氣動(dòng)機械手PLC控制系統的設計

機械手在自動(dòng)化和機械化生產(chǎn)過(guò)程中具有良好的發(fā)展效果，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械手取得了良好的發(fā)展效果，促進(jìn)了自動(dòng)化和機械化的有機結合，有效的防止對空氣造成的污染，使自動(dòng)化控制更具便捷性，對提高系統運動(dòng)的實(shí)用性和穩定性具有重要作用。

1、氣動(dòng)機械手結構及工作原理

1.1 氣動(dòng)機械手結構設計

機械手機械設備是模擬人手動(dòng)作的一項重要機械設備，在進(jìn)行結構設計時(shí)，需要合理編制程序和操作指令，來(lái)實(shí)現氣動(dòng)機械手自動(dòng)抓取和搬運等動(dòng)作的實(shí)現，強化自動(dòng)化控制效果。同時(shí)，在設計過(guò)程中，還需要將相關(guān)的電子器件及氣動(dòng)機械手融入到結構設計方案中來(lái)。系統結構的內容主要包括定位開(kāi)關(guān)、支架及汽缸等部件，在對控制系統進(jìn)行設計時(shí)，需要采用標準模塊化設計方法，確保設計內容的合理性，將氣動(dòng)裝置和PLC 控制系統納入到氣動(dòng)機械手結構設計中來(lái)，充分發(fā)揮兩者的重要作用。同時(shí)，還需要充分發(fā)揮傳感器在氣動(dòng)機械手結構設計中的重要作用，將傳感器作為重要的反饋和檢測系統，作為主要的檢測元件來(lái)使用，充分運用氣動(dòng)裝置中的電磁閥來(lái)為PLC 提供信號裝置，將PLC 作為主要的控制器，實(shí)現對整個(gè)機械過(guò)程的有效控制，確保機械手具備旋轉、上升和下降等動(dòng)作，能夠滿(mǎn)足氣動(dòng)機械手結構要求。

機械手在實(shí)際的運行過(guò)程中，需要借助1 個(gè)旋轉動(dòng)作和2 個(gè)直線(xiàn)運動(dòng)來(lái)實(shí)現，進(jìn)而完成物品的搬運任務(wù)。旋轉工作的主要內容包括擺動(dòng)汽缸、擺動(dòng)臂及擺動(dòng)位置等，旋轉工作的有效開(kāi)展需要在各個(gè)部件的相互協(xié)作下開(kāi)展，將工作行程設置為0° -180°之間。而升降運動(dòng)在實(shí)際的運行過(guò)程中與升降汽缸、導軌和垂直導柱等部件的共同作用有直接關(guān)系，通過(guò)共同作用，確保各項工作的有效完成。需要將工作行程設置為0-150cm，手部在工作中具有重要作用，需要在彈簧和汽缸的共同作用下完成挾持工件操作，要想實(shí)現對夾持力度的調節，需要通過(guò)彈簧預壓縮量來(lái)實(shí)現。

機械手在實(shí)際的工作中，要明確機械手的主要任務(wù)，將工件合格與否搬運到不同的分支流水線(xiàn)上。

1.2 氣動(dòng)機械手工作原理

氣動(dòng)機械手由手臂及基座組成，其中手臂的主要作用是能夠在基座上進(jìn)行上下直線(xiàn)運動(dòng)，可以結合自己的需要對手部進(jìn)行夾緊和放松。而基座的主要作用是完成手臂的回轉和支撐作用。氣動(dòng)機械手在實(shí)際的應用過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際需要設置不同類(lèi)型的氣缸驅動(dòng)，通過(guò)運用PLC 對電磁閥的閥芯位置進(jìn)行更改，對空氣流通的方向進(jìn)行控制，從而完成機械手的不同動(dòng)作。機械手在工作中的主要功能包括：放松功能、夾緊功能、左右旋轉和上升下降功能。

2、PLC 控制系統設計

在對氣動(dòng)機械手進(jìn)行設計時(shí)，將氣動(dòng)機械手的壓力介于0.6MPa-1.0MPa 之間，需要運用一個(gè)旋轉運動(dòng)及2 個(gè)直線(xiàn)運動(dòng)確保物品能夠順利完成搬運任務(wù)，將工作行程設置為0°到180°，升

