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PLC在工业机械手自动化控制中的应用

2022/6/27    来源:《集成电路应用》杂志    作者:秦涛      
关键字:PLC  工业机械手  自动化控制  
本文阐述了PLC与工业机械手自动化控制的特点和应用,包括良好的输入/输出接口、模块化结构设计、机械手的PLC编程、确定初始位置、控制系统软硬件设计。
0 引言

       PLC是在微处理器的基础上,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。在工业生产中,PLC常与工业机器人构成一个完整的自动化系统,通过PLC优良的性能,可进一步完善自动化控制系统的功能。由于PLC是专为工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统,采用的是面向用户的指令,所以在程序编写时较为方便,在与工业控制系统结合应用时,具有较强的扩展性。
 
    工业机械手是为了适应工业生产的需要,由机械技术和自动化相结合而成的装置设备,一般由执行、驱动和控制系统等组成,能够执行移动和抓取等动作。工业机械手在工业生产中的应用,解决了作业环境艰苦,劳动强度高等问题。而PLC与工业机械手自动化控制系统的结合应用,能够完成更加复杂的动作,且操作更加简便,动作更为精准,能够按照预先设定的轨迹完成操作,大大提升工业生产质量和效率。
 
1 PLC与工业机械手自动化控制的特点
 
    良好的输入/输出接口。PLC的输入/输出功能模块比较齐全,这是PLC最大的优点之一,也是工业机械手能够实现高度自动化的重要基础。在PLC的输入/输出模块中,都有对应的模板与工业现场的器件直接连接,用以控制现场的信号。随着工业生产水平的提升,对机械手的运行速度和动作精度有了更高的要求,而机械手的动作指令是由编写好的程序发出的,指令传输的速度关系到机械手的作业效率和精度。PLC与机械手的结合运用,由PLC向机械手发出控制指令,PLC的输入/输出接口响应速度较快,这对于高效生产的工业机械手而言,能够实现控制和反馈信号的高效传输,为机械手的精准动作以及快速运行提供基础保障。
 
    模块化结构设计。为了适应工业生产的需要,PLC的性能和功能正在不断调整和完善,小型的PLC系统不断被整合,逐渐向功能强大的模块化结构转变,现阶段的PLC系统在某种程度上可与微型计算机的相媲美。PLC系统的模块化结构设计,按照功能的不同设计为不同的结构模块,然后将这些功能模块连接起来即可形成一个全新的系统。在实际应用的过程中,可以根据机械手自动化控制的需求, 选择或者调整PLC的各个功能模块,以实现自动化控制的目标。
 
    可靠性高。在工业生产中,工业机械手安全可靠的运行是安全生产的重要保障。通过PLC在工业机械手自动化控制中的应用,能够有效提升机械手运行的稳定性。PLC系统具有自诊断功能,当被控制的机械手出现故障时,系统能够根据自诊断功能快速定位故障点,对于特定的故障还能够采取相应的动作,避免安全事故的发生。PLC系统还具有较好的电路保护功能,通过开关电源能够实现通断操作。在复杂的工业生产环境中,PLC的抗干扰能力和屏蔽能力,能够提升系统运行的可靠性。
 
    PLC系统编程较为容易。为了适应工业生产环境的需求,机械手需要根据生产所需而变换相应的程序。程序编写大多使用形象且简单的梯形图,机械手程序设计较为简单,不需要专业知识也可以编程,非常适应机械手的柔性化控制需求。
 
2 PLC在机械手自动化控制中的应用
 
    机械手的PLC编程。一般情况下,机械手都是通过手臂的伸缩和上下移动来完成操作的,通过PLC实现对机械手的控制,主要工作流程如下:满足设备开启条件-通过检测元件确定工件的具体位置-机械手臂伸展抓取工件-机械手抓举工件上升或左右移动-机械手将工件放置于指定位置-机械手恢复至初始位置,在此流程下循环往复以实现机械手的自动化操作。在具体应用过程中,应该根据生产的实际需要和设计的动作控制流程选择PLC以及电器元件的型号,然后确定PLC的功能以及输入输出点的位置和数量,在此基础上进行PLC程序的编写。在工业机械手的自动化控制系统中,输入信号主要包括手动控制和自动控制选择按钮、设备启停按钮、检测机械手臂位置、确定工件具体位置的信号等,输出信号主要包括对气缸动作的控制以及对电机运行的控制。程序编写的好坏直接关系到机械手运行的精准度和效率,所以在编写程序之前要以机械手的运行原理为依据,同时对机械手的实际生产需求进行分析,然后进行程序的编写。
 
