硅谷杂志：基于PLC实现的自动化电气控制应用研究 |
| 2012-08-08 10:25 作者：曹松龄 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月8日消息 《硅谷》杂志2012年第13期刊文称，随着科技日新月异的发展，可编程控制器应用技术也日趋成熟，从而使得PLC的应用范围较以前也显得更加广泛，所以在现今的电气控制系统的设计工程技术人员，更倾向于选用PLC而不是接触器控制。着重介绍基于PLC技术的机械手臂控制系统的组成，并详细介绍PLC对步进电机集成控制软件和硬件的实现方法。该系统采用步进电机的单位脉冲步进距离相等的特点，对其开环点位进行控制。因此，整个运动可视为折线运动，每一个动作，可视为相同的锻炼项目，不同的特征参数的点位相对运动。作为参考点，目标点的位置由脉冲计数得到，手动操作机械手，从基准点到目标点，保存目的点的特征参数并且进行统一列表管理。以此实现手动模式下关键点位的输入以及自动模式下查表方法的“仿形纠正”动作。
各行业大力发展的今天，很多新新技术的新起，潜移默化的告诉我们新的技术必将取代旧的技术，电气自动化行业也不例外，PLC渐渐取代了接触器控制，使得整个行业迈向了新的方向。PLC结构灵活，可扩展和易于操作，标准化的软硬件设计，完善的监测和诊断功能，控制功能无可挑剔，可适应恶劣环境下的工业应用，体积小，重量轻，是传统的继电器逻辑控制柜节电优势无法比拟的。因此性价比极高的PLC，差不多涵盖了所有的工业企业。
1机械手的相关介绍
1.1传统机械手
随着工业自动化翻天覆地的巨变和发展，机械手的种种优点逐渐突显出来。定位精度高，性能稳定，结构灵活，可以准确再现等特点成为其取代传统工业手段的有力优势，慢慢的涵盖了轻工业，重工业，医疗保健，军事，科研和其他高科技领域。它的使用，标志着制造业自动化，无人值守化，节拍化，智能化的开始。但是传统的继电器控制的机械手，因为其落后的控制装置，性能不稳定易受外界干扰，工作后维修护理困难等缺点，已经慢慢的淡出了人们的视线。
1.2现代机械手
因为许多特点被广泛采用于现代机械手控制系统中，可编程控制器慢慢成为了电气自动化业界的宠儿。可编程逻辑控制器即大家常说的PLC，是一种基于计算机技术的工业控制装置，在大工业环境对于数字运算操作电子设备的需求下，PLC技术应运而生。它使用的内存可以被编程并且执行顺序运算，逻辑运算，定时和算术运算等指令。还可以利用数字或模拟输入和输出，来控制各种各样的机械和工业生产流程。现代机械手就是基于PLC技术的一个成功应用，结合了两者的优点，使得工业化进程又迈上了一个崭新的台阶。
1.3PLC机械手的特点
基于PLC技术的机械手集电气控制设备的关键性能于一身，用其不可撼动的优势引领着行业的进步。首先，相比传统继电器机械手其较高的可靠性以及抗干扰能力得到业界普遍的认同，它采用现代化大规模集成电路，利用严谨有序的生产工艺流程，内置电路添加采用了先进的抗干扰技术，使得其稳定性无可诟病。其次，PLC技术通过近些年的发展，已经逐步形成一个现代化体系，适用于各种规模的相关工业控制系统，除了少部分功能外，PLC技术近乎完善，已经慢慢渗透到了各种数控领域。最后，相比较传统继电器机械手的繁杂线路，PLC机械手大大减少了外接线路，建设系统时较为轻松的工作量也是深受广大工作人员喜欢的原因之一，同时它娇小的体型和简单易学，便于上手等等优势都让它成为了实现一体化的理想控制设备。
主轴电机M1的控制。按下启动按钮SB3，接触器KM1吸合并自锁，使主轴电机M1启动运行，同时指示灯HL2亮。按下停止按钮SB2，接触器KM1释放，使主轴电机M1停止转动，同时HL2熄灭。
摇臂升降控制。按下上升按钮SB4（或下降按钮SB5），则时间继电器KT1线圈通电吸合，其瞬时闭合的触头闭合，KM4接触器线圈通电，液压泵电机启动，正向旋转，供给压力油。压力油经分配阀体进入摇臂的“松开油腔”，拖动活塞移动，活塞推动菱形块，降摇臂松开，同时活塞杆通过弹簧片压下位置开关SQ2，使其常闭触头断开，常开触头闭合。前者切断了接触器KM4的线圈电路，KM4主触头断开，液压泵电机M3停止工作。后者使交流接触器KM2（或KM3）的线圈通电，KM2（或KM3）的主触头接通的电源，摇臂升降电机启动旋转，电动摇臂上升（或下降）。如果此时摇臂尚未松开，则位置开关SQ2的常触头则不能闭合，接触器KM2（或KM3）的线圈无电，摇臂就不能上升（或下降）。
