PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用研究

张毅

摘要：工业机械是一种先进的机械设备，其在现代工业中应用比较广，而且对机械设备自动化生产有着促进作用。本文对基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用进行了介绍，希望可以帮助工业企业的工作人员更好的掌握机械手控制技术，制定出性价比高、编程简单的应用方案，促进现代化工业企业可以更好的发展。对机械手的控制有软、硬件两种不同的方式，在选择时要结合工程实际情况，这样才能提高工业机械手应用的效率以及质量。

关键词：PLC；工业机械手；自动化；生产线；控制

工业机械手是一种可以模仿人手进行操作的机器，在设定程序后，工业机械手可以完成指定的动作，可以按照一定轨迹代替人手进行工作，其可以完成简单的抓取动作，还可以搬运货物，是一种可以从事焊接、装配等工艺的机械设备。在现代工艺自动化生产线上应用机械手，可以代替人进行重复劳动，而且提高了工作效率，其可以在危险的环境下进行作业，可以有效降低工业生产中安全事件出现的概率，还可以保护工业企业员工的人身安全。基于PLC工业机械手的控制系统，具有造价低、效用高的优点，在不断改进的过程中，还可以提高系统的通用性。

1.工业机械手概述

工业机械手是现代工业机器人的一种，在提高社会生产力水平方面发挥了非常积极的作用。尤其是工业自动化生产线中，机械手更是一个不可或缺的重要设备。例如在机械制造业的生产线上，机械手可以实现自动化的工件装卸与搬运，大大的提高了生产线效率，节省了大量的劳动力成本。近些年，PLC技术逐渐被应用在工业机械手的结构模块设计中，进一步的提高了机械手的自动可控性与可靠性。目前较为常用的几种工业机械手主要有ABB、KUKA、FANUC、MOTOMAN等几种类型的机械手。

2.PLC的概念及其应用

所谓PLC，就是指可编程控制器，其核心是微处理器，主要利用了数字运算技术和计算机编程技术，能够形成一个可以通过设定程序而进行自动化控制的电子系统装置。目前PLC在工业设备上的要应用已经十分广泛。而PLC之所以会有如此广泛的应用，在很大程度上是因为其具备较强的应用优势。即其不但具有很强的抗干扰能力和较高的可靠性，而且其控制系统的结构较为简单，编程设计方便简单，能够在多种机械设备中应用。另外，在后期的运行中，PLC无需进行复杂的维护，只需要简单维护，并根据需要对编程进行改进即可。

3.PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用

3.1工业机械手的工作原理

机械手控制系统的运转是一个不断循环的过程，起点一般是机械手的左高位。机械手在左高位启动后会先出现下降动作，在下降到工件位置后会自动停止，还会将工件夹紧，并搬运到指定位置。在夹住工件后机械会上升，在上升到固定位置后向右偏移，移动到设定位置后会继续下降，然后将工件放到设定好的位置上。在完成这项动作后，机械手会继续重复这一组动作，不断的循环，直到完成所有搬运的工作。机械手控制与设定的PLC程序有较大关系，一般机械手多进行一些简单的夹紧以及搬运工作，所以在对其进行PLC程序设计时，一定要控制好其运动轨迹。

3.2 PLC控制機械手的控制方案设计

以某工厂自动化生产线中所使用的机械手为例，其主要结构是由机械手手臂、步进电机以及工作台组成，其中机械手的手臂伸张转动、手爪的张合抓放均是以步进电机为主要驱动。其中水平和垂直的操作均是由步进电机来控制，而机械手底盘的旋转则是由总电动机来控制，抓取物体时对电磁阀的控制则采用气动形式。该机械手在本生产线中主要起到工件传送的作用。在PLC控制系统设计中，我们根据传送动作的先后顺序编写了相应的控制编程，来实现对各个结构的控制。另外，为了使动作准确，机械手安装了限位开关SQ1，SQ2，SQ5，SQ6，分别对机械手进行下降，上升，右行，左行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。SQ3，SQ4为原点位置和终点位置的光接近开关，如图1 所示。

3.3气动机械手PLC的控制要求

①气动机械手的升降和左右移动分别由不同的双线圈电磁阀实现，电磁阀线圈失电时能保持原来的状态，必须驱动反向德线圈才能反向运动。②上升、下降的电磁阀线圈分别为YV1、YV2；右行、左行的电磁阀线圈为YV3、YV4；③机械手的夹钳由单线圈电磁阀YV5来实现，线圈通电夹紧，断电松开；④机械手的夹钳的松开，夹紧通过延时1.7s实现⑤机械手的限位由行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来实现。

3.4机械手的具体工作流程

PLC控制的工业机械手的具体工作流程，如图2所示：

图2中为一个将工件由一处传送到另一处的机械手的工作流程，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。设备装有上、下限位和左、右限位开关。

3.5系统的软硬件设计

在该机械手的工作运行中，软硬件的设计是非常关键的影响因素。一般在PLC控制的工业机械手的硬件设计上，要特别注意做好输入、输出点地址的分配以及PLC外围接线的方法。而在软件设计上，则应特别注意编程的流畅性与可靠性，以免降低机械手的灵活性。

3.6机械手在应用中的维护

PLC控制的机械手在执行系统设置的各项工作时，动作完成情况与控制器的灵敏度有较大的关系，所以，设计人员一定要控制好控制器的位置，这样才能保证机械手完成各项工作。当控制器出现故障后，检修人员一定及时的维护或更换。为了不影响工业生产，工作人员需要提高效率，在按下起动按钮后，机械手会进行单周期的运动停止，这可以保证维修的安全性，在按下暂停按钮后，对机械手的操纵也会自动停止，而再次按下启动按钮必须是手工操作才能执行，工业机械手会返回起点重新工作，继续单周期运作，进行循环操作。另外，为了保证机械手的正常运行，技术人员还需要对控制系统进行完善，对机械手进行定期检修。

4.结束语

本文对基于PLC的工业机械手在自动化生产线的应用情况进行了介绍，工业机械手是一种先进的机器设备，其可以代替人手进行搬运等操作，可以在危险的环境下作业，不但提高了作业的工作效率，还保证了工作人员的人身安全。为了保证工业机械手发挥最大的效用，需要提高其设计以及制造的水平，相关技术人员一定要不断的完善设备，增强工业机械手的功能以及性能。基于PLC的控制系统想要稳定的运行，一定要做好硬件与软件设计工作，将工业机械手应用在现代工业自动化生产中，是工业发展的必然趋势，对提高工业企业的经济效益有着促进作用。

参考文献：

[1]张海英.基于PLC的气动吸盘式工业机械手设计[J].液压气动与密封， 2013（03）

[2]郭艳萍，张超英.基于PLC的工业机械手控制系统[J].仪表技术与传感器， 2007（09）

[3]王善刚，许海斌.PLC在机械手中的应用[J].长春工程学院学报（自然科学版），2008（03）