張曉輝，李衛(wèi)新

（1．濮陽市鍋爐壓力容器檢驗所，河南 濮陽 457000；2．濮陽市質量技術監(jiān)督檢驗測試中心，河南 濮陽 457000）

機械手是在機械化、自動化生產過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產已成為高科技技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，這就更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。

PLC 在工業(yè)生產過程自動控制領域得到了廣泛的應用，具有結構簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用等優(yōu)點；氣動技術也是實現自動化控制的重要手段之一，特別是在非污染行業(yè)占有重要的地位，氣動技術中的壓力介質來自于空氣，環(huán)境污染小，容易實現控制工程。

1 工作原理

1.1 氣動機械手組成

該氣動機械手由步進電機、直線導軌、氣缸、傳感器、定位開關、行程開關、支架、機械零部件構成；控制系統(tǒng)由氣動裝置和PLC 控制系統(tǒng)組成。PLC 控制系統(tǒng)作為主控器，來控制整個機械手的運行，控制系統(tǒng)采用標準模塊化設計，傳感器作為反饋檢測元件對PLC 提供信號控制氣動裝置中的電磁閥，從而達到控制機械手的上升、下降、旋轉等動作。氣動機械手結構示意圖如圖1 所示。

圖1 氣動機械手結構示意圖

1.2 氣動機械手工作過程

工作啟動時，步進電機復位使機械手部分到達起始位置，升降氣缸處于下部，手爪氣缸伸出抓取物體，同時開始延時5 秒，保證手爪充分抓緊物體，延時結束后升降氣缸連同物體一起上升，手爪氣缸縮回；旋轉氣缸動作使氣爪逆時針旋轉90 度，步進電機轉動使機械手部分到達指定位置，升降氣缸上升，手爪氣缸伸出到位后松開物體并延時5 秒，確保物體準確放置在物料臺上；延時結束后手爪氣缸縮回，復位到起始位置。此為一個工作循環(huán)。

2 氣動控制回路設計

氣動控制回路是本工作單元的執(zhí)行機構，該執(zhí)行機構的控制邏輯控制功能是由PLC 實現的。氣動控制回路的工作原理見圖2：B1、B2 為安裝在推料氣缸的兩個極限工作位置的磁性傳感器。1Y1、2Y1、3Y1、4Y1、4Y2 為控制氣缸的電磁閥。

圖2 氣動控制回路原理圖

氣動機械手的回路設計主要由4個回路組成，控制機械手的升降、伸縮、抓緊與放松及旋轉4個動作，分別由3個直動式氣缸和1個旋轉氣缸組成。在氣動回路設計過程中，通過三位五通的電磁換向閥控制換向，由于4個氣缸先后動作，所以設計有中位。可以通過調節(jié)節(jié)流閥的節(jié)流口控制流量大小，從而控制氣缸運動的速度。氣動回路很容易實現自動控制，可以通過PLC 來控制換向閥實現自動換向。此外，氣動回路可以適應任何惡劣環(huán)境，比較容易維護，因此在自動控制中應用越來越廣泛。

3 PLC 控制系統(tǒng)的設計

在該系統(tǒng)中輸人點數為10 點，輸出點數為8點，考慮到控制要求和維修方便，采用了日本三菱公司生產的F X2N—48MT 型PLC 作為主控器。電磁鐵供電電壓為24VDC，直接與PLC 輸出電路連接，使系統(tǒng)簡單可靠。輸入/輸出外部接線圖如圖3 所示。

圖3 PLC 外部接線圖

經分析知，在一個工作循環(huán)過程中升降氣缸需要動四次，如果采用“經驗”編程方法，程序比較復雜而且易產生障礙信號，所以本文采用狀態(tài)編程法來設計PLC 程序，狀態(tài)編程的思想為：將一個復雜的控制過程分解為若干個工作狀態(tài)，弄清各狀態(tài)的工作細節(jié)，再根據總的控制順序要求，將這些狀態(tài)聯系起來，形成狀態(tài)轉移圖，進而編繪梯形圖程序。采用這種方法，一個“狀態(tài)”代表一個“工序”，程序簡單直觀，而且可以消除障礙信號。工作狀態(tài)圖如圖4 所示，部分程序圖如圖5 所示。

4 結論

由三菱PLC 控制的氣動機械手裝置能夠實現物料的自動搬運，可以實現連續(xù)、單周期和往復運動兩次三種執(zhí)行方式，充分利用了PLC 的人機交互性較強和程序利于編制、硬件設計簡單等優(yōu)點，實現生產線自動化的控制。

圖4 工作狀態(tài)圖

圖5 部分程序圖

[1]陳麗. PLC 控制系統(tǒng)編程與實現[M]. 北京：中國鐵道出版社，2010.

[2]郭瓊.PLC 應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

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