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[摘 要]气动机械手是一个由触摸屏、PLC、电气、气动、机械等元件所构成的机电一体化装备，机械动作有先后逻辑并且十分复杂。本文基于触摸屏和PLC专门设计了一套气动机械手控制系统，既要确保机械手在运行过程中体现出明确的先后逻辑关系，同时也要确保控制系统的安全性以操作过程的可视化。使机械手在运行中能够保持性能稳定、动作流畅、可靠性高。
[关键词]触摸屏 PLC 控制系统 机械手
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0063-01
随着我国工业领域的不断发展，机械手得到了工业企业的广泛应用，一方面使工业生产的效率与精确性得到了大幅度的提升，另一方面也降低了现场工作人员的劳动强度。
进入新世纪以来，我国加大了对气动技术的研究发力。将气动技术与电气可编程控制技术结合起来，能够使系统控制方式更加灵活，自动化水平更高，提高机械手性能的可靠性；结合微电子技术，进一步推动了电气比例伺服技术的进步；在现代控制理论不断丰富的过程中，比例伺服控制已经全面替代了传统的气动开关控制，提高了控制精度。在气动技术不断发展的过程中，工业企业也开始普遍应用气动机械手设备，该设备具有节能环保、工作可靠、动作迅速、重量轻、结构简单等方面的优点。作为一种机械传动类设备，做好机械与控制之间的融合是气动机械手未来一段时间的发展重点。对于机械手来说，其内部最为重要的组成部分就是控制系统，机械手是否能够顺畅运行直接受到控制系统的影响。因此，对机械手控制系统进行深入的分析有着十分重要的意义。
1. 机械手控制功能需求分析
根据工件是否合格将上一工位的工件转移至其他分支流水线上是机械手的主要任务。一次作业任务中，机械手的动作顺序为：伸出→夹紧→上升→顺时针旋转（合格品）/逆时针旋转（不合格品）→下降→放松→缩回→逆时针旋转（合格品）/顺时针旋转（不合格品）。该系统共配备气动手抓1只、3位摆台1只、普通气缸2只。2只气缸都属于单作用气缸，其中1只用于机械手的缩回与伸出，另外1只用于上升与下降，气动手爪用于夹紧工件与松开工件。
机械手控制系统功能：首先，要求机械手既能够单步运行也能够连续运行；其次，能够对用户权限进行设置，在未授权人员进行控制的情况下，系统需要对机械手的动作进行限制；第三，在系统存在操作失误或故障的情况下，需要能够发出报警信息。
2.系统设计
2.1控制方案设计
以主站加从站的方式对整个流水线进行分布式控制，各个从站的数据通信由主站负责，从站来对各个单元进行控制，所有从站均设置有专门服务于单个从站的触摸屏，能够实时显示该单元的工作状态与控制情况。机械手单元控制系统以触摸屏加PLC的方式接受人工控制，从站PLC执行系统控制逻辑，人机交互操作由触摸屏来完成。控制系统整体由报警蜂鸣器、指示灯、磁性开关，压力变送器、触摸屏、PLC等元件所组成。
触摸屏配置Windows CE操作系统，结合WinCC flesible组态，能够实现可视化的复杂机器高标准控制，通过动画功能、图形库以及适量图形显示功能，拥有RJ-45接口、USB、RS-422、RS-232接口，能够与PLC、计算机进行数据交换。该触摸屏需要能够承受多尘、剧烈振动等恶劣工业环境。
本次研究所选用的为紧凑型PLC的一种，其内置有模拟量和数字量I/O，能够对过程信号进行连接，PROFIBUS DP接口能够实现I/O单元与主站/从站的单独连接。该PLC通信功能优良，指令集十分丰富，在自动化控制领域中得到了广泛的应用。
控制系统整体的输入兼容零件测试结果信号、气缸与按钮的磁性开关量信号以及压力模拟量信号。通过模拟量信号，能够对当前气体压力的具体数值进行观察；按钮开关量信号则能够将操作者的各种动作指令反映出来，磁性开关量能够将缸杆的具体位置反映出来。系统输出信息包含报警蜂鸣器信号、运行指示灯以及电磁阀信号三种。其中电磁阀信号能够为气缸动作提供驱动，将系统当前的运行状况通过运转指示灯显示出来，在系统存在操作错误的情况下，即气体压力与系统要求不符合时，蜂鸣器会发出警报，使系统的运行能够维持安全状态。
2.2PLC程序设计
2.2.1 GX Developer
GX Developer可以实现诊断、文件建档、测试、编程、参数设置以及硬件配置等功能。通过项目来对自动化系统内部的软件与硬件进行管理，通过管理器来集中管理各项项目，能够更加便利地对浏览数据。在计算机已经安装GX Developer的状态下，通过PC/MPI适配器能够建立PLC的MPI接口与RS-232C接口。通过GX Developer对PLC程序进行编写，可以选用结构化控制语言、顺控程序、指令表、功能块图、梯形图五种编程语言。通过 GX Simulator仿真模块能够对PLC的真实结构进行模拟，对PLC程序运行状态进行检查。也就是说GX Developer能够对PLC程序开发工作进行简化，使系统开发效率得到提升。
