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摘 要：机械设计是机械工程的重要组成部分，文章综述了传统设计技术与现代设计技术的内涵、应用及两者之间的比较， 阐述了PLC在机械设计中的应用及发展趋势。
关键词：机械设计 传统技术 可靠性设计
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要的因素。设计工作的质量，直接关系到机械产品的质量性能、研究周期和技术经济效益等。常规设计技术是以经验总结为基础，运用力学和数学形成的公式、图表、手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计，是一种直觉设计、经验设计和静态设计，它目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求。现代设计技术是以电子计算机为手段，以网络为基础，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算结果最优化，设计过程高效化和自动化的设计技术，是一种定量的、动态的和科学的设计技术。
1.PLC程序设计方法
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。
2.PLC软件设计
软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
3.机械手PLC控制的设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。最为主要的原因在于对于液压驱动的机械手考虑到液压系统本身包括液压站，都是随车运动的。如果采用传统的继电器逻辑线路控制，不但结构复杂，控制柜体积亦大；而且各个继电器均在运动中动作，易受震动干扰，可靠性差。为此，我采用（PLC）对机械手进行控制。循环开始时，两机械手处于初始状态。按下XTl手爪夹紧按钮，使手指夹紧：同时经过短时间延时，启动泵站电机。按下SBl上料开始按钮，手臂开始正转，在锥齿轮传动机构作用下诱起手腕的回转运动；在手臂回转90度的时候压到行程开关SQ2，使其停止运动。由于大小锥齿轮的齿数比为2：1，故而此时手腕回转180度。同时行程开关发信号使车体开始前进，当行进至行程开关SQ3时，通知活顶尖夹紧棒料，并且延时10秒（该时间可调）；而后，报警5秒（该时间可调），按下XT2手指松开按钮使手指松开。之后，按下SB4复位按钮，使车体后退至SQ4处，再发信号使液压回转缸反转带动手臂反转；当手臂压到行程开关SOl该过程结束。机械手再次处于待料状态。下料过程：循环开始时，两机械手处于初始状态。按下SB2下料开始按钮，使车体开始前进，当行进至行程开关SQ3时，通知活顶尖松开棒料，并且延时10秒（该时间可调）；而后，报警5秒（该时间可调），按下XT3手爪夹紧按钮，使手指夹紧；之后，按下SB5下料向下按钮，使车体后退至S04处，再发信号使液压回转缸反转带动手臂反转；当手臂压到行程开关SQl时，报警5秒（该时间可调）；按下XT4手指松开按钮使手指松开。按下SB6下料复位按钮，使手臂正转至原位。该过程结束。目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC，德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON（立石）公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点分别为12个和11个，理应选择CPM2A-30CDR-A但是考虑到其经济及可扩展性，因此在本次设计中选择了OMRON公司的CPM2A-40CDR-A型可编程
4.结束语
PLC系统具有高可靠性，避免了普通继电器逻辑电路在自身移动过程中，由于运动和振动原因带来的误操作。随着科学技术的发展、计算机的广泛应用，设计方法和手段发生了很大变化，科学的新成就不断丰富、充实着机械设计的思想、理论、方法和手段，促进了机械设计的变革、创新和发展，使现代化设计技术面貌一新。广大工程技术人员应不断更新设计思维，采用现代设计技术，真正提高产品的设计水平和市场竞争力。
参考文献：
[1]覃文洁.现代设计方法概论[M].北京：北京理工大学出版社，2010.
[2]王凤岐，现代设计方法[M].天津：天津大学出版社，2011
关键词：机械设计 传统技术 可靠性设计
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要的因素。设计工作的质量，直接关系到机械产品的质量性能、研究周期和技术经济效益等。常规设计技术是以经验总结为基础，运用力学和数学形成的公式、图表、手册等作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计，是一种直觉设计、经验设计和静态设计，它目前已经远远不能满足产品的功能和市场需求。现代设计技术是以电子计算机为手段，以网络为基础，建立在现代管理技术之上，运用工程设计的新理论和新方法，实现计算结果最优化，设计过程高效化和自动化的设计技术，是一种定量的、动态的和科学的设计技术。
1.PLC程序设计方法
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行内存容量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。
2.PLC软件设计
软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
3.机械手PLC控制的设计
考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器（PLC）对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。最为主要的原因在于对于液压驱动的机械手考虑到液压系统本身包括液压站，都是随车运动的。如果采用传统的继电器逻辑线路控制，不但结构复杂，控制柜体积亦大；而且各个继电器均在运动中动作，易受震动干扰，可靠性差。为此，我采用（PLC）对机械手进行控制。循环开始时，两机械手处于初始状态。按下XTl手爪夹紧按钮，使手指夹紧：同时经过短时间延时，启动泵站电机。按下SBl上料开始按钮，手臂开始正转，在锥齿轮传动机构作用下诱起手腕的回转运动；在手臂回转90度的时候压到行程开关SQ2，使其停止运动。由于大小锥齿轮的齿数比为2：1，故而此时手腕回转180度。同时行程开关发信号使车体开始前进，当行进至行程开关SQ3时，通知活顶尖夹紧棒料，并且延时10秒（该时间可调）；而后，报警5秒（该时间可调），按下XT2手指松开按钮使手指松开。之后，按下SB4复位按钮，使车体后退至SQ4处，再发信号使液压回转缸反转带动手臂反转；当手臂压到行程开关SOl该过程结束。机械手再次处于待料状态。下料过程：循环开始时，两机械手处于初始状态。按下SB2下料开始按钮，使车体开始前进，当行进至行程开关SQ3时，通知活顶尖松开棒料，并且延时10秒（该时间可调）；而后，报警5秒（该时间可调），按下XT3手爪夹紧按钮，使手指夹紧；之后，按下SB5下料向下按钮，使车体后退至S04处，再发信号使液压回转缸反转带动手臂反转；当手臂压到行程开关SQl时，报警5秒（该时间可调）；按下XT4手指松开按钮使手指松开。按下SB6下料复位按钮，使手臂正转至原位。该过程结束。目前，国际上生产可编程序控制器的厂家很多，如日本三菱公司的F系列PC，德国西门子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON（立石）公司的C型、P型PC等。考虑到本机械手的输入输出点分别为12个和11个，理应选择CPM2A-30CDR-A但是考虑到其经济及可扩展性，因此在本次设计中选择了OMRON公司的CPM2A-40CDR-A型可编程
4.结束语
PLC系统具有高可靠性，避免了普通继电器逻辑电路在自身移动过程中，由于运动和振动原因带来的误操作。随着科学技术的发展、计算机的广泛应用，设计方法和手段发生了很大变化，科学的新成就不断丰富、充实着机械设计的思想、理论、方法和手段，促进了机械设计的变革、创新和发展，使现代化设计技术面貌一新。广大工程技术人员应不断更新设计思维，采用现代设计技术，真正提高产品的设计水平和市场竞争力。
参考文献：
[1]覃文洁.现代设计方法概论[M].北京：北京理工大学出版社，2010.
[2]王凤岐，现代设计方法[M].天津：天津大学出版社，2011