PLC在机械设计中的应用分析

申潇

摘要：在了解PLC的应用价值及机械手系统运行、操作方式的基础上，从MCGS组态环境、功能设计等角度进行研究，旨在提高PLC在机械手、机械设计中的应用价值。

关键词：PLC；机械；应用分析

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）10-0010-01

目前，PLC技术在机械手开发方面应用较多，其中应用效果比较好的设备有三自由度机械手，除此之外，还有3D机器人等，这些设备均能够在3个方向上自由搬运物品[1]。使用PLC技术编写系统程序，不仅可以简化开发步骤，而且还能够丰富系统功能，为系统安全控制提供了一定安全保障[2]。本次研究选用PLC作为系统控制中心，在系统运行过程中起到协调作用，从而达到控制机械手搬运的目的。

1 机械手系统结构与运动方式

本文主要对三自由度机械手的结构与运行方式进行研究，该设备采用圆柱坐标类型，手臂沿着水平方向从左到右运行，通过伸缩步进电机实现上下控制。另外，设置设备底盘中直流电机的正转与反转实现机械手顺时针操作或者逆时针操作。该装置的关节结构利用气压驱动原理，完成松开与加紧动作，同时借助电磁阀进行控制[3]。

根据搬运需求编写相应程序，使得机械手以A为起点运动到B点，在垂直方向与水平方向上设置4个限位开关，并在终点位置与原点位置安装光接近开关。

2 PLC在三自由度机械中的具体应用分析

2.1 系统设计

本文设计的三自由度机械手系统采用的工作方式有两种，分别是自动工作方式、手动工作方式。前者又可以分为4种工作方式，包括单周期、自动回到起点、连续运行、单步运行。

系统硬件部分选用的是三菱FX2N系列中晶体管输出类型，将此类型PLC作为核心控制器，同时选取型号为SH-20403的步进电机驱动器进行驱动。如图1所示为机械手外部接线设计图。

三自由度机械手位于整个设备的右上方，当底盘旋转至开关X3位置时，机械手从加紧状态恢复到松开状态以后，机械手将重新返回起点。该装置的手动控制按钮用X10表示，按下这个按钮以后，可以根据搬运需求，从X20至X27中挑选一个按键按下。编号为X11的按钮功能为机械手自动返回起点；编号为X12的按钮功能为单步运行；编号为X13的按钮功能为单周期工作方式；编号为X14的按钮功能为连续工作方式。按下功能按钮以后，系统将自动运行。

2.2 软件设计

PLC作用于三自由度机械手系统，需要从单步、单周期、连续工作等角度进行专项分，三自由度机械手系统运行需要处在原点状态，以此确保系统执行操作效果的相对提升。假设，三自由度机械手系统的运行无法保持原点状态，可以利用PLC编程，对机械手臂的运动方式进行控制与调整，以限位控制的方式，优化三自由度机械手系统的有效应用价值，其执行操作的方式是以上移移动为中心，并从限位控制的角度，实现系统运动控制效果的相对提升。三自由度机械手系统应用的功能实现，是以下降、夹紧、上升、逆时针转动、左移、下降、松开、上升、右移及顺时针转动为中心，以程序拟定的方式，确保三自由度机械手系统操作具有可重复、可操作的特性。

在对三自由度机械手系统进行软件编程及功能控制的过程中，是以PLC梯形图为编程中心，在利用PLSY脉冲输出指令的基础上，实现M8029置1的设定与调整。

2.3 系统功能实现与分析

为解决系统脉冲矛盾纠纷，从YO输出端，利用两部继电器解决上述问题，以继电器的触点控制与连接方式调整，实现继電器与步进电机之间的有效连接，这对步进电机的脉冲输入控制有积极作用。在完善三自由度机械手系统的过程中，以MCGS组态环境为中心，并以注重足组态环境界面控制的方式，实现人机交互的自动化设计。

优化主界面及控制方式，是对机械手臂控制系统与操作界面之间的连接方式进行调整，以此突出系统本身的维护性及自动性能。最后，充分利用MCGS组态环境，可对机械手臂的运行轨迹、操作方式及生产应用等方面进行控制与实时监测，这对提高计算机系统在工业生产及机械手臂控制系统中的应用价值有积极作用。

3 结语

通过对三自由度机械手系统中的PLC应用进行分析，为解决步进电机抖动及失步现象，从三个自由度运动的角度进行调整，以此满足工业生产的需求。在利用触摸模式，对夹紧装置的控制方式进行优化时，是在MCGS组态环境应用下进行控制，以此优化人机交互方式。

参考文献

[1]王浩，武利生，毕长平.PLC控制的等速运动实验台设计[J].机械设计与制造，2017（1）：156-159.

[2]康思闻，荆学东，魏鼎.基于PLC的硬币包卷机控制系统设计[J].机械设计与制造，2013（5）：167-169.

[3]姜鑫.基于PLC的淬火压床设计与控制[J].机械设计与制造，2016（8）：197-200.endprint