張巖坤

[摘 要]在此對(duì)機(jī)械手控制器的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了合理分析和科學(xué)論證，設(shè)計(jì)了以西門子PLCS7-200為核心器件，完成機(jī)械手的行動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)硬件系統(tǒng)和主要功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和規(guī)劃，其中系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)模塊主要包含PLC系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、提示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等四個(gè)模塊。

[關(guān)鍵詞]PLC;機(jī)械手;控制器;多模式

生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步推動(dòng)了科技的進(jìn)步與革新，建立了更加合理的生產(chǎn)關(guān)系。機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化最突出的表現(xiàn)，它能自動(dòng)工作。隨著自動(dòng)化理論的提升和各行業(yè)需求，機(jī)械手技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。

一、設(shè)計(jì)重點(diǎn)和思路

（一）功能要求

切換開(kāi)關(guān)來(lái)決定工作模式，手動(dòng)、自動(dòng)。

手動(dòng)模式下可以任意方向操作，前進(jìn)、后退、下降、上升、左移、右移。

自動(dòng)模式下可以執(zhí)行設(shè)定好的路徑，大體為3部分，到達(dá)產(chǎn)品抓取位置，移動(dòng)到產(chǎn)品指定擺放區(qū)，回到原點(diǎn)。

（二）設(shè)計(jì)要求

具體設(shè)計(jì)要求如下：①通過(guò)PLC控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)距離;②電磁閥控制氣缸動(dòng)作;③轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制模式切換。

二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

手臂動(dòng)作設(shè)計(jì)方案有兩種：即采用氣動(dòng)控制技術(shù)和采用軸動(dòng)控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)方案的比較和綜合考慮后，認(rèn)為選取后一種方案較為合理。軸動(dòng)控制相對(duì)氣動(dòng)控制更為靈活、更為穩(wěn)定。如果選用氣缸式，在變換抓?。ǚ畔拢┪恢脮r(shí)需要更換氣缸，造價(jià)上雖低廉不少，但需要頻繁裝卸。

機(jī)械手手爪設(shè)計(jì)方案主要有兩種：即采用小伺服電機(jī)控制手爪和采用小氣缸來(lái)控制手爪。通過(guò)對(duì)比以上兩種設(shè)計(jì)方案，后一種方案相對(duì)要好，氣缸式帶有一定的彈性，可以減少抓取時(shí)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的損害;采用電機(jī)式也行，但要添加一個(gè)壓力檢測(cè)，防止盲目抓緊破壞產(chǎn)品，費(fèi)用增加不少，還有一定危險(xiǎn)性，因此要采用小氣缸進(jìn)行控制。

三、模塊選用及功能闡述

（一）西門子PLCS7系列的介紹及構(gòu)成說(shuō)明

西門子公司出產(chǎn)了多個(gè)PLC系列，S7-200PLC具有體積小、接口可拓展、價(jià)格便宜、配有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)，在一般情況下可以滿足控制系統(tǒng)的大多數(shù)要求。當(dāng)選擇的主機(jī)沒(méi)有想要的控制功能時(shí)，就需要對(duì)硬件部分加裝拓展模塊。擴(kuò)展模塊包括數(shù)字模塊、模擬模塊、通訊模塊和功能模塊四類。設(shè)計(jì)中可以根據(jù)要求來(lái)選擇所需的擴(kuò)展模塊。

（二）S7-200CPU存儲(chǔ)器的類型

輸入繼電器（I）、輸出繼電器（Q）、通用輔助繼電器（M）、特殊繼電器（SM）、順序控制繼電器（S）、定時(shí)器（T）、計(jì)數(shù)器（C）。

四、硬件設(shè)計(jì)與制作

（一）硬件設(shè)計(jì)

1.材料清單

6個(gè)軌道、3個(gè)電機(jī)、1個(gè)氣缸、1個(gè)減壓閥、8個(gè)傳感器、12個(gè)指示燈、1個(gè)電磁抱閘、1個(gè)PLC S7-200、1個(gè)兩位三通電磁閥。

2.輸入輸出信號(hào)地址分配表

在進(jìn)行設(shè)計(jì)前構(gòu)架好思路，確定輸入端與外接設(shè)備的地址，這樣在編寫整體結(jié)構(gòu)時(shí)比較方便。根據(jù)I/O表觀察，需要的端口數(shù)量大于常規(guī)CPU端口，因此選擇添加一個(gè)數(shù)字模塊EM223來(lái)增多輸入輸出口。

3.主機(jī)PLC管腳接線

（二）整體接線

接線流程說(shuō)明：電源從220V的生活用電接入，連接到空氣開(kāi)關(guān)，空開(kāi)連接交流接觸器和開(kāi)關(guān)電源，交流接觸器連接交流繼電器最后接到熱繼電器，連接電機(jī)。開(kāi)關(guān)電源變電壓為DC24V，接到PLC，PLC輸出端接各電機(jī)正反轉(zhuǎn)接觸器，以及各種指示燈;PLC輸入端接感應(yīng)器和操作按鈕。如圖1所示。

（三）硬件

傳感器、控制開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源、空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、減壓閥、氣控電磁閥。

本文使用的是PLC為主控器件，在一些高危，高污染地區(qū)也可正常工作。PLC又具有可編程和拓展模塊的能力，本文中的程序有較明顯的模塊劃分，也便于以后的設(shè)備升級(jí)，很符合現(xiàn)代工廠的條件。雖然機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較落后，但滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行效果也不錯(cuò)，而且還具有較高的可行性和可塑性。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王偉.可編程序控制器的使用和維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[作者單位]

廣東省東莞市東莞理工學(xué)校

（編輯：溫子超）