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基于PLC的气动机械手控制系统设计技术研究

作者：李秋芳

来源：《数字技术与应用》2017年第11期

摘要：文章首先对PLC技术和气动机械手的含义进行了介绍，然后运用理论与实际相结合的方式，以气动机械手的结构和PLC控制系统作为切入点，分别针对设计工作的重、难点展开了研究。

关键词：PLC技术；气动机械手；控制系统；设计研究

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0012-02

在科学技术发展速度极快的当今社会，无论是在工作还是日常生活中，人们都开始选择不同的机械设备对人力劳作进行代替，实践结果表明，这一做法不仅可以提高生产的质量，还能提高生产的效率。作为现阶段工业生产过程中使用频率较高的机械设备，如何将PLC技术应用在气动机械手之中，保证气动机械手自动化程度的提高，自然成为了有关人员研究的重点。 1 PLC技术和气动机械手的概述 1.1 PLC技术

PLC技术最早诞生于20世纪60年代末，在诞生之初，该项技术能够实现的功能数量较少；20世纪70年代后，随着微处理器被成功研发，有关人员通过将PLC技术与微处理器进行结合的方式，对其具有的功能进行了相应的完善。PLC技术最早引入我国的时间为20世纪70年代中期。在将该项技术应用在气动机械手的控制系统中时，需要引起注意的是，应当对气动机械手在控制方面具有的要求进行认真分析，并以此为基础完成对程序的编写。 1.2 气动机械手

随着科学技术的发展，各领域生产过程所具有的机械化和自动化的程度均得到了一定程度的提高，机械手正是在这种背景下产生，并在工业生产领域中得到广泛应用的。而电子信息技术发展速度的提升，也使得针对机械手所开展的研发和生产工作面临着前所未有的挑战和机遇，将机械手具有的机械化和自动化程度进行提高，不仅是有关人员工作的重点，更是社会进步的必然要求。

气动技术的作用主要体现在自动化控制方面，可以说想要保证自动化控制的有效落实，对气动技术进行合理应用是十分重要的。由于气动技术所使用的压力介质为空气，与其他技术相

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比，该项技术具有的优势主要体现在不会对环境造成污染，也正是因为如此，在非污染行业，气动技术得到了广泛的应用，自动化控制的目标也正在逐步落实[1]。 2 气动机械手的结构设计

在对气动机械手的结构进行设计前，设计人员首先应当对企业的实际情况和控制要求加以明确，在此基础上开展设计工作，往往可以取得事半功倍的效果。例如，某企业现有高低温箱的具体内部尺寸如下：长度为575mm；宽度为440mm，高度为700mm。该高低温箱对应变送器的具体尺寸如下：长度为138mm；宽度为130mm；高度为197mm，且该变送器重量约为4.95kg[2]。那么，设计人员不仅可以根据上文所列举的高低温箱尺寸、变送器尺寸及重量，完成对容积的计算工作，还可以对所容纳变送器的尺寸及重量加以明确。该企业所应用框架层数为两层，每层排数为两排，每排可容纳变送器数量为四台。为了保证框架能够不受任何阻碍的被放入高低温箱的内部，框架四角分别安装了能够承受其总重量的轮子，这样做的目的是保证框架能够从工作台上被直接推入到高低温箱内部。在对变送器位置进行确定时所应用的，主要是框架平板所对应的定位板。以需要放置在框架之上的变送器尺寸为依据，气动机械手能够在框架内完成对工位进行搬运和放件的工作。另外，在实践过程中能够发现，气动机械手搬动变送器时的运动路径为直线，由于框架每层排数为两排，每排可容纳变送器数量为四台，因此，最终确定的方案为：左右方向移动三位气缸，前后方向移动五位气缸。

