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基于PLC的工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用論文
在科技時(shí)代，工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，而工業(yè)機(jī)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(dòng)化領(lǐng)域中不能被替代的一個(gè)角色，它的應(yīng)用能將生產(chǎn)效率有效提高上來(lái)，還節(jié)省了人力工作，其價(jià)值是很大的。
本文對(duì)PLC機(jī)械手的系統(tǒng)構(gòu)成做了簡(jiǎn)單的介紹，并分析了機(jī)械手在控制軟件和硬件上的有效方法，得出應(yīng)用PLC機(jī)械手方案的主要的特點(diǎn)，即編程容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及造價(jià)低等。
所謂工業(yè)機(jī)械手，主要是對(duì)人手動(dòng)作進(jìn)行模仿，并能根據(jù)設(shè)定的相應(yīng)程序和操作要求，對(duì)人手的抓取作業(yè)和搬運(yùn)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(jī)電一體化結(jié)構(gòu)，在眾多的自動(dòng)化生產(chǎn)線中都得到了較好的應(yīng)用。
這種機(jī)械手能夠?qū)θ祟惙敝氐膭趧?dòng)作業(yè)進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)，并能在有毒害的工作環(huán)境中工作，這對(duì)人力來(lái)說(shuō)起到了一定的保護(hù)作用，尤其在機(jī)械制造和航空航天生產(chǎn)線中應(yīng)用的比較多。
一、自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制要求
1、機(jī)械手的控制要求
機(jī)械手的實(shí)際控制系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候，是從左側(cè)的高位一直到右側(cè)的循壞過(guò)程，在機(jī)械收工作的過(guò)程中，先在左高位進(jìn)行起到，然后再下降，在下降到工件位置處機(jī)械手就會(huì)停下來(lái)，將工件給夾緊，在工件被機(jī)械手夾住之后，再向上升起，到達(dá)一定的高度之后，機(jī)械手就會(huì)向右側(cè)移動(dòng)，到達(dá)指定的工作位置之后就會(huì)下降，然后將工件到到制定位置后機(jī)械手就會(huì)繼續(xù)上升，到一定的高度之后向左側(cè)移動(dòng)，然后到達(dá)最初的起點(diǎn)位置，一次工作循環(huán)也就這么完成了。要是進(jìn)行下一次的工作，也是依照這樣的循壞系統(tǒng)來(lái)完成。
2、機(jī)械手的工作原理
在機(jī)械手在生產(chǎn)線中工作的時(shí)候，其原理主要是：
在工作開(kāi)始前，機(jī)械手是在原位停止的，當(dāng)要工作的時(shí)候就會(huì)就將電磁鐵5YA給通上點(diǎn)，這時(shí)候機(jī)械手就會(huì)松開(kāi)，將啟動(dòng)按鈕按下之后，2YA電磁鐵就會(huì)通上點(diǎn)，同時(shí)機(jī)械手就會(huì)在5號(hào)氣缸活塞的帶動(dòng)下下降，在下降到一定位置之后，將限位開(kāi)關(guān)給壓下來(lái)，這時(shí)候2YA就會(huì)被斷電，機(jī)械手也就會(huì)在氣缸的作用下停止，然后下降;緊接著，5YA會(huì)被斷電，機(jī)械手會(huì)在17號(hào)氣缸活塞的作用下將工件給夾緊。
當(dāng)機(jī)械手夾緊工件之后，1YA電磁鐵會(huì)被痛點(diǎn)，機(jī)械手會(huì)在5號(hào)氣缸活塞的帶動(dòng)下向上升起，到達(dá)一定位置時(shí)，將限位開(kāi)關(guān)給壓下，1YA會(huì)被斷電，然后機(jī)械手就會(huì)停止上升;這個(gè)時(shí)候3YA電磁鐵會(huì)被通電，機(jī)械手會(huì)在11號(hào)氣缸活塞的作用下向右移動(dòng)。
當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到一定位置后將限位開(kāi)關(guān)給壓下，3YA會(huì)被斷電，機(jī)械手會(huì)停止向右移動(dòng)。工作臺(tái)要是在這個(gè)時(shí)候沒(méi)有工件，就會(huì)接通關(guān)電開(kāi)關(guān)，然后2YA電磁鐵會(huì)被通電，機(jī)械手會(huì)在5號(hào)氣缸活塞的作用下下降。
當(dāng)機(jī)械手下降到一定位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)會(huì)被壓下，同時(shí)2YA會(huì)被斷電，然后機(jī)械手下降就會(huì)停止。
在這個(gè)時(shí)候，將5YA給通上電，機(jī)械手就會(huì)在17號(hào)氣缸活塞的作用下被松開(kāi)，在完全放松之后，1YA會(huì)被通電，然后機(jī)械手會(huì)在5號(hào)氣缸活塞的帶動(dòng)下就會(huì)上升，當(dāng)上升到一定位置之后，限位開(kāi)關(guān)就會(huì)被壓下，同時(shí)1YA會(huì)被斷電，而機(jī)械手也就不會(huì)再上升。
