PLC 在機(jī)械手控制中的應(yīng)用

□金洪吉

一、機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

所謂機(jī)械手裝置，是一種專門用于模仿人手動作與操作的一種機(jī)械類裝置，其可以代替人手進(jìn)行相應(yīng)的抓、吸、拿等相應(yīng)的動作，主要由托盤、手臂、手掌等部分組成。機(jī)械手的工作流程主要是:由A 處移動到B 處，抓住相應(yīng)的物體或者工件，然后將物體帶到某一指定的位置C 處，然后回歸到初始位置。機(jī)械手的底盤運(yùn)轉(zhuǎn)是由一個直流電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動與操控的，可以使機(jī)械手完成順時(shí)針、逆時(shí)針等多個方位的旋轉(zhuǎn);機(jī)械手臂同樣是由另外一個電動機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)升降、伸縮等功能，而機(jī)械手的手掌則是由相應(yīng)的電機(jī)控制，可以達(dá)到抓、拿、松等各種功能，在各個部件的靈活配合下，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的抓取與操作。

(一)對直流電機(jī)的控制。在現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多使用的都是流水線操作，而在流水線操作中，直流電機(jī)的正反兩個方向的控制是應(yīng)用較為廣泛的一種形式，這種形式雖然在實(shí)現(xiàn)上較為簡單，但是在其實(shí)現(xiàn)過程中需要注意以下兩點(diǎn):一是需要根據(jù)不同的應(yīng)用電路對機(jī)械電流的要求，設(shè)計(jì)不同的控制繼電器，有些電路中不允許有正反兩個形式。所以在這種模式下，僅僅是依靠軟件程序?qū)ο鄳?yīng)的電器進(jìn)行控制顯然是不牢靠的，需要進(jìn)行手動的操控。這種情況出現(xiàn)的原因在于PLC 所能夠執(zhí)行的指令是非常迅速的，而在電路外部的線圈指令傳導(dǎo)等則需要有相應(yīng)的時(shí)間差，在這種時(shí)間差作用下很難與內(nèi)部的PLC 控制系統(tǒng)達(dá)成相應(yīng)的同步。二是在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，可以使用H 橋驅(qū)動相應(yīng)的直流電機(jī)，進(jìn)而達(dá)到雙方向的同步控制。H 橋電路的結(jié)構(gòu)本身十分簡單，它在不同領(lǐng)域的應(yīng)用十分普遍。源于這種電路的KM1 或者KM2 在單獨(dú)使用時(shí)，直流電機(jī)便可以達(dá)到單獨(dú)的閉合或者單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)。而在兩者都閉合或者都不閉合時(shí)，便可以達(dá)到電驅(qū)的短接。因此這種形式對于大容量的直流電動機(jī)來說不太合適。

(二)對步進(jìn)電機(jī)的控制。第二種電機(jī)便是指步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)屬于一種可以將電脈沖信號采取一定的方式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或者直線的位移，這是一種控制微電機(jī)，它能夠達(dá)到的位移量與控制系統(tǒng)所能夠輸入的脈沖數(shù)呈明顯的正比例關(guān)系，而它的平均速度則是和控制系統(tǒng)對脈沖的輸入頻率有正比例關(guān)系。另外，在正常的工作過程中，它可以實(shí)現(xiàn)由一種運(yùn)動狀態(tài)向著另外一種運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換可以保證其自身較好的穩(wěn)定性，不會因?yàn)檗D(zhuǎn)變而產(chǎn)生一定的波動或者不穩(wěn)定，具有很好的可靠性。這種控制屬于一種性能十分好的驅(qū)動電機(jī)，在開環(huán)控制模式下，它是通過一定頻率的脈沖進(jìn)行相應(yīng)的控制，它所能夠達(dá)到的掃描周期通常情況下都在幾毫秒左右，多的情況下也就是十幾毫秒，所以源于PLC 的掃描模式以及其相應(yīng)的掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能夠在頻率較高的模式下工作，它可以在相對較低的頻率模式下正常運(yùn)轉(zhuǎn)與工作。

步進(jìn)電機(jī)一般的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和相應(yīng)的控制系統(tǒng)的頻率脈沖成正比例關(guān)系，在相對較低的頻率下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它的轉(zhuǎn)速一般會很低，為了確保其工作的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的定位準(zhǔn)確性，機(jī)械手的工作臺不可以偏移太大的距離，以免不穩(wěn)定因素的出現(xiàn)。在定位的時(shí)間相對較長的情況下，為了很好地保證相應(yīng)的準(zhǔn)確性定位，需要保證脈沖信號的低量性，但是這樣又產(chǎn)生了定位速度的不穩(wěn)定性。為了很好地解決這一問題，既能夠提高穩(wěn)定性又能夠降低相應(yīng)的速度要求，步進(jìn)電機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的連接有許多種類，可以根據(jù)相應(yīng)的要求對其進(jìn)行有針對性的選擇。

