寧振

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410000）

機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中起著極為關(guān)鍵的作用，不僅可以提高生產(chǎn)的效率，保障企業(yè)的正常運(yùn)行，而且還可以取代人力生產(chǎn)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]，同時(shí)，人們對(duì)機(jī)械手的發(fā)明與應(yīng)用提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)生產(chǎn)要想順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，就要不斷提高機(jī)械手系統(tǒng)的安全性和科學(xué)性。近些年，科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，使傳統(tǒng)的機(jī)械手控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足實(shí)際發(fā)展的需求，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。有研究表明，將PLC進(jìn)行合理化的應(yīng)用，可以在一定程度上提高機(jī)械手的應(yīng)用效果，促進(jìn)工業(yè)的穩(wěn)固發(fā)展。

1 機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

其機(jī)械手的工作位置共有5個(gè)，分別為：A1、A2、A3、A4、A5，在開展工作的過程中，主要是從A1開始進(jìn)行啟動(dòng)，傳送到A2的位置上之后進(jìn)行等待，等到收到傳感器的信息之后，再開始對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行夾持，夾持產(chǎn)品只需要采用2秒，等到2秒之后，其產(chǎn)品就可以直接向上進(jìn)行運(yùn)行，上升到原點(diǎn)之后對(duì)其發(fā)出準(zhǔn)確的檢測(cè)命令，然后等到檢測(cè)結(jié)果。其控制流程的具體情況見圖1[2]。

通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)其分析結(jié)果選擇不同的方式進(jìn)行操作：

（1）如果收到“產(chǎn)品檢驗(yàn)不合格”的信號(hào)，則就需要運(yùn)動(dòng)在A3的位置上，并將檢測(cè)結(jié)果不合格的產(chǎn)品放在相應(yīng)的傳送帶上，在2秒之后，可以保障機(jī)械手徹底的松開，松開之后，在直接傳送到A1的位置上，以此進(jìn)行下一個(gè)周期工作的循環(huán)[3]。

（2）如果所受到的信號(hào)是“產(chǎn)品檢驗(yàn)合格”，則就需要運(yùn)動(dòng)在A4的位置上，之后再運(yùn)動(dòng)在A5的位置上，并將檢測(cè)結(jié)果合格的產(chǎn)品放在相應(yīng)的傳送帶上，然后在將產(chǎn)品向上飯后，返回的位置要在A4處，在2秒之后再返回到A1處，以此進(jìn)行下一個(gè)周期工作的循環(huán)[4]。

（3）如果在按動(dòng)控制面板上的停止按鍵時(shí)，就說明要求機(jī)械手馬上停止工作，如果在按動(dòng)停止鍵的時(shí)候，機(jī)械手處在的位置是在A1時(shí) 也要立刻工作，只有按“啟動(dòng)”鍵的時(shí)候，機(jī)械手才可以繼續(xù)開始工作；如果所處的位置不再A1上，而是在剩下的A2-A5的位置上，那么一旦受到停止的信號(hào)，也要停止工作，取消停止鍵時(shí)，將可以繼續(xù)工作。

圖1 控制流程圖

1.2 PLC選型

SIMATICS7-200PLC它與其他的不同，它不僅具有非常強(qiáng)大的性能，而且其自身的結(jié)構(gòu)也非常的緊湊，他可以存儲(chǔ)大量的信息，在加上它的操作的順序和過程的控制度都非常的快，具有非同尋常的安全性和穩(wěn)定性，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中得以廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的成績(jī)。根據(jù)其控制的實(shí)際要求來看，選用西門子S7-200系列的PLC可以有效提高生產(chǎn)的效率，其主機(jī)的規(guī)格要選擇CPU226，24入/16出。輸入的電壓和輸出的電壓都要嚴(yán)格妖氣，其輸入的電壓要設(shè)置為AC220V，其輸出的電壓要設(shè)置為DC24V[5]。除此之外，在實(shí)際操作的過程中，還要經(jīng)過多次的研究和分析，采用基本RS-485串行通信的網(wǎng)絡(luò)控制方案，該方案它在實(shí)施的過程中，主要凸顯的優(yōu)勢(shì)是，每一個(gè)工作的單元都可以由一臺(tái)獨(dú)立的PLC承擔(dān)其各自的控制任務(wù)，各PLC之間可以直接通過利用RS-485串行通信的作用，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式，從而組建一個(gè)構(gòu)造比較小的PLC網(wǎng)絡(luò)。通過采用PLC網(wǎng)絡(luò)，不僅可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)線的機(jī)械手控制，而且還可以在一定程度上提高工業(yè)生產(chǎn)的工作效率和自動(dòng)化的程度。

1.3 I/0分配表

根據(jù)上述的控制要求，以及相關(guān)的控制功能要求可見，PLC在實(shí)施的過程中需要有以下的輸出端，其中主要包括：控制機(jī)械手的4個(gè)輸出端：上行、下行、左行、右行，控制機(jī)械手的2個(gè)輸出端：抓住、放開，發(fā)出檢驗(yàn)命令的輸出端，其中一定有7個(gè)輸出端子。PLC的輸入端共計(jì)11個(gè)輸入端：其中主要有6個(gè)限位開關(guān)：A0、A1、A2、A3、A4、A5處，其合格輸入端1個(gè)，不合格輸入端1個(gè)，檢測(cè)帶上檢測(cè)到有產(chǎn)品1個(gè)輸入端，停止開關(guān)1個(gè)，啟動(dòng)開關(guān)1。所以，在選擇使用PLC的時(shí)候，一定要根據(jù)實(shí)際化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇，其主機(jī)的規(guī)格要選擇CPU26的S7-200系列的PLC，其輸入要為24點(diǎn)，輸出為16點(diǎn)，只有達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)，才可以在一定程度上滿足其實(shí)際的需求。另外，在I/O分配表中，A1的上行處有一限位開關(guān)，即為A0，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 I/0分配表

