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基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用

发布时间:2016-05-18 15:58

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。

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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-48MRPLCFX2N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()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()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 20165

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