PLC 只有在和步進(jìn)電機(jī)達(dá)到一定的協(xié)調(diào)配合的情況下才能達(dá)到對運(yùn)動的控制，在這種情況下需要對PLC 內(nèi)部進(jìn)行一定的設(shè)定與設(shè)計(jì)，亦或者是編制相應(yīng)的程序控制，這樣便可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制。此外，步進(jìn)電機(jī)的控制還需要運(yùn)用高速脈沖控制，因此PLC 所要使用的應(yīng)該是高速脈沖的晶體管模式，而不應(yīng)該是繼電器模式。

二、機(jī)械手系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

(一)手動方式回原點(diǎn)。手動回歸原點(diǎn)主要有三個程序階段，在第一個程序段時(shí)，需要將機(jī)械手的底盤進(jìn)行相應(yīng)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二階段需要機(jī)械手的手臂進(jìn)行相應(yīng)的回收運(yùn)轉(zhuǎn);第三階段便是立桿的上升回收。這三個步驟都有其相應(yīng)的特點(diǎn)與注意事項(xiàng)，本文僅就第一階段進(jìn)行相應(yīng)的解釋。旋轉(zhuǎn)操作按鈕的手動方式，停止自動化控制，實(shí)現(xiàn)手動控制，隨后按下SB10 按鈕，這樣便可以實(shí)現(xiàn)底盤的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而在觸動了X3 按鈕之后，便意味著底盤的旋轉(zhuǎn)達(dá)到了最后階段，這時(shí)便可以旋轉(zhuǎn)停止底盤的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

(二)直流電機(jī)的運(yùn)行。對于直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，本文主要解釋相應(yīng)的底盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)階段。在機(jī)械手的X10 與X6 等四個相應(yīng)的開關(guān)處于閉合狀態(tài)后，這時(shí)底盤便開始了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而在旋轉(zhuǎn)到一定的位置時(shí)，便可以觸動停止開關(guān)X3，此次底盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動便可以停止了。

(三)步進(jìn)電機(jī)的可調(diào)速運(yùn)行。源于步進(jìn)電機(jī)能夠控制立桿的伸縮，所以在正常使用過程中，會涉及到伸縮的長度大小以及伸縮的速度大小問題，本文對立桿的伸縮速度大小方面進(jìn)行了相應(yīng)的解釋。在立桿上升過程中，速度相對來說較快，能夠快速達(dá)到上限位階段，這時(shí)便可以依據(jù)相應(yīng)的脈沖指令對其進(jìn)行一定的減速處理，使得立桿能夠逐漸慢下來，另外，在這種操作中，需要保證速度轉(zhuǎn)換的平緩，不應(yīng)該出現(xiàn)碰撞等現(xiàn)象。在立桿上升過程中，通常會使用S1 模式，這樣脈沖一般會在兩千赫茲左右，這時(shí)的速度相對來說是比較大的，而在需要轉(zhuǎn)換速度的時(shí)候，將脈沖轉(zhuǎn)換成一千赫茲，這樣可以實(shí)現(xiàn)快慢之間的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)伸縮自如的目的。

三、系統(tǒng)調(diào)試

(一)硬件調(diào)試。一般情況下系統(tǒng)調(diào)試會有兩個部分，一是硬件方面的調(diào)試，二是軟件方面的調(diào)試。在硬件調(diào)試過程中，需要檢查各個按鈕、開關(guān)等方面是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，另外還要檢查相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)以及機(jī)械手是否碰觸到相應(yīng)的其他物體，防止出現(xiàn)卡死、打滑的問題。

(二)軟件調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試的另外一種模式便是軟件調(diào)試，這種調(diào)試主要是涉及到運(yùn)動控制的調(diào)試，在進(jìn)行編程之初，需要將可運(yùn)動單元的速度進(jìn)行較好的控制，防止出現(xiàn)速度過高而引起的軟件運(yùn)轉(zhuǎn)失控。相應(yīng)的調(diào)試程序式可以較好地將相應(yīng)的指令與程序進(jìn)行試運(yùn)行，在試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)其中隱藏的安全以及影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的問題，并且在調(diào)試過程中對其進(jìn)行相應(yīng)的解決與處理。對于相對較為復(fù)雜的功能控制來說，假如在運(yùn)動過程中對相應(yīng)的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)換與改變，這樣便可以首先讓整個系統(tǒng)在某一特定的速度條件下運(yùn)動起來，這樣在保證了運(yùn)行正常之后，再使用某種方式對速度進(jìn)行一定的改變與處理。

四、結(jié)語

總的來說，PLC 系統(tǒng)相對簡單易懂，在其使用與維護(hù)過程中較為方便，它在運(yùn)行過程中能夠保證自身的穩(wěn)定性，具有相對較高的可靠性，而且它設(shè)計(jì)起來相對簡單，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成施工設(shè)計(jì)。PLC 可進(jìn)行模擬量控制，位置控制。在機(jī)械手系統(tǒng)中，PLC 的內(nèi)部繼電器可代替所有用于邏輯控制的中間繼電器，使噪音下降，使用設(shè)備壽命延長，體積減小。

［1］朱暉．PLC 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］． 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，1

［2］石玉明，李錫輝．PLC 在機(jī)械手控制裝置中的應(yīng)用［J］．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007，5