材料搬运装置的PIC控制系统设计

翟利军

摘 要：随着现代工业的发展，工业自动化正迅速普及各行业中，控制器的市场需求量也急剧上升，其中搬运器械的应用也广泛普及，主要应用于机械加工、汽车、生产线、货物装卸等方面，能够有效的节约能源并提高运输、生产的效率，满足经济发展的客观要求。PLC综合了计算机、半导体、自动控制、通信网络等各方技术，以微处理器为基础成立发展而来的一种工业通用的自动控制装置，并以其显著的优势活跃在冶金、交通、电力、化工等领域，成为了现代工业不可或缺的重要组成部分。文章就搬运机械手PLC控制系统设计过程中的一些关键问题谈谈自己的看法。

关键词：搬运机械手；可编程控制器（PLC）；液压；电磁阀

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）30-0017-02

1 机械手的概况

机械手又名自动手，能够模仿人的手臂的某些动作，完成抓取、搬运或使用工具等操作，代替人的劳动，让生产自动化和机械化变为现实，在危险环境下运行以保护人的安全，因此广泛应用于冶金、交通、电力、化工等方面。国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于：热加工、冷加工、拆修装等方面，它可以增加生产自动化的程度，提高生产率；减少人力资源的浪费，降低生产的成本；改善工人的从业条件，避免在高温、高压、低温、低压、有毒或是有放射性物质存在环境下造成的人身事故；保证高速高效率的生产

机械手主要分为手部、运动机构和控制系统三个部分。其中，手部用以抓持物件，根据被抓持物件的情况，和操作要求可分为夹持型、托持型和吸附型等不同类型。运动机构是指是首部完成各种操作动作的部分，可以让首部完成转动、移动或者转动一移动符合运动来实现操作目的。运动机构的升与降、伸与缩、旋转等独立运动方式，被称为机械手的自由度。自由度是机械手的重要参数，自由度越大机械手的灵活度也就越大，但相应的结构也会越复杂。一般专用的机械手有2～3个自由度控制系统是机械手的“大脑”，通过对它的操作，可以使机械手按照操作者的意愿完成一些简单或复杂的动作，在下面的篇幅中会详细介绍。

2 PLC概况及在机械手中的应用

2.1 PLC

PLC全称是可编程序控制器，是综合了计算机、半导体、自动控制、通信网络等各方技术，以微处理器为基础成立发展而来的一种工业通用的自动控制装置，并以其显著的优势活跃在冶金、交通、电力、化工等领域，成为了现代工业不可或缺的重要组成部分。

2.2 PLC的优势

在PLC以前工业生产中的控制是由继电器占主要地位，传统的继电器结构简单，抑郁掌握，且价格便宜，在工业生产中应用广泛。但其控制装置不仅体积大、动作慢，而且耗能大、功能单一，组装还很繁琐，因此在PLC问世以后便迅速被取代。相较于传统的继电器控制，PLC具有其显著的优势包括以下几点。

①可靠性高、抗干扰能力强。

PLC能够在电磁干扰、机械振动、温度变换等恶劣环境中稳定工作，其无故障时间间隔是一般微机所无法相比的。

②控制系统构成简单、通用性强。

因为PLC是以软件编程来实现其控制功能，所以当控制要求改变时，不需要改动硬件设备，只需替换相应软件即可。

③编程简单、使用、维护方便。

④组合方便、功能强、应用范围广。

PLC既控制开关量也可控制模拟量，技能用单片机控制也能用作组成多级控制系统，可以控制简单的系统也能控制复杂的系统，因此有着广泛的应用范围。

⑤体积小、重量轻、功耗低。

PLC使用了半导体集成电路，因此尺寸小（也就是体积小）、量轻、耗能低。

2.3 PLC在机械手中的应用

机械手通常用作在高温、高压、低温、低压、有毒或是有放射性物质存在等不良环境下代替人的反复操作，从而避免了人身事故、节省人力资源。

而PLC因其可靠性高而PLC以其可靠性高、抗干扰能力强，统构成简单、通用性强，编程简单、使用、维护方便，组合方便、功能强、应用广，体积小、重量轻、功耗低等优点被广泛应用于控制复杂动作的场合，比如机械手的控制。

3 搬运机械手PLC控制系统设计

3.1 PLC的内部原理

PLC本质上是一种用于工业控制的专业计算机，它的基本结构实际上和微机是一样的，其基本的引荐结构，如图1所示。

3.1.1 中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它根据PLC系统设定的功能接受从编程器输入的数据并出巡它们，例如检查电源、警戒定时器、存储器的状态等，并能检查出用户程序错误的语法。

运行PLC时，CPU会先以扫描的方式接受来自输入装置的各种状态和数据，经过识别后分别存入UO映象区，然后再从程序储存器中读取用户的程序，经过命令后按照预定的规则执行逻辑或算术运算等任务。

待运算结果出来以后传入UO映象区或数据寄存器内，等执行完所有的用户程序，最后将从寄存器输出的数据或是从UO映象区输出的各种状态传递到相

应的输出装置，如此循环往复，直到停止运行。

3.1.2 存储器

PLC与微型计算机一样，除了硬件之外，还要有软件，这才是完整的PLC。它的软件包括系统软件和应用软件两个部分系统程序储存器是存放系统软件的储存器。

根据PLC的工作机理而言，它的储存空间一般包括系统程序存储区、系统RAM存储区和用户程序存储区三个区域，其中统RAM存储区又包含了UO映象区和系统软设备等

3.1.3 PLC电源

PLC的电源是整个系统中十分重要的部分。无论是小型、中型还是大型的PLC，它们的电源的性能都是相同的，都是为PLC内部的所有构件提供一个稳定可靠的直流电源以保证它们的正常运作。

一般的交流电电压波动在-10%～+10%之间，因此可以将其直接接入将PLC使用。PLC一般来说使用的是220V的交流电源，其内部的直流稳压电源课为各元件提供直流电。某些可编程序控制器也可以为少量的外部电子检测装置和输入电路提供24V的直流电源。而驱动现场执行机构的电源一般是由用户来提供的

3.2 PLC的工作原理

可编程序控制器有运行（RU仲与停止两种基本的工作状态，在运行状态是，通过执行和反映控制要求的程序来实现控制功能为了使PLC的输出能够及时响应随时可能变化的输入信号，用户程序并非只是执行一次，而是必须不断地重复，一直到停机或者状态切换到停止.

在每一次的循环过程中，PLC除了执行用户程序之外，还需要完成内部的信息处理、通信处理等工作。一次的循环包括了内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理这五个阶段，这种周而复始、循环往复的工作方式被称为扫描式工作

因为计算机执行指令的运转速度极高，从外部输入一输出的关系看来，处理过程几乎是同时完成的。而实际上，在内部处理时，PLC检查CPU内部的硬件是否正常时，同时也在讲监控定时复位，并完成一些别的内部处理工作。在通信服务阶段，PLC响应编程器输入的命令，与其他的带微处理器的智能装置进行通信以更新显示器的显示内容

响应社会的发展需求，机械手的应用越发普及广泛，在这样的大背景下，机械手已经在向功能专用化、结构模块化、可重构化等方向发展，它的动作越发灵活，控制方式也发展趋向多元化。在PLC的控制过程中，还有许多尚待探索与解决的问题，1'LC在机械手的开发与应用中还具有很大的潜在空间等待人们的探索。

4 结 语

文中通过搬运机械手PLC控制系统设计，机械手运用PLC设计系统之后的高效，便捷，解放劳动者的双手。实现了搬运机械手的具体功能和准确定位，具有较好的可靠性，提高了劳动生产率。

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