摘要：機械手是一種高科技自動化裝置，在先進制造領(lǐng)域中機械手的應(yīng)用極其廣泛。文章設(shè)計了PLC控制的焊接機械手控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在同一平面內(nèi)X軸與Y軸兩個方向的直線焊接以及在同一平面內(nèi)的圓弧焊接功能。利用機械手控制系統(tǒng)焊接加工自動化，大大地提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：PLC；焊接機械手；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0016-02

隨著自動化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，機械手在很多環(huán)境下能準確完成預(yù)期的工作并能模擬人的適應(yīng)性，這使得機械手的應(yīng)用越來越廣泛。焊接是裝備制造業(yè)中最為常用的加工方法之一，由于焊接加工產(chǎn)生的煙氣與火花使得工作環(huán)境比較惡劣，為了盡量減少環(huán)境條件對人身造成的傷害，設(shè)計了一種PLC控制的焊接機械手，專用于某建筑機械廠塔吊構(gòu)件的焊接加工，提高了焊接車間自動化程度，減少了環(huán)境對人體的傷害。該焊接機械手因具有作用靈活方便與價格便宜等優(yōu)點具有較好應(yīng)用價值。

1 機械手的現(xiàn)狀和發(fā)展

因機械手能夠在有毒、有害、危險、高熱和低溫等惡劣條件中的工作進行替代，對人的一些單調(diào)重復(fù)、繁重勞動進行代替，從而大大提高勞動生產(chǎn)率，進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。我國機械手的應(yīng)用是從20世紀70年代開始的，經(jīng)過30多年的發(fā)展，機械加工、焊接、裝配、上下料、搬運及噴漆、醫(yī)療等行業(yè)均有機械手的應(yīng)用。目前主要集中在制造業(yè)，尤其是通用機械、汽車、電器制造以及加工金屬和塑料等工業(yè)。計算機集成制造系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成，使生產(chǎn)自動化得以實現(xiàn)。

隨著生產(chǎn)自動化的持續(xù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、激光技術(shù)、傳感技術(shù)、機器人的智能水平及機械手的發(fā)展領(lǐng)域都得到了極大的提高和擴展，眾多領(lǐng)域越來越離不開機械手。隨著機械手的性能、質(zhì)量的加強，其已由傳統(tǒng)的汽車制造領(lǐng)域向外進一步擴展延伸，高質(zhì)量的機械手與較低的運行成本，必將使機械手在各個領(lǐng)域中得到極為廣泛的應(yīng)用。

2 設(shè)計選擇PLC機型的原則

2.1 滿足控制功能的要求

PLC在控制功能方面主要考慮的是邏輯運算、算術(shù)運算、定時、計數(shù)等功能要求，是否要有模擬量的輸入與輸出功能要求，在考慮輸入與輸出點數(shù)的要求時應(yīng)該留有余量以備用。另外還要考慮是用晶體管輸出型還用繼電器輸出型，是否要具備網(wǎng)絡(luò)通信功能等。

2.2 安裝方式要適合

PLC多臺聯(lián)網(wǎng)的分布式、遠程I/O式、集中式是安裝PLC系統(tǒng)的三種方式。

對于大型系統(tǒng)來講，遠程I/O式是一種比較適合的方式，它具有分布范圍廣的特點，遠程I/O可以在現(xiàn)場裝置附近分散安裝，它不需要太長的連線，然而遠程I/O電源和驅(qū)動器需要加以增加設(shè)置；不需要對驅(qū)動遠程I/O硬件進行設(shè)置的是集中式，這個系統(tǒng)的特點是具有快捷的反應(yīng)、低廉的成本；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式常常適合應(yīng)用于多臺設(shè)備之間相互聯(lián)系，但又能夠各自獨立進行控制的場合。