這個(gè)時(shí)候4YA電磁鐵會(huì)被通電，機(jī)械手會(huì)在11號(hào)氣缸活塞的作用下向左側(cè)移動(dòng)，當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到最初的原點(diǎn)位置時(shí)，限位開(kāi)關(guān)會(huì)被壓下，然后4YA會(huì)被斷電，這時(shí)機(jī)械手就不會(huì)再向左側(cè)移動(dòng)，這樣的話一整個(gè)周期的機(jī)械手工作循環(huán)就完成了。
在整個(gè)工作中，4號(hào)、6號(hào)、10號(hào)、12號(hào)、16號(hào)以及18號(hào)的單向節(jié)流閥的作用都是提高氣缸上在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中穩(wěn)定性，而3號(hào)和7號(hào)液控單向閥的作用是對(duì)停止?fàn)顟B(tài)下機(jī)械手的上下漂移進(jìn)行防止。詳見(jiàn)圖1。
二、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的分配
根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作控制要求和控制信號(hào)數(shù)量，畫出機(jī)械手PLC控制流程圖(詳見(jiàn)圖2)，并確定PLC輸入/輸出點(diǎn)。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(qiáng)、控制程序可變、編程簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，為多數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)所采用。
2、硬件設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)與機(jī)械手本體的連接主要是針對(duì) PLC的輸入和輸出設(shè)備而言的。連接時(shí)參照PLC控制系統(tǒng)的外部I/O連接圖和主電路圖進(jìn)行。系統(tǒng)中機(jī)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(shí)間。
除限位開(kāi)關(guān)具有實(shí)體需要連接外，其他控制開(kāi)關(guān)均無(wú)需連接實(shí)體。PLC的輸出端子只接通各個(gè)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(shí)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(guò)觸摸屏就可以完成所有工作過(guò)程。由此可以看出觸摸屏式控制界面比機(jī)械式控制面板具有很大的優(yōu)勢(shì)。
PLC與觸摸屏的通訊極為簡(jiǎn)單，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的電纜RS-232連接，在PLC和觸摸屏的實(shí)體上都有這些標(biāo)準(zhǔn)電纜的連接接口。
3、軟件設(shè)計(jì)
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(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作順序性強(qiáng)，每一步的動(dòng)作均在前一步動(dòng)作完成之后進(jìn)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(yǔ)
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(jī)械手都是非常重要的一個(gè)服務(wù)性的設(shè)備，在制造技術(shù)領(lǐng)域，機(jī)械手也是一項(xiàng)重要的自動(dòng)化設(shè)備，在制造過(guò)程中是不能沒(méi)有機(jī)械手設(shè)備的。
應(yīng)用機(jī)械手能將人工節(jié)省下來(lái)，提高了機(jī)械生產(chǎn)的效率，還不用耗費(fèi)過(guò)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(yùn)行，還不會(huì)對(duì)工作環(huán)境有較大的要求。工業(yè)機(jī)械手的設(shè)計(jì)和制造涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、電氣控制、液壓和氣壓傳動(dòng)等方面的專業(yè)知識(shí)，是多種學(xué)科交叉融合的典型機(jī)電一體化裝置。而機(jī)電液(氣)一體化是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)，是機(jī)電類專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門綜合性知識(shí)。若將其制作成教學(xué)模型，對(duì)學(xué)生機(jī)、電、液(氣)等各門知識(shí)的深化和綜合運(yùn)用，都有著非常重要的意義。
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