境的多样化、复杂化，它在运行过程中难免会发生一些故障问题，当故障发生时需要及时作出应对解决措施，最大限度地减少或避免造成人员以及机械设备的损伤。工业机械手控制系统的紧急控制按钮，可以通过 PLC 中软继电器把信息传到系统，软继电器会在接到指令的同时做出对应措施，制止工业机械手再次运转，从而避免工业机械手造成连续损坏。另外，在工业机械手的控制功能方面，PLC 技术在工业机械手自动控制的应用，有利于对工业机械手手臂侧进行控制，特别是传达信号时，可以利用 PLC 技术把开关信号及时传入可编程控制器，进行分析和读取工作;通过控制面板为工业机械手的顺利运行提供保障;当发现工业机械手电气控制系统中有异常时，实现及时报警功能等。

四、结语

由于 PLC 具有可靠性高、稳定性强、灵活性好等优点，使得基于 PLC 的工业机械手控制技术得到快速发展。在高温、高压、粉尘和放射性场所，工业机械手的应用十分广泛，而PLC 的应用进一步提高了工业机械手的自动化控制应用水平，例如对程序进行启动、停止，对机械手的上下、前后、左右以及抓取运动进行控制，对抓取过程中的各种故障进行自动诊断和处理等，都可以通过 PLC 技术的应用得以实现。

参考文献

[1]李婷婷.PLC在机械手自动控制系统中的应用[J].現代制造技术与装备， 2017 （10）：163-164.

[2]朱玉坤.PLC技术在工业机器人中的应用[J].山东工业技术，2019（5）：174.

[3]李晓波，崔琪.基于PLC的工业取料机械手控制系统设计[J].机械制造与自动化， 2007 （4）：119-120;123.

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