2主要研究内容和思路
2.1任务概要
设计并运用能够代替工人在两个工作台之间进行持久的搬运工作的机械手。并且能够在高温和危险的工作环境下作业，可随时变换生产品种的批量自动化生产线。要求机械手为PLC控制，提前设定工作程序，机械手动作灵活能顺利的完成生产任务，还可根据工作对象的变化及时更改相关参数。
2.2硬件选择
机械手动力源采用步进电机以及步进电机相关驱动装置，机械手夹持部位采用电磁控制，其余元件最好在实际生产环境中结合实际生产情况进行设计应用。机械手臂传动装置选用滚丝杠杆螺母传动。减速装置采用行星减速器以保证较高的传动精度。设备运行中难免会有一些意想不到的不可避免的事故发生，但是在极限位置仍然会发出工作前行信号，从而烧毁整个动力源。因此在易发生事故的极限位置安装行程开关从而进行超程保护是必不可少的，其保留的一定工作区域并不作为工作行程，用来保护整个步进电机及其驱动设备。
2.3PLC程序设计及选择
要选择首先能够保证设计及应用中所需要的各种指令、满足设备要求I/O点数、安全生产电压以及输出方式等各方面要求的，输入/输出设备运转良好，显示功能齐全，其次要性价比高，价格合理且已经得到较为广泛应用的质优产品，一切以降低总设计成本为前提的选择。再对PLC程序进行设定的时候，要尽量达到仅需要一次手动操作，就可以完成自动程序的点位控制编程，这就需要制定能够存储点位控制作业对象的关键点的参数存储区域，以使得部分非专业人士也可进行操作，实现真正意义上的远程工件搬离。同时在开发设计程序时要为后期的二次开发维护打好基础，精选精炼典型的程序段，为其做好详细程序说明，最后选择应用的PLC要具有定位精确，路径无干扰，带有故障报警系统等特点。
3研究的未来意义
3.1各行业发展现状
应用及其广泛的PLC机械手慢慢的渗透了包括轻工业、重工业、军事科研以及医疗保健等众多高新技术行业领域，作为替代人工或是传统工业手段的新型从事目标搬移的利器。其多样的结构性，让它在各个领域乃至各工作层面上都有着举足轻重的作用，实用，类似人手臂的形状，不受任何标准或是规则的限制，反而最大最好的发挥了它高效的特点。无人车间的出现，意味着机械手以及相关机械设备已经步入了智能化阶段，能够回馈工作信息的传感器反馈系统，能够对机械手的即行动作进行实时控制，以便应对实际生产操作和既定程序的的冲突，从而自动分析判断定位位置，智能的让工作得以顺利进行，从而减少不必要的麻烦和拖延。
3.2未来发展趋势
1）多功能多用机械手的出现势必将慢慢取代单一用途机械手的存在，他们适合抓取夹持各种需要的或者你能想到的物件，适用于各种不同的用途和新功能。2）完美的人机结合界面，像是一个熟练工人一样在车间或是工作间进行着各种技术作业是机械手起到的最理想也最完美的作用，拥有类似人体手臂机构的关节再加以一段完美的程序，你将看见机械手向一个熟练工人一样在各种作业场合作着各种不可思议的事情，使得机器取代人类不在遥远。3）智能优化的是未来发展必不可少的一个话题，人格化的柔性生产，各种形式的生产线和制造体系，拥有视觉、触觉、甚至听觉的新型机器，遥控的智能化机器手，将是未来高自动化生产的有力保障。4）毫厘之间的工作精度，点对点，线对线，毫米之上的精确，实时反馈出高精度机器的神奇之处。
总而言之，可靠性强，抗干扰能力突出，都是PLC机械手相比较传统机械的致命优势，正是因为有着种种优点，适应了社会发展工业建设的种种需求，才使得它能在这个行业立足，经济的更替，社会的变迁，使得每一分钟甚至每一秒钟都发生着翻天覆地的变化，我们必须用发展的眼光看待问题，在这种趋势下，PLC机械手就是我们不二的选择，也是电气自动化行业的一种新兴趋势。（原文载于《硅谷》杂志2012年第13期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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