基于PLC和MCGS控制的气动机械手和皮带自动分拣系统研究

尹悦悦，崔守娟，杨恒志

（镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212016）

随着自动化技术的快速发展，机械设备工业生产逐渐趋于自动化与集成化。气动机械手可以在高温、高压及带有放射性污染性的场合运作，因此被广泛运用于多种工业领域。以压缩空气作为动力源设计一款气动机械手，以三菱可编程控制器 （简称PLC）和MCGS为核心设计出控制分拣系统，运用各型传感器和气动机械手、转料盘、传送带和推动气缸等原件，实现自动生产线对部件的分拣要求，并使系统调试维修方便、成本价格较低和自动化使用更加可靠。

1 PLC简介

PLC 控制系统（Programmable Logic Controller）可编程逻辑控制器是一种数字运算操作系统，专为工业环境应用而设计。它采用一类可编程存储器，用于内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制等，通过数字或模拟式输出/输入控制各种类型机械和生产过程。

三菱PLC主要由CPU控制器、运算器和寄存器组成，CPU控制器通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。三菱PLC常见类型有FX1N、FX2N、FX3U等型号，拥有高速度、高级功能逻辑选件、定位控制等特点

2 气动机械手搬运机构

气动机械手搬运机构如图1所示。

3 PLC控制系统

3.1 PLC控制系统要求

3.1.1 初始状态 机械手摆臂在左限位，机械手手臂气缸上升，机械手伸出气缸缩回，机械手夹紧气缸放松，皮带输送机上的推料气缸全部缩回。

图1 气动机械手搬运机构Figure 1 Pneumatic manipulator carrying mechanism

3.1.2 启动过程 上电后，系统自行进行一次机械手复位过程。按下按钮SB1，转料盘开始转动。当平台传感器检测到后，机械手开始运作，将货物自动夹取到皮带输送机上。3 s内在MCGS上设定将要推入的位置，此后皮带开始转动，并根据MCGS的设定推入指定槽中。若MCGS没有设置，皮带不会转动。

3.1.3 停止过程 按下按钮SB2，转料盘停止转动，机械手复位到初始位置，皮带输送机停止转动，推料气缸全部缩回。

3.2 系统I/O地址分配

系统I/O地址分配见表1。

3.3 PLC主程序设计

PLC主程序如图2所示。

各功能块功能有：

S0：启动；

S18：停止；

S10：料盘开始转动；

S11：气动机械手下降，夹紧；

表1 系统I/O地址分配Table 1 System I/O address allocation

图2 PLC主程序Figure 2 PLC main program

S12：气动机械手上升，旋转至另一侧；

S13：气动机械手下降，放松；

S14：气动机械手上升，回到原位；

S15：皮带停留；

S16、S17、S18：皮带转到相应的位置；

S20、S22、S24：货物气缸推出。

4 MCGS组态软件设计

4.1 MCGS组态软件简介

MCGS（Monitor And Control Generated System）是一套基于Windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供解决方案，完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警、安全机制动画显示等功能，具有操作简便、性能可靠性高等特点，广泛运用于工业生产。

4.2 MCGS组态软件构成

MCGS组态软件包括组态环境与运行环境2个部分。组态环境主要帮助用户设计与构造需要的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，结合用户需要执行各种处理，完成用户设计的功能与目标。

4.3 MCGS 控制界面

用MCGS组态软件监控PLC控制气动机械手，监控控制系统的多个动态过程如图3所示。

图3 MCGS组态软件监控Figure 3 MCGS configuration software supervisory control

4.3.1 操作部分 按下按钮SB1，转料盘开始转动。当物料检测传感器检测到货物时，气动机械手开始按照下降—夹紧—上升—旋转到另一侧—下降—放松—上升—回到原位的次序运作，此时货物在传输带上停留3 s。在MCGS上选择要推入的位置，即：选择1则将货物推入位置1，选择2则将货物推入位置2，选择3则将货物推入位置3，以此类推。如果没有选择，则皮带不转动。

4.3.2 停止与复位 按下按钮SB2，系统停止运行，气动机械手复位回到初始位，转料盘停止转动，皮带输送机停止转动。如果皮带输送机或者物料检测传感器检测到货物，则在运行完成后自动停止。

4 结论

气动机械手操作简便、工作效率高，被广泛运用于工业行业。三菱PLC与MCGS结合有效，提高了生产效率与操控便捷性，使控制系统更加自动化。

［1］唐少琴.基于 PLC 的气动机械手控制系统设计［J］.机械设计与制造工程 2016，45（5）：51-53.

［2］张晓辉，李卫新.基于 PLC 控制系统的气动机械手设计［J］.装备制造术，2012，7（7）：300-301.

［3］李永胜，熊瑞平，李兴国，等.基于 PLC 控制的气动机械手的实验［J］.科技创新导报，2013，10（20）：62-64.

［4］汪欢欢，胡国清，周青辉.基于 PLC 的气动机械手控制系统设计与研究［J］.液压与气动，2012，9（9）：38-40.