浅谈基于PLC的气动机械手控制系统的设计

简智敏

（漳州职业技术学院, 363000）

浅谈基于PLC的气动机械手控制系统的设计

简智敏

（漳州职业技术学院, 363000）

气动机械手具有成本低、控制方便和机构简单等特点，为了确保自动化设备能够满足实际工作的需要，需要确保工作程序的合理性，充分发挥自动化生产设备的应用效果，确保PLC气动机械手控制系统的合理性。

PLC；气动机械手；控制系统；回路设计

0 前言

机械手在自动化和机械化生产过程中具有良好的发展效果，被广泛应用于工业生产领域中。随着科学技术的发展，机械手取得了良好的发展效果，促进了自动化和机械化的有机结合，有效的防止对空气造成的污染，使自动化控制更具便捷性，对提高系统运动的实用性和稳定性具有重要作用。

1 气动机械手结构及工作原理

1.1 气动机械手结构设计

机械手机械设备是模拟人手动作的一项重要机械设备，在进行结构设计时，需要合理编制程序和操作指令，来实现气动机械手自动抓取和搬运等动作的实现，强化自动化控制效果。同时，在设计过程中，还需要将相关的电子器件及气动机械手融入到结构设计方案中来。系统结构的内容主要包括定位开关、支架及汽缸等部件，在对控制系统进行设计时，需要采用标准模块化设计方法，确保设计内容的合理性，将气动装置和PLC控制系统纳入到气动机械手结构设计中来，充分发挥两者的重要作用。同时，还需要充分发挥传感器在气动机械手结构设计中的重要作用，将传感器作为重要的反馈和检测系统，作为主要的检测元件来使用，充分运用气动装置中的电磁阀来为PLC提供信号装置，将PLC作为主要的控制器，实现对整个机械过程的有效控制，确保机械手具备旋转、上升和下降等动作，能够满足气动机械手结构要求。

机械手在实际的运行过程中，需要借助1个旋转动作和2个直线运动来实现，进而完成物品的搬运任务。旋转工作的主要内容包括摆动汽缸、摆动臂及摆动位置等，旋转工作的有效开展需要在各个部件的相互协作下开展，将工作行程设置为0°-180°之间。而升降运动在实际的运行过程中与升降汽缸、导轨和垂直导柱等部件的共同作用有直接关系，通过共同作用，确保各项工作的有效完成。需要将工作行程设置为0-150cm，手部在工作中具有重要作用，需要在弹簧和汽缸的共同作用下完成挟持工件操作，要想实现对夹持力度的调节，需要通过弹簧预压缩量来实现。机械手在实际的工作中，要明确机械手的主要任务，将工件合格与否搬运到不同的分支流水线上。

1.2 气动机械手工作原理

气动机械手由手臂及基座组成，其中手臂的主要作用是能够在基座上进行上下直线运动，可以结合自己的需要对手部进行夹紧和放松。而基座的主要作用是完成手臂的回转和支撑作用。气动机械手在实际的应用过程中，通过实际需要设置不同类型的气缸驱动，通过运用PLC对电磁阀的阀芯位置进行更改，对空气流通的方向进行控制，从而完成机械手的不同动作。机械手在工作中的主要功能包括：放松功能、夹紧功能、左右旋转和上升下降功能。

2 PLC控制系统设计

在对气动机械手进行设计时，将气动机械手的压力介于0.6MPa-1.0MPa之间，需要运用一个旋转运动及2个直线运动确保物品能够顺利完成搬运任务，将工作行程设置为0°到180°，升降运动需要在滑动导柱、垂直导柱及升降气缸的作用下完成，将工作行程设置为0-150cm。手部工作需要借助弹簧及气缸来完成。

2.1 PLC控制系统总体设计。PLC在实际的运行过程中会涉及到大量物理量输入和输出形式，有助于获取较多的数据信息，在实际的运行过程中主要包括输入处理、执行程序和输出处理等3个阶段的内容，扫描周期的长短直接影响控制速度。在PLC开始执行运行工作之后，需要运用扫描的形式，对输入和输出的数据进行读取，并将读取到的内容存储到相对应的内部寄存器中，有助于确保寄存器中状态和数据的稳定性。当扫描工作结束后，需要对PLC中的数据进行输出处理，并对寄存器中的数据及状态进行更新，将数据上传到相对应的I/O口上，做好驱动外设的输出工作。系统设计主要采用主站加从站的分布式控制模式，对强化两个站之间的数据通信，实现对各单元数据的有效控制具有重要作用,方便人机交互。

2.2 气动控制回路设计。气动控制回路设计，按照系统的逻辑控制来实现，充分利用PLC优势来对换向阀进行自动化控制。在对气动控制回路进行设计时，通常采用双向调速回路方法，回路主要由升、降、伸、缩、放松、旋转和抓紧组成。而为了确保气动回路设计取得良好的应用效果，需要运用PLC来控制换向阀，实现自动换向，对节流阀节流口流量进行调节，对汽缸的运动速度进行控制。

2.3 I/O端口的分配。PLC控制程序质量的好坏直接影响系统的运行。在进行控制程序设计时，需要运用模块化设计思想，将控制程序分为手动程序、公用程序和自动程序三种。通过对机械手的工作状态进行了解可知，在进行信息操作时，需要11个输入量及8个输出量。在西门子S7-200系列的 AC/DC/RLY型PLC中，具有16点输出和24点输出，I/O点数为40，共有7个扩展模块，共可输入和输出248个点。其中，XO-X7中的主要功能按钮有运动、连续、停止和气动等。在X20-X27中，有夹紧、提升、缩回、右转和伸出等按钮。在Y1-Y7中有缩回、伸出、右转、左转等功能按钮。X0或X2在接通后，能够自动跳转到手动程序中。当X0或X2断开后，X3或X4会接通并跳至自动程序中。

2.4 PLC通讯实现。通讯控制系统是气动机械手控制系统的重要组成部分，系统的实现方式主要包括以太网、DP和MPI三种形式，触摸屏接口可以选择以太网接口和IFBI接口，需要使用IFBI通过DP、MPI通讯接口，以太网接口主要为以太网通讯提供通道。

3 结论

气动机械手在实际的使用过程中具有易于控制、成本低和结构简单化特点，在对高低温箱进行控制时，主要是采用PLC控制气动机械手，将准备进行高低温补偿的变送器放在工位框架上，确保高低温补偿系统框架的合理建立。需要确保气动原理制定和气动元件选择的合理性，通过对多位置汽缸的合理运用，强化了每层各工位间操作的合理性，提高气动机械手生产速度，减轻了工作人员的劳动强度。

[1]齐继阳,吴倩,何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动,2013,04:19-22.

[2]袁清珂,赵冲,林立仁.基于PLC气动式机械手控制系统的设计与开发[J].仪表技术与传感器,2015,11:59-61.

[3]胡志刚.基于S7-200 PLC的气动机械手控制系统设计[J].机械工程师,2014,03:120-121.

The design of pneumatic manipulator control system based on PLC

Jian Zhimin
（zhangzhou institute of technology,363000）

The pneumatic manipulator has the advantages of low cost, convenient control and simple structure characteristics,in order to ensure the automation equipment to meet the needs of actual work,the need to ensure the rationality of working procedures,give full play to the application effect of automated production equipment,to ensure the rationality of PLC pneumatic manipulator control system.

PLC;pneumatic manipulator;control system;circuit design