2 PLC程序設(shè)計(jì)

2.1 程序的總體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，可以將工序劃分為主要四個(gè)部分：公用程序、自動(dòng)程序、手動(dòng)程序和回原位程序分，其中對(duì)于自動(dòng)程序來講，它主要包括三個(gè)程序：?jiǎn)尾?、單周期和連續(xù)工作的，主要是因?yàn)樗麄冊(cè)诓僮鞯倪^程中，都是按照同一個(gè)方向進(jìn)行和順序進(jìn)行實(shí)施的，所以為了更加簡(jiǎn)單的操作，可以將這些程序都編程在一起。對(duì)于這個(gè)梯形圖來講，在梯形圖中所使用的指令是跳轉(zhuǎn)指令，通過他自身的優(yōu)勢(shì)可以使其他的程序不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)執(zhí)行的情況。假設(shè)如果選擇了“手動(dòng)”方式，則X0 為 ON、X1 為 OFF，這個(gè)時(shí)候PLC 在執(zhí)行完公用程序之后，就可以直接跳過自動(dòng)程序，直接達(dá)到P0 處，由于X0 常閉觸點(diǎn)處于一個(gè)斷開的狀態(tài)，因此，要根據(jù)其實(shí)際情況采用“手動(dòng)程序”的方式進(jìn)行執(zhí)行，執(zhí)行到 P1位置時(shí)，由于X1常閉觸點(diǎn)處于一個(gè)閉合的狀態(tài)，所以在這種情況下，又要將其跳過，直接回到原位的程序中直接達(dá)到 P2的位置上；假設(shè)選擇采用分“回原位”的方式進(jìn)行操作，則X0 為 OFF、X1 為ON，直接跳過自動(dòng)和手動(dòng)兩種程序，可以直接執(zhí)行回到原來的程序上；如果是假設(shè)選擇“單步”的方式，或者是“單周期”、“連續(xù)”的方式，則 X0、X1 要為OFF，在這個(gè)情況下，就可以直接執(zhí)行完成自動(dòng)程序之后，在直接跳過剩下兩種程序：手動(dòng)程序、回原位程序。

圖2 機(jī)械手系統(tǒng)PLC梯形圖的總體結(jié)構(gòu)

2.2 各部分程序的設(shè)計(jì)

2.2.1 手動(dòng)程序

對(duì)于手動(dòng)程序來講，在進(jìn)行手動(dòng)工作的時(shí)候，可以采用X14～X21對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕控制機(jī)械手的上升、下降、左行、右行、松開和夾緊。為了使該系統(tǒng)可以在安全的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，就要對(duì)手動(dòng)程序進(jìn)行合理化的設(shè)置，在一般的情況下，可以設(shè)置一些必要的聯(lián)鎖。例如最為常見的的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如常見的上升與下降之間、左行與右行之間的互鎖；上升、下降等限位；上限位開關(guān) X10的常開觸點(diǎn)與控制左、右行的Y2和Y3的線圈進(jìn)行串聯(lián)，可以使機(jī)械手直接上升到最高的位置上，之后在對(duì)其進(jìn)行左右的移動(dòng)，避免在最低的位置上出現(xiàn)碰撞的現(xiàn)象。

2.2.2 自動(dòng)程序

如果假設(shè)選擇的方式是單周期工作方式，此時(shí)X3為ON， X1和X2的常閉觸點(diǎn)閉合，M2為ON，他們直接可以進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換。在最初的時(shí)候，如果按下起動(dòng)按鈕X5，在M11的電路中，M1O、X5、M2 的常開觸點(diǎn)和 X12的常閉觸點(diǎn)都可以進(jìn)行有效的接通，使M11為ON，系統(tǒng)則執(zhí)行下降步，則Y1 為ON，機(jī)械手則下降；同時(shí)TO得電，在2秒之后，TO的定時(shí)一到，可以直接接通常開觸點(diǎn)，使系統(tǒng)逐漸上升。系統(tǒng)就是這樣開展工作，當(dāng)機(jī)械手在步M18 返回最左邊的時(shí)候，X4提示為ON，因?yàn)?，在這個(gè)情況下，不是連續(xù)工作方式， M1如果是處于OFF的狀態(tài)，則轉(zhuǎn)換條件為系統(tǒng)可以直接返回，并直接停留在最初的位置上，即M10。

3 結(jié)束語

綜上所述，要想使機(jī)械手控制系統(tǒng)在安全、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，就要不斷提高工作人員的應(yīng)用技術(shù)水平，并對(duì)機(jī)械手進(jìn)行合理化的應(yīng)用，使機(jī)械手系統(tǒng)可以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，逐漸向智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，逐漸提高工業(yè)生產(chǎn)的工作效率，使工業(yè)生產(chǎn)可以獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。