丁国华（沈阳理工大学信息科学与工程学院）
摘要：工程机械操作过程中重复控制较多，在搬动或装卸零件的系统中，机械手起着重要作用。它是一种能模拟人的手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置。
关键词：可编程控制器物流程序设计
1可编程控制器
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
2物流发展概况
1996年国家经贸委将“自动化物流系统”任务列入国家“九五”重点技术开发计划，2000年又将“企业综合物流系统”列入国家重点创新计划，国家计委又批准了“企业集成自动化”的立项。物流的价值主要体现在以下几个方面：降低企业仓储、搬卸成本，降低企业运营成本，提高顾客服务价值以及提升企业的竞争力等。社会物流总值大幅增长。2003年，全国社会物流总值达295437亿元，同比增长27%（按现价计算），明显高于同期GDP的增长速度。其中：工业品物流总值为249570亿元，同比增长26.8%；农产品物流总值为11261亿元，同比增长2.5%；进口货物物流总值为34193亿元，同比增长40%；再生资源物流总值为278亿元，同比增长18.3%；邮政物流总值为136亿元，同比增长3.2%，社会物流总成本占GDP比例继续下降，但比重仍然偏高。2003年，全国社会物流总成本为24974亿元，同比增长13.6%，较同期物流总值27.5%的增长速度低13.9%个百分点。其中：运输成本为14028亿元，同比增长15.1%；仓储成本为7376亿元，同比增长15.1%；管理成本为3570亿元，同比增长7.3%。2003年社会物流总成本占社会物流总值的比重为8.4%，比2002年又下降了1.1个百分点。这说明我国社会物流总效益在不断提高。从社会物流总成本与GDP的比例关系看，1991年社会物流总成本相当于GDP的24%，2003年缩小到21.4%，这一比例比美国、日本等物流发达国家高出1倍多[3]。据统计，目前我国一般工业品，从出厂经装卸、储存、运输等各个物流环节，最终到消费者手中的流通费用，约占商品价格的50%，这些费用上的消耗以及大量存在的库存为物流的发展留下了巨大的空间。
3物流生产线程序设计
物流生产线由6个工作站构成，分别是上料检测站（第一站）、搬运站（第二站）、加工检测站（第三站）、安装站（第四站）、安装搬运站（第五站）、和分类站（第六站）。这六站连接成生产线后，可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。其中，上料检测站回转上料台，将大工件按顺序排好，依次送到检测工位，并由提升装置将工件提升和检测工件的黑白颜色，把黑白识别信号传送到搬运站；搬运站将大工件从上站搬运至加工站；加工站由回转台将大工件在4个工件间转换和转空，并将检测的成品和废品信息通知下站；安装站将成品传送到安装工位，再从料仓中推出小工件，并将小工件装入大工件中；安装搬运站将上站正品工件拿起放入安装工位，并将安装好工件搬运到分类站，如果加工站有废品产品，则安装搬运站将废品直接送入废品收料站；分类站用与按工件类型分类，然后将工件推入相应的库房，并统计各总工件的数量和总量。
各站连成生产线后，相互之间要进行通信，把加工过程中所产生的数据如工件颜色、装配信息、废品信息等，送至下站，使系统安全、可靠运行。系统中各站开始工作的运行信号，是由前站给出的。只有上料检测站是通过“开始”按钮来起动工作的。各站通过四跟I/O线与前后各站进行通信相互交换信息，向前俩根通信线，一输出一出入，向后俩根通信线，一输出一输入。加工站有一个成品/废品信号线，将信号向后传送。
4搬运站的程序设计
搬运站的动作流程第二站功能用于实现将第一站（上料检测站）的工件（附带颜色信号）搬运第三站（加工站）。在起始状态下，当第二站收到第一站（上料检测站）的信号后（工件到位信号为I2.3，工件颜色信号为I2.2），则第二站的机械手开始动作，完成以下动作：机械手前伸-气爪下降-夹紧工件-夹着工件上升（同时给第一站一个工作信号为Q1.3）-接携手缩进-机械手臂右转；到位时，机械手前伸—气爪下降—松开工件—气爪上升（上升到位给第三站输出一个动作信号为Q1.4）——机械手回缩—机械手臂左转，回到起始（原）位置，等待第一站的信号。
5控制系统的硬件设计
根据本设计的生产线搬运站的控制要求，选用西门子公司的S7-200型PLC，CPU226其基本I/O点数为：输人24点，输出16点。它具有运转平稳、故障率低、结构简单、操作方便、精度高、实时可靠,故障诊断、寿命长、维修方便等优点。
PLC是一种专门为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该按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。
可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
第二站功能用于实现将第一站（上料检测站）的工件（附带颜色信号）搬运第三站（加工站），在起始状态下，当第二站收到第一站（上料检测站）的信号后（工件到位信号为I2.3，工件颜色信号为I2.2），则第二站的机械手开始动作，完成以下动作：机械手前伸-气爪下降-夹紧工件-夹着工件上升（同时给第一站一个工作信号为Q1.3）-机械手缩进-机械手臂右转；到位时，机械手前伸—气爪下降—松开工件—气爪上升（上升到位给第三站输出一个动作信号为Q1.4）—机械手回缩—机械手臂左转，回到起始（原）位置，等待第一站的信号。
计算机控制系统在工业现场使用中，因现场的恶劣环境及各种不利因素的影响，有时会导致整个控制系统失灵，因而需采取有效的抗干扰措施。
5.1采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰。在PLC控制系统中，电源占有极重要的地位。对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。
此外，位保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的安全可靠性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。
5.2电缆选择的敖设。为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，降低了动力线生产的电磁干扰。不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠近平行敖设，以减少电磁干扰。
5.3硬件滤波及软件抗干扰措施。信号在接入计算机前，在信号线与地间并接电容，以减少共模干扰；在信号两极间加装滤波器可减少差模干扰。
5.4正确选择接地点，完善接地系统。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。
参考文献：
[1]汪小澄等《可编程控制器运动控制技术》机械工业出版社.2006.1.
[2]高钦和.《可编程控制器应用技术与设计实例》.人民邮电出版社.2004.7.
[3]吴丽.《电器控制与PLC实用教程》黄河水利出版社.2005.2.