如果以直角坐标系为依据对气动机械手的结构进行划分，可将其分为以下六个部分：其一，底座；其二，升降气缸，这部分的作用是保证气动机械手可以沿着Z轴的方向上下运动，保证框架两层能够同时开展工作；其三，左右方向移动三位气缸，气动机械手可以根据这部分的移动，以Y轴为方向完成在两排之间对变送器进行摆放的操作；其四，前后方向移动五位气缸，气动机械手可以根据这部分的移动，以X轴为方向完成在任意位置上对变送器进行摆放的操作；其五，短行程气缸，这部分的作用是控制气动机械手拿起和放下的动作；其六，气动手爪，这部分的作用是完成夹紧以及放开的动作。多位置气缸是该气动机械手主要应用的气缸，设计人员可以根据实际需求，将不同长度的气缸进行连接，以此来保证动作的灵活性和定位的精确性，需要注意的一点是，需要进行连接的气缸，应当具有完全相同的活塞直径。除此之外，PLC可以通过对电磁阀进行控制的方式，完成任意气缸的动作。对活塞杆速度进行控制的方式，则以单向节流阀调节进气流量为主，气动机械手则通过重量对气爪进行平衡，以此来保证运行的平稳性，在最大程度上实现“轻拿轻放”的目标。 3 PLC控制系统的设计

在对应用于气动机械手之上的PLC控制系统进行设计时，气动机械手所对应的实际结构、功能及控制需求同样是需要设计人员重点关注的部分，换句话说，只有以上文所提及的因素为基础，才能保证所涉及PLC控制系统能够在最大程度上满足气动机械手具有的需求。如果气动机械手包含气缸的数量为四个，且执行任意动作时，能够对其进行控制的部件包括单电控电磁阀一个、双电控电磁阀三个，同时还设有指示灯一个。那么，在对该气动机械手所对应的PLC控制系统进行设计时，设计人员就应当明确输入点数量为七个，输出点数量为八个，

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另外，在确定可编程控制器的型号时，设计人员应当以控制信号数量作为主要依据，文中应用的可编程控制器具体型号为FX2N—48MR。

正式开始设计工作的第一步，应当是对PLC和气动机械手所对应I/O表进行设计和制作，然后再根据制作完成的I/O表，完成系统软件的设计工作。文中所讨论设备提出的控制要求如下：气动机械手所处工位为1号工位，气爪放松，并设置为“复位”。因此，设计人员在开展设计工作的过程中，始终都应当保证气缸伸出、气爪放松。待气动机械手上电、复位之后，指示灯开始闪烁。此时，如果有工件位于1号工位处，气动机械手则需要在第一时间启动，并进入正式工作状态，此时，气压降至手臂降位。正常情况下，在对工件进行抓取时，都会设有与之相对应的传感器，如果没有设置传感器，则需要对定时器进行设置，只有这样才能保证气动机械手在放置工件时，具备应有的稳定性。在对工件进行装配时，首先需要气缸下压，然后再抓取并抬起工件，接下来需要进行的步骤是将气缸向4号工位处进行移动，最后下压并完成工件的放置即可[3]。再完成上述步骤后，气缸还需要进行再一次的伸出和复位，至此，一个工作周期告一段落。在这个过程中，需要设计人员完成的工作还包括对PLC控制程序的功能图进行编制，并将其向梯形图进行转化，只有这样才能保证气动机械手在执行动作的过程中，具备较高的自动化水平以及有效性。 4 结语

通过对上文所叙述的内容进行分析能够看出，作为诸多新兴控制技术中的一项，现阶段，PLC技术已经被广泛应用在了以气动机械手为代表的自动化设备之中。作为具有便于操作、成本低廉等诸多优势的自动化设备，气动机械手在工业生产过程中取得了良好的效果。将PLC技术应用在控制系统之中，更是增强了气动机械手操作时的灵活性，无论是生产质量还是生产效率，都得到了显著的提升。 参考文献

[1]王春丽.基于PLC的气动机械手控制系统设计研究[J].科技展望，2016，2630：146. [2]王青云，王守志，姚冀涛，温国强.基于PLC的气动机械手控制系统设计[J].机电信息，2015，21：124-125.

[3]苏金文.基于PLC的气动机械手控制系统设计与研究[J].吉林农业科技学院学报，2017，2603：116-118.

Abstract：First of all， the paper introduces the meaning of PLC technology and pneumatic manipulator， and then applies the combination of theory and practice， taking the structure of pneumatic manipulator and PLC control system as the breakthrough point， respectively， aiming at the heavy and difficult points of design work.

Key Words：PLC technology；pneumatic manipulator；control system；design research