降運動(dòng)需要在滑動(dòng)導柱、垂直導柱及升降氣缸的作用下完成，將工作行程設置為0-150cm。手部工作需要借助彈簧及氣缸來(lái)完成。
2.1 PLC 控制系統總體設計。PLC 在實(shí)際的運行過(guò)程中會(huì )涉及到大量物理量輸入和輸出形式，有助于獲取較多的數據信息，在實(shí)際的運行過(guò)程中主要包括輸入處理、執行程序和輸出處理等。

3、個(gè)階段的內容，掃描周期的長(cháng)短直接影響控制速度。在PLC 開(kāi)始執行運行工作之后，需要運用掃描的形式，對輸入和輸出的數據進(jìn)行讀取，并將讀取到的內容存儲到相對應的內部寄存器中，有助于確保寄存器中狀態(tài)和數據的穩定性。當掃描工作結束后，需要對PLC 中的數據進(jìn)行輸出處理，并對寄存器中的數據及狀態(tài)進(jìn)行更新，將數據上傳到相對應的I/O 口上，做好驅動(dòng)外設的輸出工作。系統設計主要采用主站加從站的分布式控制模式，對強化兩個(gè)站之間的數據通信，實(shí)現對各單元數據的有效控制具有重要作用, 方便人機交互。

2.2 氣動(dòng)控制回路設計。氣動(dòng)控制回路設計，按照系統的邏輯控制來(lái)實(shí)現，充分利用PLC 優(yōu)勢來(lái)對換向閥進(jìn)行自動(dòng)化控制。

在對氣動(dòng)控制回路進(jìn)行設計時(shí)，通常采用雙向調速回路方法，回路主要由升、降、伸、縮、放松、旋轉和抓緊組成。而為了確保氣動(dòng)回路設計取得良好的應用效果，需要運用PLC來(lái)控制換向閥，實(shí)現自動(dòng)換向，對節流閥節流口流量進(jìn)行調節，對汽缸的運動(dòng)速度進(jìn)行控制。

2.3 I/O 端口的分配。PLC 控制程序質(zhì)量的好壞直接影響系統的運行。在進(jìn)行控制程序設計時(shí)，需要運用模塊化設計思想，將控制程序分為手動(dòng)程序、公用程序和自動(dòng)程序三種。通過(guò)對機械手的工作狀態(tài)進(jìn)行了解可知，在進(jìn)行信息操作時(shí)，需要11 個(gè)輸入量及8 個(gè)輸出量。在西門(mén)子S7-200 系列的 AC/DC/RLY 型PLC 中，具有16 點(diǎn)輸出和24 點(diǎn)輸出，I/O 點(diǎn)數為40，共有7 個(gè)擴展模塊，共可輸入和輸出248 個(gè)點(diǎn)。其中，XO-X7 中的主要功能按鈕有運動(dòng)、連續、停止和氣動(dòng)等。在X20-X27 中，有夾緊、提升、縮回、右轉和伸出等按鈕。在Y1-Y7 中有縮回、伸出、右轉、左轉等功能按鈕。X0 或X2 在接通后，能夠自動(dòng)跳轉到手動(dòng)程序中。當X0 或X2 斷開(kāi)后，X3 或X4 會(huì )接通并跳至自動(dòng)程序中。

2.4 PLC 通訊實(shí)現。通訊控制系統是氣動(dòng)機械手控制系統的重要組成部分，系統的實(shí)現方式主要包括以太網(wǎng)、DP 和MPI 三種形式，觸摸屏接口可以選擇以太網(wǎng)接口和IFBI 接口，需要使用IFBI 通過(guò)DP、MPI 通訊接口，以太網(wǎng)接口主要為以太網(wǎng)通訊提供通道。

氣動(dòng)機械手在實(shí)際的使用過(guò)程中具有易于控制、成本低和結構簡(jiǎn)單化特點(diǎn)，在對高低溫箱進(jìn)行控制時(shí)，主要是采用PLC 控制氣動(dòng)機械手，將準備進(jìn)行高低溫補償的變送器放在工位框架上，確保高低溫補償系統框架的合理建立。需要確保氣動(dòng)原理制定和氣動(dòng)元件選擇的合理性，通過(guò)對多位置汽缸的合理運用，強化了每層各工位間操作的合理性，提高氣動(dòng)機械手生產(chǎn)速度，減輕了工作人員的勞動(dòng)強度。