2.2.2从站之间的数据通信
本次研究中，机械手单元从站能够从零件检测结果中获取信号，对零件的支向作出决策。在Profibus-DP中，由于无法进行从站之间的通信，机械手单元需要于主站中对单元信号进行检测。单元从站可以与主站进行通信，得到从站运行所需要的信号指令。单元从站与主站在通信过程中，能够直接取得检测单元所发出的从站信号，实现机械手单元与检测单元之间的交互。
2.2.3程序开发过程
2.2.3.1完成I/O地址分配工作
依照系统输入输出两方面的需求，对I/O地址进行分配，具体分配内容包含模拟量地址与开关量地址，输入信号一方面由物理无所件分发，同时也可以由触摸屏元件进行分发。
2.2.3.2确定程序结构
以模块化思路对程序进行设计，具体涉及OB35、OB100与OB1三对对象块。其中0B35负责切换动态画面，OB1负责对逻辑关系进行控制，OB100负责初始化。
2.2.3.3缩写对象块程序
依照机械动作设计程序，对控制邏辑关系进行分析，对具体的控制程序进行编写。设计人员首先需要对各方面的干扰信号进行识别。对机械手动作流程进行划分，对动作先后顺序进行明确的表述。对函数块中的顺控器进行编写具体涉及11个步以及2个选择结构，其设计目的在于对产品是否合格进行区分。在各项运行过程中，完成单个步动作之后，会出现一个与之相对应的传感器信号，根据其中所包含的常闭触点与常开触点来转换串联状态。
结束语：
气动搬运机械手是工业生产领域广泛使用的机械设备，本文对触摸屏的可视化操作实现方法与PLC控制的灵活性设计进行了详细的阐述与分析，同时也对二者与机械手之间的联系方法进行了具体的设计，通过GX Developer系列软件对控制系统的具体功能进行了编辑，操作过程的安全性与可视化水平得到了大幅度的提升。
参考文献：
[1]齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动，2013，04：19-22.
[2]唐诚，魏镜弢.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统设计[J].机械与电子，2015，10：54-56+80.
[3]卢尧，任晓明，吴勇志，李继先.智能仓储控制系统的设计与实现[J].自动化仪表，2017，3802：28-30+35.
[关键词]触摸屏 PLC 控制系统 机械手
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0063-01
随着我国工业领域的不断发展，机械手得到了工业企业的广泛应用，一方面使工业生产的效率与精确性得到了大幅度的提升，另一方面也降低了现场工作人员的劳动强度。
进入新世纪以来，我国加大了对气动技术的研究发力。将气动技术与电气可编程控制技术结合起来，能够使系统控制方式更加灵活，自动化水平更高，提高机械手性能的可靠性；结合微电子技术，进一步推动了电气比例伺服技术的进步；在现代控制理论不断丰富的过程中，比例伺服控制已经全面替代了传统的气动开关控制，提高了控制精度。在气动技术不断发展的过程中，工业企业也开始普遍应用气动机械手设备，该设备具有节能环保、工作可靠、动作迅速、重量轻、结构简单等方面的优点。作为一种机械传动类设备，做好机械与控制之间的融合是气动机械手未来一段时间的发展重点。对于机械手来说，其内部最为重要的组成部分就是控制系统，机械手是否能够顺畅运行直接受到控制系统的影响。因此，对机械手控制系统进行深入的分析有着十分重要的意义。
1. 机械手控制功能需求分析
根据工件是否合格将上一工位的工件转移至其他分支流水线上是机械手的主要任务。一次作业任务中，机械手的动作顺序为：伸出→夹紧→上升→顺时针旋转（合格品）/逆时针旋转（不合格品）→下降→放松→缩回→逆时针旋转（合格品）/顺时针旋转（不合格品）。该系统共配备气动手抓1只、3位摆台1只、普通气缸2只。2只气缸都属于单作用气缸，其中1只用于机械手的缩回与伸出，另外1只用于上升与下降，气动手爪用于夹紧工件与松开工件。
机械手控制系统功能：首先，要求机械手既能够单步运行也能够连续运行；其次，能够对用户权限进行设置，在未授权人员进行控制的情况下，系统需要对机械手的动作进行限制；第三，在系统存在操作失误或故障的情况下，需要能够发出报警信息。
2.系统设计
2.1控制方案设计
