PLC气动机械手控制系统设计
乐伟伟+沈晓冬
[摘 要]机械手是一种自动化定位控制并可重新编程以变动的多功能机器，在工业自动化生产中占据着重要位置。随着传感器技术、气动技术、计算机技术等发展，基于计算机技术为基础的控制技术发展较快，其中气动技术以经济、廉价、灵敏等优点，而成为研究热点之一。本文通过对机械手的各功实现形式和控制方式研究，對其进行了PLC控制系统的SFC（Sequential Function Chart）图、梯形图及指令表等软件程序设计，为相关的工程设计领域提供了理论参考。
[关键词]PLC控制；机械手；智能控制应用
中图分类号：R147 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0041-01
1 PLC程序设计算法分析
算法是解决问题清析思路的描述，对于一种可行的解决方案均有算法。当然对于不能解决的方案可能就没有算法可言。在本文中编程环节要求按照机械手的工作要求实现控制要求，我们通过假定其初始位置为原点，其条件为右边、后退、松开状态为原始条件，基于此条件下实现自动操作与手动操作。
（1）分治法
设计中利用了重要的分治法实现各功能模块。依照气动机械手的工作顺序要求，划分为各小功能模块，如向左伸出与向右缩回、向下伸出与向上缩回、水平伸出与缩回等均可分为小的模块，设计中称为状态。各相关的状态中动作利用步进指令转换为梯形图程序，实现完整的控制功能。
（2）贪婪法
贪婪法的总体思路中把符合控制条件的所有情况均最大限度的列入考虑范畴，从中选取一个解决问题的办法。本文设计中考虑符合设计要求的思路会有多种，如采用最基本的思维，即把每一步均作最基本的“起一保一停”处理，并线圈内加入限制条件，在最开始作最基本的起动控制程序以实现控制功能。另一种方法可以采用SET，RST指令来实现控制功能。还有方法就是后续设计中用的流程图把所有出现的动作当成状态，设计其流程图并转化为梯形图程序。
（3）回溯法
在设计流程图时其实还用到回溯法，即针对我们的工作任务进行分析并画流程图后，发现思路出错无法达到最佳的解决方法，后重新回至开始部分重新设计。需要设计者对条件仔细分析后返回在何处才是最佳答案。
2 气动机械手控制系统设计
2.1 顺序序功能图
顺序功能图（也称SFC图）主要用于设计动作具有严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行时控制系统。其总是按规定路线一步一步地进行，以完成控制任务。这种方法容易被初学者接受，对有经验的工程师也能较大提高设计效率，是控制系统设计中较常用的设计思路。此方法提供了通用和专用的编程元件，开发了专门供编制控制程序用的功能图，己成为当前PLC程序设计方法。
依照控制任务要求，从位于右侧、后退、上面的原点位置出发，要求依次执行的动作线路为摆动缸向左摆、水平气缸伸出、垂直气缸伸出、吸持工件、垂直气缸退回、水平气缸退回、摆动缸右摆、水平气缸伸出、垂直气缸伸出、放松工件、垂直气缸退回、水平气缸退回、原位的循环过程。
考虑在执行过程中如果出现问题或停电等不可预料情况，有时需要采用手动操作，故设置手动操作，可画出如图1所示的程序流程图。例如当选择手动操作方式后，合X22对应开关后，执行水平伸出，传感器检测到位后发出信号，X1为ON停止伸出。其它工作过程类似，共需要完成水平缩回、垂直伸出、垂直缩回、向右摆出、向左摆回、气爪抓紧、气爪松开。
2.2 气动机械手总体SFC
在X11，12，13，14，15，16，17，20，21，22，23同时只能有一个处于ON状态，必须使用转换开关，以保证控制方式的单一性。以免发生错误和危险。X10为手动/自动切换开关，X10为ON时进入手动操作，X10为OFF时进入自动操作。
最开始选择是手动操作方式还是自动操作方式，由方式选择开关来实现，流程图中用进入自动控制状态吗？若选择自动操作方式，但机械手并没有处于原位（原始状态时，即右上方缩回状态）先使用手动操作使其回到初始位后开始执行自动控制的流程。当执行一个机械周期后，由工作方式选择开关实现选择单周期还全自动化的操作过程。
3 PLC控制系统梯形图程序
梯形图的设计的总体思路为方式选择开关xlo=1时，执行手动操作方式；xlo=1时，执行自动操作程序，可利用程序控制指令cJ来实现。梯形图的编制方法很多，可以用起保停的方法，即按条件起动然后保持（自锁），下一个状态成立时切断上一个状态，也可以使用SET和RST来完成；比较典型的是以STL为特征的步进梯形图。
4 PLC控制系统梯形图程序
梯形图的设计的总体思路为方式选择开关xlo=1时，执行手动操作方式；
xlo=1时，执行自动操作程序，可利用程序控制指令cJ来实现，梯形图的编制方法很多，可以用起保停的方法，即按条件起动；然后保持（自锁），下一个状态成立时切断上一个状态，也可以使用SET和RST来完成；比较典型的是以STL为特征的步进梯形图。
手动程序就是用按钮单独操作实现位置的移动，主要是在调整安装机械手位置时，需要手动操作；当机械手一开始未处于原位时，利用手动操作完成回到原始位置。输入端的工作方式选择开关选择SAI-1端点，即选择手动工作方式。分别用X14到X23对应的按钮控制机械手的手动动作。对应的手动操作程序。如需要松开机械手所抓物体合上开关X15即实现。
参考文献
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