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摘要：早期工业机械手自动化生产线应用存在控制上的问题，即工业单位要确保所有工业机械手准确完成分配的工作任务，必须通过分散单片机系统来发出指令，这无疑是一项繁琐的工作。针对该问题提出一种PLC控制系统，首先阐述了工业机械手自动化运行的结构，然后研究了PLC控制系统设计与应用，对工业机械手在自动化生产线的工作有一定参考价值。
关键词：PLC控制系统；工业机械手；自动化生产线
引言
随着自动化技术在工业领域中的发展，工业机械手成为了工业生产的重要设备，不断在工业生产线上普及，使传统生产线成为了自动化生产线。但在此前提下，因为现代工业生产规模不断扩张，以往分散式单片机控制系统会造成许多人工管理上的阻碍，不利于生产效率等，对此有相关研究提出了PLC控制系统，该系统可以将所有工业机械手集成，并给人工提供一体化管理功能，以改善传统控制系统问题。
1PLC自动控制技术概述
PLC又可称为可编程控制器，其是计算机技术发展的产物，在其内部一般都含有数片的单片机系统，其具有运行简单计算机指令的功能，为了加强这些单片机的功能，这些单片机的扩展功能也很强大，很多单片机都具有通信的功能，这在很大程度上对PLC的功能进行了扩展。在PLC的外部有很多的输入和输出接口，输入接口可以对外部各种开关输入量进行输入，在经过其内部微处理器的运算加工后，就可以通过外部端口来输出各种控制信号，有效对外部设备进行控制。
2工业机械手控制需求
工业机械手作为机械，其本身是不具备主动运行功能的，所以必须设置一个与人工操作时大脑逻辑相符的控制系统。该系统必须保障工业机械手运行轨迹、参数合理，同时有必要对各工业机械手实时运行数据进行监测，并将监测结果提供给人工查阅，以便于人工调试，这就是工业机械手控制的最基本需求[1]。
3工业机械手自动化运行结构
以工业生产当中工业机械手自动化搬运系统为例，对该系统自动化运行结构、原理进行分析。通过此部分分析，可以给之后PLC系统设计提供基础。
3.1自动化搬运系统运行结构
自动化搬运系统运行结构：机械手需要完成从左工作台至右工作台的循环过程，在该过程当中，首先机械手需要在左工作台上方（初始位置）松开加强，并下降到工作台位置，直至夹钳两端超过工件半径位置停止；其次当机械手夹钳停止在工件半径时将会夹紧后带动工件上升，当上升到指定高度后向右侧移动；最终当夹钳达到右工作台上方将会下降，直至工件接触到右工作台面停止，并松开夹钳沿上述搬运路径反向回归初始位置，在工作任务没有完成之前，将反复运行这一流程[2]。
3.2工作原理
机械手工作原理分为3个步骤：第一步，当机械手在初始位置时，如果要使其运行需要使得电磁铁5YA通电流，此时系统内部的气缸5会开始运行使得机械手松开，之后2YA通电流使得机械手下降；当达到工件半径位置则断开2YA电流，机械手相应停止下降，并断开5YA电流，启动汽缸17使得机械手夹紧。第二步，夹紧后1YA电磁铁通电流，激发汽缸5运行使得机械手上升；当上升到一定位置后1YA电磁铁将会断电，相应上升流程停止，激发3YA电磁铁通电流，启动汽缸11使得机械手向右侧移动；当右侧移动达到指定位置之后，3YA电磁铁断电相应机械手右移过程停止。第三步，在右移达到指定位置停止之后，2YA电磁铁通电流，带动汽缸5运行，使得机械手开始下降；当下降达到右工作台面则2YA断电，5YA电磁铁通电流，带动汽缸17运行，使得机械手夹钳松开，在此状态下保持5YA通电流状态，1YA电磁铁通电流，带动汽缸5，使得机械手上移；当上移达到右侧指定位置，1YA电磁铁断电，相应机械手停止上升，此时激发4YA电磁铁通电，激发汽缸11来带动机械手向左侧移动，当其达到初始位置4YA断电。综上，为自动化搬运系统工作原理，其中所有电磁铁电流开断操作，均有时压下限位开关来控制，同时图中的单向节流阀，主要用于控制整个过程中机械手运动的稳定性[3]。
4PLC控制系统设计与应用
综合上述分析内容可见，PLC控制系统如果要实现自动化机械手控制，就必须覆盖所有流程节点，这即为本文PLC控制系统设计的要求，将围绕该项要求展开设计工作，同时对设计工作成果的应用进行分析。
4.1系统输入/输出点数分配
采用FX2N型号的PLC控制系统，该系统在现代十分普及，所以通过相关案例应用效果可以确认该系统的运行可靠性，同时在功能性上，该系统相较于其他功能具有抗干扰能力强、控制程序可变的优势，故此本文将选择该系统。此外，因为初始化FX2NPLC控制系统的输入/输出点数与实际参数不符，所以需要进行调试分配工作，对此本文在表1给出了系统输入/输出分配表。
表1系统输入/输出点位分配表
4.2硬件/软件设计
设计结构当中，首先为了给人工提供控制台功能，采用了先进的触摸屏结构，该结构可以随着人工介入而切换操作模式，同时也可以实现自动一体化机械手运行数据显示，以供人工查阅。其次为了是吸纳PLC控制系统与工业机械手可以稳定连接，本文采用了I/O信号连接，该渠道的稳定性表现良好，同时在触摸屏结构条件下，其连接时间更短；针对PLC控制系统的输出子端，同样依靠I/O信号连接使所有汽缸与电磁铁连接。此外在软件设计方面，介于触摸屏结构、I/O信号连接的功能，软件设计无需进行调整，完全依靠原有设置即可。
4.3PLC系统应用
在上述设计条件下，人工通过触摸屏结构上的指示灯，可以确认所有工业机械手的状态，即所有指示灯下都对应了机械手的自定义编号，当相应指示灯为绿色，则代表机械手当前状态良好；当相应指示灯为黄色，则代表机械手进入负荷状态；当相应指示灯为红色，则代表机械手已经接近或超出负荷，同时对于机械手运行结构中电磁铁、汽缸、时压下限位开关、单向节流阀也依照自定义变化来进行展示。在人工不介入的前提下，PLC控制系统将自动对所有机械手进行监控，针对亮黄灯机械手进行调整，即将该机械手当前工作任务负荷分化下发给其他亮绿灯机械手、针对亮红灯机械手采取停运措施，此时人工可以介入管理。
5结语
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分析，分析中得知早期工业机械手控制系统主要依靠多个单片机，导致其控制流程存在繁琐与性能上的缺陷，所以有必要进行改善；围绕常规工业机械手自动搬运系统的结构、原理进行了分析，以给之后分析提供基础；进行了PLC工业机械手自动搬运控制系统设计，并对其应用效果进行了介绍。
参考文献：
[1]师亚娟，刘欣.基于PLC的自动化生产线三自由度机械手控制系统设计[J].工业控制计算机，2013，26（6）：112-113.
[2]张劲.基于PLC的工业机械手在自动化生产线中的应用[J].机械制造与自动化，2014（4）：133-134.
[3]张毅.PLC控制的工业机械手在自动化生产线中的应用研究[J].中国机械，2015（7）：53-54.