以主站加从站的方式对整个流水线进行分布式控制，各个从站的数据通信由主站负责，从站来对各个单元进行控制，所有从站均设置有专门服务于单个从站的触摸屏，能够实时显示该单元的工作状态与控制情况。机械手单元控制系统以触摸屏加PLC的方式接受人工控制，从站PLC执行系统控制逻辑，人机交互操作由触摸屏来完成。控制系统整体由报警蜂鸣器、指示灯、磁性开关，压力变送器、触摸屏、PLC等元件所组成。
触摸屏配置Windows CE操作系统，结合WinCC flesible组态，能够实现可视化的复杂机器高标准控制，通过动画功能、图形库以及适量图形显示功能，拥有RJ-45接口、USB、RS-422、RS-232接口，能够与PLC、计算机进行数据交换。该触摸屏需要能够承受多尘、剧烈振动等恶劣工业环境。
本次研究所选用的为紧凑型PLC的一种，其内置有模拟量和数字量I/O，能够对过程信号进行连接，PROFIBUS DP接口能够实现I/O单元与主站/从站的单独连接。该PLC通信功能优良，指令集十分丰富，在自动化控制领域中得到了广泛的应用。
控制系统整体的输入兼容零件测试结果信号、气缸与按钮的磁性开关量信号以及压力模拟量信号。通过模拟量信号，能够对当前气体压力的具体数值进行观察；按钮开关量信号则能够将操作者的各种动作指令反映出来，磁性开关量能够将缸杆的具体位置反映出来。系统输出信息包含报警蜂鸣器信号、运行指示灯以及电磁阀信号三种。其中电磁阀信号能够为气缸动作提供驱动，将系统当前的运行状况通过运转指示灯显示出来，在系统存在操作错误的情况下，即气体压力与系统要求不符合时，蜂鸣器会发出警报，使系统的运行能够维持安全状态。
2.2PLC程序设计
2.2.1 GX Developer
GX Developer可以实现诊断、文件建档、测试、编程、参数设置以及硬件配置等功能。通过项目来对自动化系统内部的软件与硬件进行管理，通过管理器来集中管理各项项目，能够更加便利地对浏览数据。在计算机已经安装GX Developer的状态下，通过PC/MPI适配器能够建立PLC的MPI接口与RS-232C接口。通过GX Developer对PLC程序进行编写，可以选用结构化控制语言、顺控程序、指令表、功能块图、梯形图五种编程语言。通过 GX Simulator仿真模块能够对PLC的真实结构进行模拟，对PLC程序运行状态进行检查。也就是说GX Developer能够对PLC程序开发工作进行简化，使系统开发效率得到提升。
2.2.2从站之间的数据通信
本次研究中，机械手单元从站能够从零件检测结果中获取信号，对零件的支向作出决策。在Profibus-DP中，由于无法进行从站之间的通信，机械手单元需要于主站中对单元信号进行检测。单元从站可以与主站进行通信，得到从站运行所需要的信号指令。单元从站与主站在通信过程中，能够直接取得检测单元所发出的从站信号，实现机械手单元与检测单元之间的交互。
2.2.3程序开发过程
2.2.3.1完成I/O地址分配工作
依照系统输入输出两方面的需求，对I/O地址进行分配，具体分配内容包含模拟量地址与开关量地址，输入信号一方面由物理无所件分发，同时也可以由触摸屏元件进行分发。
2.2.3.2确定程序结构
以模块化思路对程序进行设计，具体涉及OB35、OB100与OB1三对对象块。其中0B35负责切换动态画面，OB1负责对逻辑关系进行控制，OB100负责初始化。
2.2.3.3缩写对象块程序
依照机械动作设计程序，对控制邏辑关系进行分析，对具体的控制程序进行编写。设计人员首先需要对各方面的干扰信号进行识别。对机械手动作流程进行划分，对动作先后顺序进行明确的表述。对函数块中的顺控器进行编写具体涉及11个步以及2个选择结构，其设计目的在于对产品是否合格进行区分。在各项运行过程中，完成单个步动作之后，会出现一个与之相对应的传感器信号，根据其中所包含的常闭触点与常开触点来转换串联状态。
结束语：
气动搬运机械手是工业生产领域广泛使用的机械设备，本文对触摸屏的可视化操作实现方法与PLC控制的灵活性设计进行了详细的阐述与分析，同时也对二者与机械手之间的联系方法进行了具体的设计，通过GX Developer系列软件对控制系统的具体功能进行了编辑，操作过程的安全性与可视化水平得到了大幅度的提升。
参考文献：
[1]齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计[J].液压与气动，2013，04：19-22.
[2]唐诚，魏镜弢.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统设计[J].机械与电子，2015，10：54-56+80.
[3]卢尧，任晓明，吴勇志，李继先.智能仓储控制系统的设计与实现[J].自动化仪表，2017，3802：28-30+35.