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基于PLC的工業(yè)機械手在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用論文
在科技時代，工業(yè)自動化已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，而工業(yè)機械手的應(yīng)用在現(xiàn)代化的工業(yè)領(lǐng)域起到了很大的作用，也在工業(yè)自動化領(lǐng)域中不能被替代的一個角色，它的應(yīng)用能將生產(chǎn)效率有效提高上來，還節(jié)省了人力工作，其價值是很大的。
本文對PLC機械手的系統(tǒng)構(gòu)成做了簡單的介紹，并分析了機械手在控制軟件和硬件上的有效方法，得出應(yīng)用PLC機械手方案的主要的特點，即編程容易、結(jié)構(gòu)簡單以及造價低等。
所謂工業(yè)機械手，主要是對人手動作進行模仿，并能根據(jù)設(shè)定的相應(yīng)程序和操作要求，對人手的抓取作業(yè)和搬運作業(yè)代替，能夠操作焊接以及噴漆等一系列工藝的裝置，這一裝置屬于機電一體化結(jié)構(gòu)，在眾多的自動化生產(chǎn)線中都得到了較好的應(yīng)用。
這種機械手能夠?qū)θ祟惙敝氐膭趧幼鳂I(yè)進行替代，實現(xiàn)機械化生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)，并能在有毒害的工作環(huán)境中工作，這對人力來說起到了一定的保護作用，尤其在機械制造和航空航天生產(chǎn)線中應(yīng)用的比較多。
一、自動搬運系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制要求
1、機械手的控制要求
機械手的實際控制系統(tǒng)在運行的時候，是從左側(cè)的高位一直到右側(cè)的循壞過程，在機械收工作的過程中，先在左高位進行起到，然后再下降，在下降到工件位置處機械手就會停下來，將工件給夾緊，在工件被機械手夾住之后，再向上升起，到達一定的高度之后，機械手就會向右側(cè)移動，到達指定的工作位置之后就會下降，然后將工件到到制定位置后機械手就會繼續(xù)上升，到一定的高度之后向左側(cè)移動，然后到達最初的起點位置，一次工作循環(huán)也就這么完成了。要是進行下一次的工作，也是依照這樣的循壞系統(tǒng)來完成。
2、機械手的工作原理
在機械手在生產(chǎn)線中工作的時候，其原理主要是：
在工作開始前，機械手是在原位停止的，當要工作的時候就會就將電磁鐵5YA給通上點，這時候機械手就會松開，將啟動按鈕按下之后，2YA電磁鐵就會通上點，同時機械手就會在5號氣缸活塞的帶動下下降，在下降到一定位置之后，將限位開關(guān)給壓下來，這時候2YA就會被斷電，機械手也就會在氣缸的作用下停止，然后下降;緊接著，5YA會被斷電，機械手會在17號氣缸活塞的作用下將工件給夾緊。
當機械手夾緊工件之后，1YA電磁鐵會被痛點，機械手會在5號氣缸活塞的帶動下向上升起，到達一定位置時，將限位開關(guān)給壓下，1YA會被斷電，然后機械手就會停止上升;這個時候3YA電磁鐵會被通電，機械手會在11號氣缸活塞的作用下向右移動。
當機械手移動到一定位置后將限位開關(guān)給壓下，3YA會被斷電，機械手會停止向右移動。工作臺要是在這個時候沒有工件，就會接通關(guān)電開關(guān)，然后2YA電磁鐵會被通電，機械手會在5號氣缸活塞的作用下下降。
當機械手下降到一定位置時，限位開關(guān)會被壓下，同時2YA會被斷電，然后機械手下降就會停止。
在這個時候，將5YA給通上電，機械手就會在17號氣缸活塞的作用下被松開，在完全放松之后，1YA會被通電，然后機械手會在5號氣缸活塞的帶動下就會上升，當上升到一定位置之后，限位開關(guān)就會被壓下，同時1YA會被斷電，而機械手也就不會再上升。
這個時候4YA電磁鐵會被通電，機械手會在11號氣缸活塞的作用下向左側(cè)移動，當機械手移動到最初的原點位置時，限位開關(guān)會被壓下，然后4YA會被斷電，這時機械手就不會再向左側(cè)移動，這樣的話一整個周期的機械手工作循環(huán)就完成了。
在整個工作中，4號、6號、10號、12號、16號以及18號的單向節(jié)流閥的作用都是提高氣缸上在運動過程中穩(wěn)定性，而3號和7號液控單向閥的作用是對停止狀態(tài)下機械手的上下漂移進行防止。詳見圖1。
二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計
1、輸入/輸出點數(shù)的分配
根據(jù)機械手的動作控制要求和控制信號數(shù)量，畫出機械手PLC控制流程圖(詳見圖2)，并確定PLC輸入/輸出點。本系統(tǒng)選用FX2N-48MR型PLC。FX2N系列PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、控制程序可變、編程簡單、擴展方便、體積小、價格低等優(yōu)點，為多數(shù)自動控制系統(tǒng)所采用。
2、硬件設(shè)計
PLC控制系統(tǒng)與機械手本體的連接主要是針對 PLC的輸入和輸出設(shè)備而言的。連接時參照PLC控制系統(tǒng)的外部I/O連接圖和主電路圖進行。系統(tǒng)中機械手的控制面板采用觸摸屏結(jié)構(gòu)，可以節(jié)約大量的I/O連接時間。
除限位開關(guān)具有實體需要連接外，其他控制開關(guān)均無需連接實體。PLC的輸出端子只接通各個氣缸的換向電磁閥即可。其他指示燈均可在觸摸屏中顯示。
工作時只要能夠滿足PLC處于通電狀態(tài)，控制程序也已經(jīng)下載到PLC中，通過觸摸屏就可以完成所有工作過程。由此可以看出觸摸屏式控制界面比機械式控制面板具有很大的優(yōu)勢。
PLC與觸摸屏的通訊極為簡單，可以通過標準的電纜RS-232連接，在PLC和觸摸屏的實體上都有這些標準電纜的連接接口。
3、軟件設(shè)計
根據(jù)上述的流程圖可以得到PLC控制系統(tǒng)梯形圖。由于本機械手控制系統(tǒng)動作順序性強，每一步的動作均在前一步動作完成之后進行，故也可采用 FX2N系列PLC的順序控制指令畫出順序功能圖(SFC)，再轉(zhuǎn)化成梯形圖。
三、結(jié)束語
在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和非產(chǎn)業(yè)界的相關(guān)生產(chǎn)中，機械手都是非常重要的一個服務(wù)性的設(shè)備，在制造技術(shù)領(lǐng)域，機械手也是一項重要的自動化設(shè)備，在制造過程中是不能沒有機械手設(shè)備的。
應(yīng)用機械手能將人工節(jié)省下來，提高了機械生產(chǎn)的效率，還不用耗費過多的人力，減少了生產(chǎn)成本，它還具有較好的穩(wěn)定性，能在生產(chǎn)線中安全運行，還不會對工作環(huán)境有較大的要求。工業(yè)機械手的設(shè)計和制造涉及到機械設(shè)計與制造、電氣控制、液壓和氣壓傳動等方面的專業(yè)知識，是多種學科交叉融合的典型機電一體化裝置。而機電液(氣)一體化是現(xiàn)代工業(yè)自動化發(fā)展的必然趨勢，是機電類專業(yè)學生必須掌握的一門綜合性知識。若將其制作成教學模型，對學生機、電、液(氣)等各門知識的深化和綜合運用，都有著非常重要的意義。
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