基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用

在科技时代，工业自动化已经得到了较好的发展，而工业机械手的应用在现代化的工业领域起到了很大的作用，也在工业自动化领域中不能被替代的一个角色，它的应用能将生产效率有效提高上来，还节省了人力工作，其价值是很大的。

 

本文对PLC机械手的系统构成做了简单的介绍，并分析了机械手在控制软件和硬件上的有效方法，得出应用PLC机械手方案的主要的特点，即编程容易、结构简单以及造价低等。

 

所谓工业机械手，主要是对人手动作进行模仿，并能根据设定的相应程序和操作要求，对人手的抓取作业和搬运作业代替，能够操作焊接以及喷漆等一系列工艺的装置，这一装置属于机电一体化结构，在众多的自动化生产线中都得到了较好的应用。

 

这种机械手能够对人类繁重的劳动作业进行替代，实现机械化生产和自动化生产，并能在有毒害的工作环境中工作，这对人力来说起到了一定的保护作用，尤其在机械制造和航空航天生产线中应用的比较多。

 

　　一、自动搬运系统结构以及控制要求

 

　　1、机械手的控制要求

 

　　机械手的实际控制系统在运行的时候，是从左侧的高位一直到右侧的循坏过程，在机械收工作的过程中，先在左高位进行起到，然后再下降，在下降到工件位置处机械手就会停下来，将工件给夹紧，在工件被机械手夹住之后，再向上升起，到达一定的高度之后，机械手就会向右侧移动，到达指定的工作位置之后就会下降，然后将工件到到制定位置后机械手就会继续上升，到一定的高度之后向左侧移动，然后到达最初的起点位置，一次工作循环也就这么完成了。要是进行下一次的工作，也是依照这样的循坏系统来完成。

 

　　2、机械手的工作原理

 

在机械手在生产线中工作的时候，其原理主要是：

 

在工作开始前，机械手是在原位停止的，当要工作的时候就会就将电磁铁5YA给通上点，这时候机械手就会松开，将启动按钮按下之后，2YA电磁铁就会通上点，同时机械手就会在5号气缸活塞的带动下下降，在下降到一定位置之后，将限位开关给压下来，这时候2YA就会被断电，机械手也就会在气缸的作用下停止，然后下降;紧接着，5YA会被断电，机械手会在17号气缸活塞的作用下将工件给夹紧。

 

当机械手夹紧工件之后，1YA电磁铁会被痛点，机械手会在5号气缸活塞的带动下向上升起，到达一定位置时，将限位开关给压下，1YA会被断电，然后机械手就会停止上升;这个时候3YA电磁铁会被通电，机械手会在11号气缸活塞的作用下向右移动。

 

当机械手移动到一定位置后将限位开关给压下，3YA会被断电，机械手会停止向右移动。工作台要是在这个时候没有工件，就会接通关电开关，然后2YA电磁铁会被通电，机械手会在5号气缸活塞的作用下下降。

 

当机械手下降到一定位置时，限位开关会被压下，同时2YA会被断电，然后机械手下降就会停止。

 

在这个时候，将5YA给通上电，机械手就会在17号气缸活塞的作用下被松开，在完全放松之后，1YA会被通电，然后机械手会在5号气缸活塞的带动下就会上升，当上升到一定位置之后，限位开关就会被压下，同时1YA会被断电，而机械手也就不会再上升。

 

这个时候4YA电磁铁会被通电，机械手会在11号气缸活塞的作用下向左侧移动，当机械手移动到最初的原点位置时，限位开关会被压下，然后4YA会被断电，这时机械手就不会再向左侧移动，这样的话一整个周期的机械手工作循环就完成了。

 

在整个工作中，4号、6号、10号、12号、16号以及18号的单向节流阀的作用都是提高气缸上在运动过程中稳定性，而3号和7号液控单向阀的作用是对停止状态下机械手的上下漂移进行防止。详见图1。

 

　　二、PLC控制系统的设计

 

　　1、输入/输出点数的分配

 

　　根据机械手的动作控制要求和控制信号数量，画出机械手PLC控制流程图(详见图2)，并确定PLC输入/输出点。本系统选用FX2N-48MR型PLC。FX2N系列PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、控制程序可变、编程简单、扩展方便、体积小、价格低等优点，为多数自动控制系统所采用。

 

　　2、硬件设计

 

PLC控制系统与机械手本体的连接主要是针对 PLC的输入和输出设备而言的。连接时参照PLC控制系统的外部I/O连接图和主电路图进行。系统中机械手的控制面板采用触摸屏结构，可以节约大量的I/O连接时间。

 

除限位开关具有实体需要连接外，其他控制开关均无需连接实体。PLC的输出端子只接通各个气缸的换向电磁阀即可。其他指示灯均可在触摸屏中显示。

 

工作时只要能够满足PLC处于通电状态，控制程序也已经下载到PLC中，通过触摸屏就可以完成所有工作过程。由此可以看出触摸屏式控制界面比机械式控制面板具有很大的优势。

 

PLC与触摸屏的通讯极为简单，可以通过标准的电缆RS-232连接，在PLC和触摸屏的实体上都有这些标准电缆的连接接口。

 

　　3、软件设计

 

　　根据上述的流程图可以得到PLC控制系统梯形图。由于本机械手控制系统动作顺序性强，每一步的动作均在前一步动作完成之后进行，故也可采用 FX2N系列PLC的顺序控制指令画出顺序功能图(SFC)，再转化成梯形图。

 

　　三、结束语

 

在工业生产领域和非产业界的相关生产中，机械手都是非常重要的一个服务性的设备，在制造技术领域，机械手也是一项重要的自动化设备，在制造过程中是不能没有机械手设备的。

 

应用机械手能将人工节省下来，提高了机械生产的效率，还不用耗费过多的人力，减少了生产成本，它还具有较好的稳定性，能在生产线中安全运行，还不会对工作环境有较大的要求。工业机械手的设计和制造涉及到机械设计与制造、电气控制、液压和气压传动等方面的专业知识，是多种学科交叉融合的典型机电一体化装置。而机电液(气)一体化是现代工业自动化发展的必然趋势，是机电类专业学生必须掌握的一门综合性知识。若将其制作成教学模型，对学生机、电、液(气)等各门知识的深化和综合运用，都有着非常重要的意义。

 

　　作者：涂天佑 来源：中国科技博览 2016年5期

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