摘要：工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，机械手臂广泛地应用于各个行业中，并已经成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。PLC作为一种工业控制器，广泛应用于自动生产线的控制中。基于此，本文从PLC控制机械手对玩具生产线设计展开分析。
关键词：PLC；控制机械手；玩具生产线设计
1、机械手控制任务的提出
某玩具厂的一注塑模型车间，根据工艺要求，由工人把圆柱状注塑零件从传送带1上分拣到传送带2上进行装箱送出，由于注塑车间的空气质量差，人工成本高等因素，于是就提出了改造该设备的要求。考虑到机械手臂的使用已经普遍，且成本不是很高，故改进措施选定为采用PLC对机械手臂进行控制，实现工件的抓取。机械手和传送带动作控制示意图如图1。
图1
根据控制要求按下启动按钮，传送带1、2同时启动→传送带1上的零件达到前端，光电开关SQ1检测到零件时，传送带1停止→机械手抓拿零件。夹紧时，夹紧开关SQ2动作→机械手臂上升，到达上限，上限位开关SQ3动作→机械手臂右转，手臂转到传送带2上时碰到右限位开关SQ6→机械手臂下降，到达下限，下限位开关SQ4动作→机械手指松开，物品放到传送带2上，夹紧开关SQ2复位→机械手臂上升，到达上限位时碰到上限位开关SQ3→机械手臂左转，转到传送带1上时碰到左限位开关SQ5→机械手臂下降，到下限位时碰到限位开关SQ4。传送带1上如果有零件，机械手继续执行上述过程；如果无零件，则等待，等待时间超过10s，传送带1、2停止运行。
2、机械手控制任务的实施
2.1系统硬件设计
由机械手动作的流程可知，系统共需要16个输入点（其中，从节约PLC的输入输出点数的原则出发，把两台电机的热继电器过载保护和停止按钮SB2并接在一个输入点上），8个输出点。
2.2系统软件设计
根据控制要求，程序采用状态转移图的总体思路来编写，考虑到要进行传送带1上有无物品的检测，而且启动系统后传送带1、2有不同的控制需求，故首先编写用于传送带1、2的控制和物品检测的梯形图部分。其次按照SFC的编写规则和方法，编写机械手自动抓拿控制的状态转移图。最后，根据设计要求，编写机械手手动控制的梯形图。该程序的总体设计思路如图2中的①。
其中，X17是手动/自动选择开关，自动运行情况下PLC先进行传送带1、2的驱动和物品有无的检测，当有物品时，进行机械手臂自动控制的抓拿和转移，执行程序的自动控制梯形图部分，由于X17不得电，故顺序执行到P0处时跳过手动执行程序，直接跳转到程序结束END。如果选择开关X17为手动执行，则X17得电，程序跳转到P0处，指向手动程序，执行程序的手动控制梯形图部分。
从总控制程序思路出发，传送带及物品检测梯形图编写及说明如图2中的②。
初始时，机械手在下限位（X3=1）、左限位（X4=1）处，即在传送带1处。启动时，按下启动按钮X6，Y6、Y7同时得电自锁，传送带1、2同时起动，传送带1上的工件前行。当工件到达光电开关X0处时，传送带1停止，机械手臂进行后续的抓拿及移送工作。程序中X2上升沿接通传送带1继续前进运转，使下一个工件到达光电开关处，等待下一次的抓拿。输入继电器X7用于机械手和传送带的停止和过载保护，在PLC的输入端接有停止按钮SB2和两台电机的热继电器FＲ1、FＲ2常开触点，当按下停止按钮或任何一台电机过热时，机械手和传送带均停止工作。机械手循环一次后回到初始位置，即下限X3、左限X4（均接通），且看传送带1上是否有物品，有物品，则光电开关X0得电，并接通M0，机械手继续执行抓拿及移送；如果没有物品，则光电开关X0不得电，接通定时器T0，定时10s，10s后断开传送带1、2电机，整个过程停止。
自动控制程序的状态转移图和手动程序控制梯形图如图2中③所示。
启动按钮SB1首先让状态转移图进入初始步S0，等待有工件并且是自动程序或单周程序的执行。辅助继电器M0得电表示有工件，此时进入S20步，机械手夹紧工件，夹紧到位，限位开关接通→进入S21状态，机械手上升，上升到上限位，上限位开关接通→进入S22状态，机械手右转，右转到位，右限位开关接通→进入S23状态，机械手下降，下降到位，下限位开关接通→进入S24状态，机械手松开，将工件放到传送带2上，放松到位，夹紧开关未接通→进入S25状态，机械手上升，上升到位，上限位开关接通→进入S26状态，机械手左转，左转到位，左限位开关接通→进入S27状态，机械手下降，下降到位，下限位开关接通，同时若检测到还有工件在传送带1上，即光电开关得电，且选择连续档位转换开关，则进入S20状态，重复上述过程，如果选择单周期档位转换开关，则进入S0状态。
对于手动控制梯形图部分，则操作相应的手动放松、夹紧，上升、下降，左转、右转等按钮，则由相对应的输出继电器驱动各自的电磁阀得电，但要求实现两两互锁，即上升时不能下降，左转时不能右转，夹紧和放松要互锁，且每个方向的手动到位后，各自的限位开关断开相应的电磁阀，其梯形图见图2中的③。
图2
结束语
总之，通过以上程序的编写和调试，并连接气压装置、电动机和传送带，证明了该机械手臂能可靠地抓拿并分拣工件，满足控制要求。
参考文献：
[1]曹少泳.基于PLC控制机械手的设计与实现[J].华东科技，2012.
[2]梁耀光.工业控制新技术教程[M].广州：华南理工大学出版社，2014.
[3]高安邦.三菱PLC工程应用设计[M].北京：机械工业出版社，2013.
论文作者:谢增灏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
标签：机械手论文; 传送带论文; 工件论文; 手臂论文; 状态论文; 机械论文; 程序论文; 《基层建设》2018年第2期论文;