PLC在锻造机械手中的应用研究

摘要：笔者结合自身工作实际，介绍用PLC控制锻造机械手的自动控制系统，详细地叙述了系统的软、硬件设计以及自动操作流程。

关键词：自动控制系统；机械手；锻造；PLC

PLC是80年展起来的一种新型的电器控制装置，它将传统的继电器控制技术融为一体， 目前正以功能强、体积小、成本低、编程简单、修改方便等显著优点被广泛应用于工业生产过程的自动控制中。近年，机械手普遍应用于一些自动化生产厂家，采用PLC控制取代传统体积大、易出故障的继电器--接触器控制，取得了良好的社会与经济效益。

1.工作过程及控制要求

机械手的工作是由气缸驱动的，气缸由对应的电磁阀控制，其中， 上升、下降和左移、右移分别由双线圈两位置电磁阀控制。 例如，当下降电磁阀通电时， 机械手下降； 当下降电磁阀断电时， 机械手下降停止， 只有当上升电磁阀通电时， 机械手才上升； 当上升电磁阀断电时， 机械手上升停止。同样， 左移、右移分别由左移电磁阀和右移电磁阀控制，机械手的放松、夹紧由一个单线圈两位置电磁阀（称为夹紧电磁阀）控制，当该线圈通电时，机械手夹紧；当该线圈断电时，机械手放松，当机械手右移到位并准备下降时，为了确保安全，必须在右工作台无工件时才允许机械手下降，也就是说， 若上一次搬运到右工作台上的工件尚未搬走时， 机械手应自动停止下降， 所以要用光电开关进行无工件检测。

机械手的操作方式分为手动操作方式和自动操作方式。自动操作方式又分为步进、单周期和连续操作方式。手动操作：用各按钮开关来接通或断开各负载的工作方式，选择开关旋到手动操作时各按钮就执行该操作。旋到返回原点时，机械手自动返回到它的原点位。自动操作：单步操作，每按一次启动按钮，向前执行一步动作的工作方式，单周期操作，机械手在原点位时，按下启动按钮，自动地执行一个周期的操作，操作完成后，机械手停在原点位，如果在操作过程中，按下停止按钮，则机器停留在该工序上，如果再按启动按钮，则又在该工序继续工作，最后自动停止在原点位。连续操作，机械手处在原点位时，按下启动按钮， 机器就连续重复地工作，如果按下停止按钮，机器运行到原点位，再停机。机械手的结构图如图1所示。

2.机械手的任务

机械手的任务是将A工位的工件搬运到B工位。为了机械手的动作准确，在机械手的极限位置安装了限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，对机械手分别进行下降，夹紧，上升，右移的限位并发出到位的输入信号。A工位上装有电光开关，用于检测A工位上是否有工件。机械手的启动由SB1控制，停止由SB2控制。机械手的上、下、左、右、抓紧、放松的驱动分别由五个电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4、YV5和三个液压泵来控制。如图2所示。

图2 机械手的任务控制图

控制要求：按下SB1启动按钮，机械手系统工作。首先机械手回到原点位置。当光电感应检测到有工件时，机械手自动向下。下降到位时，机械手自动夹紧，夹紧1秒机械手上升。上升到位时，机械手自动右移，右移到位时机械手自动下降。下降到位时，机械手自动放松，放松1秒后机械手自动上升。上升到位时机械手自动左移，回到原点自动循环。

3.系统软件设计

尽管系统只有两种，但实际是有五种工作方式，状态的初始化，初始化状态置位按下返回原点按钮，则表示机器初始化条件的初始状态器在返回原点方式情况置位，在单步操作方式情况复位，中间状态处于中间工序的状态器要用手动复位操作，具体有单一操作，返回原点状态器由电池支持，在掉电情况下，仍保持掉点前的条件，用功能指令，可使中间状态器 同时复位如果状态器要在电源恢复供电时，从掉电前的状态开始继续工作，则不需要， 初始化脉冲，此时由置位指令驱动的输出继电器就要通过由电池支持的辅助继电器来驱动。

（1）状态转换启动。在自动操作（步进、单周期、连续）期间，按下启动按钮。

（2）总装调试。软件编写完成后，在总装调试前经过模拟调试，用模拟开关模拟输入信号的状态，用输出点指示灯模拟被控对象，经过调试能正常运行。

4.锻造操作机械手的机械结构及PLC控制

锻造操作机是实现锻造车问锻造机械化与自动化的重要设备， 其主要用途是夹持锻件来配合主机完成锻造工作， 或坯料的装出炉运输和堆放等， 因此， 操作机械手必须具有以下基本功能：钳口夹紧与松开；钳杆旋转；夹钳平行升降及倾斜；台架回转或夹钳摆移；大车行走。由于该操作机械手设计主要是用于生产线上的， 所以设计成为有轨锻造操作机械手， 因而取消了台架回转或夹钳左右摆动功能。共有五个自由度，十个方向的动作。其中夹钳倾斜方向上的自由度依靠丝杆手工完成。其余动作均由液压汕缸、液压马达完成。

锻造操作机械手为克服锻造过程中的由于振动而引起的不稳定性，并提高工作的可靠性。采用高精度液压油缸及液压马达为动力源进行驱动。

电气控制系统的设计主要目的是控制液压系统中的四个电磁换向阀进行动作。为了在实际中使用操作灵活方便， 在电气线路设计上我们的思路是设计成机械手的手动控制与自动控制相结合的原则， 同时保证在二者操作过程中有互锁装置不得相互影响。这样设计的优点是当生产线上自动控制遇到故障时， 关闭自动控制系统由手动控制同样可以完成。除此而外， 在初调试过程中可用手动使操作机城手到达锻压机的适当位置。

电气控制及手动控制原理是主要依靠可编程控制器上的继电器， 带动双向开关DK1--DK4来控制电磁换向阀上的线圈， 通电吸合达到控制操作机械手液压回路， 进而控制操作机械手的各个动作。

锻造操作机械手工作的场地环境十分恶劣， 应尽量采用自动控制方式代替原始的手动方法。为此， 经反复论证， 决定采用PLC可编程控制器实现白动控制， 如北京机械工业自动化研究所生产的KB系列可编程控制器， 这是因为PC可完成开关量的逻辑运算和控制， 有计时、计数、移位、步控及在线监视等功能， 对来自按钮、限位开关、传感器等的输入信号可进行检查， 又可根据程序设计输入信号状态等信息， 产生所需输出信号。由于锻造机械手的自动控制最终基本上可归结为开关量的控制。因而采用PC机控制方案是可行的。这样可利用PC控制器的程序设置驱动操作机械手的电动机控制器、接触器、电磁阀及指示灯类的负载， 使用灵活方便。用户不需使用复杂的计算机软件就可应用， 而是采用梯形逻辑图进行编程控制。

5.结束语

通过采用机械手，不但提高了工作效率，增加了安全性，而且提高生产机械化程度。随着我国生产行业机械化程度的提高，大型流水线厂房的不断落成，机械手的应用会越来越普遍。作为一名设计人员，需要深入地了解生产工序和流程，合理运用现代化的电子、机械设备的特点，设计出功能实用、性能优异、外观美观、操作维修方便、运行安全的机械手，为我国的飞速发展做出新的贡献。

参考文献

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