   根据机械手运行原理进行需求分析。在了解机械手的运行原理后,即可对PLC编程中需要注意的要点进行分析。机械手的机械运动主要是依靠气缸提供驱动力,而气缸的动作受到电磁阀的控制。机械手在执行抓取和放松动作时主要是由电磁阀的通断电控制的,在单线圈通电状态时,机械手可进行抓取动作,在单线圈断电状态时,机械手执行的是放松命令。机械手在工业生产的自动化作业时,长期反复执行同一套流程,为了保证生产的安全进行,需要对机械手的动作流程进行严格的控制,只有在完全完成某一动作后,才可进入到下一动作。因为机械手从事的是循环动作,所以在完成一次动作流程后,机械手需要回归到原点,为下一任务的循环做好准备,机械手回归原位可由限位开关和电磁阀来控制。为了提升机械手控制的可靠性,控制系统会设定为自动和手动两种模式,系统的控制模式会有相应的指示灯显示控制模式的状态。通过对机械手的运行原理进行分析,能够提升PLC控制的精准性,进而确保机械手运行的安全性和稳定性。

       确定初始位置。初始位置的设定关系到机械手控制系统的精准度,机械手每完成一次循环动作后,都要回归到初始位置,可根据实际生产的需要来确定初始位置。初始位置并不一定要固定在某一特定的位置,可以由控制人员根据生产所需来设定。在设定初始位置时需要注意机械手的状态,机械手要在正常的停止状态,且气缸活塞为缩回状态。如果气缸活塞是伸出状态,会因为外部温度和湿度的原因产生氧化腐蚀现象,直接影响到气缸的气密性,最终影响到机械手的运行控制。
    控制系统软硬件设计。机械手PLC控制系统软硬件设计直接关系到系统控制质量,对机械手运行的精准度以及稳定性有所关联。在控制系统的硬件设计中,可按照PPL文本内容设计自动化循环控制装置,选择可程序设计控制协议,闭路循环设计机械手自动化控制器。选择数据采集板卡时,要注意数据采集的速度和整体性能。如果选择的数据采集板卡采集到的模拟量数据不符合系统的运行需求,可以设计模拟数字转换器来转换采集到的数据。在控制系统的软件设计中,可基于PLC对机械手自动化运行的数据进行采集,对于端口的选择和通信地址的分配,可按照对应设计的原则进行设计。在完成数据采集后,使用相应的通信网络,遵循高级协议内容,对机械手循环次数进行限制。基于PLC控制技术,按照信号滤波的表述方式将平流电转变为交流电,以控制信号电压值的方式实现对终端电压数据和信号的控制。通过对获取的数据进行分析,还能够对机械手在不同运行状态下的耗能状况进行分析,然后通过控制系统的优化调整,降低机械手自动化控制的耗能。
 
3 结语
 
    PLC具有可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快等优点,所以在工业生产中得到了广泛的应用。在部分工业生产场所中,有毒有害物质多,生产环境较为复杂,人工操作会对身体产生较大的危害,而利用工业机械手有效替代人工操作。工业机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能,在构造上兼有人和机械手机器的优点,能够按照编程设计的运动轨迹执行操作,可完成抓取、搬运等工作。PLC与工业机械手自动化控制的结合,通过程序能够对机械手实现启动、停止以及前后、左右、上下运动,同时对于抓取过程中出现的各种故障能够进行自动诊断和处理,对于促进工业生产水平的提升具有重要意义。
 
    参考文献
    [1] 陈冬梅.基于S7-200PLC的机械手运动控制[J].电子技术,2014,43(05):21-23.
    [2] 杨智超,刘楠,黄爔元,冯源.基于PLC的随动控制系统集成与整合[J].工业控制计算机,2021,34(10):119-121+123.
    [3] 彭小迪,杨斌,张耀辉,朱彬.基于PLC的控制系统通用化设计[J].工业控制计算机,2021,
34(10):134+140.
    [4] 杨璐菲.嵌入式PLC在电气自动化中的应用实践[J].电子技术,2021,50(07):180-181.
 
    作者简介:秦涛,南京六合中等专业学校;研究方向:计算机科学与技术。
     
 来源:《集成电路应用》第39卷第4期(总第343期)2022年4月
责任编辑:杨培
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