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基于PLC的工業機械手在自動化生產線中的應用論文
在科技時代，工業自動化已經得到了較好的發展，而工業機械手的應用在現代化的工業領域起到了很大的作用，也在工業自動化領域中不能被替代的一個角色，它的應用能將生產效率有效提高上來，還節省了人力工作，其價值是很大的。
本文對PLC機械手的系統構成做了簡單的介紹，并分析了機械手在控制軟件和硬件上的有效方法，得出應用PLC機械手方案的主要的特點，即編程容易、結構簡單以及造價低等。
所謂工業機械手，主要是對人手動作進行模仿，并能根據設定的相應程序和操作要求，對人手的抓取作業和搬運作業代替，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構，在眾多的自動化生產線中都得到了較好的應用。
這種機械手能夠對人類繁重的勞動作業進行替代，實現機械化生產和自動化生產，并能在有毒害的工作環境中工作，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線中應用的比較多。
一、自動搬運系統結構以及控制要求
1、機械手的控制要求
機械手的實際控制系統在運行的時候，是從左側的高位一直到右側的循壞過程，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上升，到一定的高度之后向左側移動，然后到達最初的起點位置，一次工作循環也就這么完成了。要是進行下一次的工作，也是依照這樣的循壞系統來完成。
2、機械手的工作原理
在機械手在生產線中工作的時候，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，就會接通關電開關，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移動，當機械手移動到最初的原點位置時，限位開關會被壓下，然后4YA會被斷電，這時機械手就不會再向左側移動，這樣的話一整個周期的機械手工作循環就完成了。
在整個工作中，4號、6號、10號、12號、16號以及18號的單向節流閥的作用都是提高氣缸上在運動過程中穩定性，而3號和7號液控單向閥的作用是對停止狀態下機械手的上下漂移進行防止。詳見圖1。
二、PLC控制系統的設計
1、輸入/輸出點數的分配
根據機械手的動作控制要求和控制信號數量，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、價格低等優點，為多數自動控制系統所采用。
2、硬件設計
PLC控制系統與機械手本體的連接主要是針對 PLC的輸入和輸出設備而言的。連接時參照PLC控制系統的外部I/O連接圖和主電路圖進行。系統中機械手的控制面板采用觸摸屏結構，可以節約大量的I/O連接時間。
除限位開關具有實體需要連接外，其他控制開關均無需連接實體。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，控制程序也已經下載到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、軟件設計
根據上述的流程圖可以得到PLC控制系統梯形圖。由于本機械手控制系統動作順序性強，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)，再轉化成梯形圖。
三、結束語
在工業生產領域和非產業界的相關生產中，機械手都是非常重要的一個服務性的設備，在制造技術領域，機械手也是一項重要的自動化設備，在制造過程中是不能沒有機械手設備的。
應用機械手能將人工節省下來，提高了機械生產的效率，還不用耗費過多的人力，減少了生產成本，它還具有較好的穩定性，能在生產線中安全運行，還不會對工作環境有較大的要求。工業機械手的設計和制造涉及到機械設計與制造、電氣控制、液壓和氣壓傳動等方面的專業知識，是多種學科交叉融合的典型機電一體化裝置。而機電液(氣)一體化是現代工業自動化發展的必然趨勢，是機電類專業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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