降低成本對于工廠小批量生產(chǎn)是非常重要的，所以集中式的安裝方式是此系統(tǒng)的較好選擇。

2.3 結(jié)構(gòu)型式要合理

整體式和模塊式是主要的兩種PLC的結(jié)構(gòu)型式：

在平均價格上每一個在PLC整體式上的I/O點與模塊式比較要低很多，而且它還有另外一個特點，就是它的體積較小，通常在小型控制系統(tǒng)中大為推廣；而PLC模塊式具有非常優(yōu)越的功能特點，它在進行擴展的時候靈活方便，具有較大的選擇余地，且維修起來非常方便，在紛亂繁瑣的控制系統(tǒng)中得以大量應(yīng)用。

3 機械手控制要求與PLC的選用

考慮到本PLC控制機械手的特定控制要求，需要實現(xiàn)同一平面內(nèi)X軸方向與Y軸方向的直線焊接與同一平面內(nèi)的圓弧焊接功能。輸入主要有X軸方向焊接選擇、Y軸方向焊接選擇、圓弧焊接選擇、啟動按鈕、停止按鈕、限位開關(guān)與位置檢測傳感器，輸出主要通過中間繼電器隔離后再控制電磁閥驅(qū)動機械手的各個氣缸運動。本系統(tǒng)中用五個氣缸分別用于機械手的X軸方向移動、Y軸方向移動、旋轉(zhuǎn)運行、機械手升降移動、手爪夾緊控制。根據(jù)機械手的控制要求及PLC的性能特點，選擇西門S7-200 PLC，CPU為226AC/DC/RLY，有24點輸入與16點繼電器輸出即可滿足控制要求。

4 氣動控制回路設(shè)計

根據(jù)機械手的控制要求，五個氣動缸的氣動控制回路如圖1所示，在每個氣缸的進氣與出氣管均安裝有節(jié)流閥，可調(diào)整氣流的大小，達到氣缸移動與旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)

作用。

5 PLC的I/O地址分配

根據(jù)機械手輸入/輸出點數(shù)，為了方便PLC的外部接線及程序設(shè)計，將PLC的I/O地址分配如表1所示：

6 PLC外部接線圖

根據(jù)PLC的I/O地址分配表，設(shè)計如圖2所示的PLC外部接線圖：

7 程序設(shè)計與調(diào)試

焊接機械手的程序設(shè)計思路，首先是檢測機械手是否在原點位置，正常則常亮，否則故障指示燈按1Hz頻率閃爍。然后根據(jù)X軸焊、Y軸焊、圓弧焊的選擇情況，按下啟動按鈕即進行焊接加工，按下停止按鈕時暫停焊接，再次按下啟動時接著焊接，直到焊接完成為止。在加工過程中按下急停按鈕，機械手立即停止，自動反回原點位置。由于同一批工件的焊接行程是一致的，在調(diào)試過程中應(yīng)先根據(jù)焊接行程調(diào)整好氣缸行程的檢測傳感器位置然后固定好傳感器。

8 結(jié)語

經(jīng)過對焊接機械手在某建筑機械廠進行現(xiàn)場調(diào)試，本系統(tǒng)控制的焊接機械手能夠完成預(yù)定的功能，能在惡劣環(huán)境下代替人工操作，大大地提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了人力成本，具有很大的實用價值。

參考文獻

[1] 吳峰，胡志超.基于PLC的糧食烘干機燃油爐控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國農(nóng)機化，2010，（2）：71-73.

[2] 呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試（第二版）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 朱紹勝.基于PLC的車床液壓回路控制系統(tǒng)設(shè)計[J].液壓氣動與密封，2010，（3）：47-48.

[4] 梁志宏，王懷學(xué).基于PLC的龍門刨床直流調(diào)速系統(tǒng)改造[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011，（33）.

[5] 羅鋒華.西門子S7-200PLC在除塵設(shè)備改造中的應(yīng)用[J].機床電器，2010，（2）：46-47.

作者簡介：謝祥強（1973—），男，廣西岑溪人，廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，工程碩士，研究方向：數(shù)控機床、電氣控制技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）