采用機械手代替人進行重復地取放件工作，保證了產品品質和生產安全的同時，也提高了生產自動化水平和效率。PLC是以微處理器為核心，將自動化技術、計算機技術和通信技術融為一體的新型工業控制裝置，具有高性價比、高可靠性等特點，已成為自動化工程的主要核心設備。齒輪淬火機械手的控制系統選用FX2N系列可編程序控制器控制，該系統結構緊湊、工作可靠，可以實行手動調整及自動控制。

1 系統的硬件設計

　　齒輪淬火機械手采用圓柱坐標的結構形式，由回轉、升降、手臂伸縮、手部夾持及定位五種機構組成。由于手部夾持及定位機構靠近保溫爐，工作溫度高，因此采用氣壓傳動，其余采用液壓傳動，從而使得機械手結構緊湊，運動平穩，且可以方便地實現無級調速。機械手的執行運動采用液壓驅動和氣壓驅動，系統由電磁換向閥控制液流方向和氣流方向，從而控制液壓缸和氣缸的運動方向。基于PLC的電氣控制系統是通過控制電磁換向閥的電磁鐵線圈的通斷，來實現對機械手運行動作的控制。

　　機械手的手臂尺寸較長，回轉慣性也比較大，為了保證能準確抓放齒輪工件，機械手臂在水平面內回轉須有精確的定位，系統采用單作用氣缸推動插拔銷的機械定位方式來實現。在機械手回轉到位時，限位開關檢測到信號，系統使YA1和YA2斷電，回轉缸停止轉動，同時使YA9通電，定位氣缸推動插拔銷實現機械定位。

　　機械手的PLC電氣控制系統，采用限位開關(SQ1—SQ6)作為位置檢測信號，按鈕開關SBl和SB2作為系統的啟動和停止控制，PLC的輸出信號分別接各缸的電磁換向閥電磁鐵YA1-YA9，各I／O分配如表1所示。

　　所設計的齒輪淬火機械手電氣控制系統為純開關量邏輯控制，所需輸入點為11個、輸出點10個，考慮系統的擴展方便，系統的PIE選用三菱的FX2N-32MR。系統輸入指令信號為開關按鈕等無源器件，直接接人PLC對應的輸人端子，另外一端接PLC的輸入COM即可。系統所驅動的負載均為24 V直流電磁閥線圈，為了保護PLC輸出元器件，在電磁鐵的兩端各反并聯一續流二極管，防止在感性負載斷開時產生很高的感應脈沖電壓對PLC輸出點及內部電路的沖擊，保證系統的安全穩定。

2 系統控制程序設計

　　齒輪淬火機械手有手動調整和自動循環運行兩種工作方式，由控制方式轉換開關SAl進行選擇，其常開觸點接通時為手動調整，斷開時則為自動循環運行。機械手的手動調整控制程序與自動運行控制程序相對獨立，因此總程序設計成兩段獨立的部分：自動運行控制程序和手動調整控制程序，通過條件跳轉來選擇執行相應的控制程序。當選擇手動調整方式時，輸人點Xll接通，其常閉觸點斷開，執行手動調整程序，并且X11常開觸點閉合，則跳過自動運行程序段。若選擇自動運行方式，則跳過手動調整程序，執行自動運行程序段。

　　手動調整用于檢修及動作行程等調整，由于其使用時間很少，因此為了節約I／O點，只采用啟動按鈕SB1、停止按鈕SB2和調整選擇按鈕SB3進行循環操作控制。當控制方式選擇轉換開關常開觸點閉合時，通過按動調整選擇按鈕的次數來選擇所需調整的部件，并且當前所選部件通過調整指示燈Ll來顯示。L1具體顯示方式為：常亮為機械手回轉調整，以0．5 Hz閃爍表示為升降調整，以1 Hz閃爍表示為伸縮調整，亮0．5秒滅2秒為夾持調整，亮2秒滅0.5秒為定位調整。選擇好調整部件后，通過按SBl和SB2來控制部件運行，均采用點動方式。如Ll常亮為機械手回轉調整，此時按住啟動按鈕SBl，機械手左轉，松開即停止，按住停止按鈕SB2，機械手右轉，松開即停止，其它部件調整動作以此類推。手動調整控制程序設計比較簡單，均為簡單的點動和聯鎖。L1的控制方面，0.5 Hz閃爍直接用M8013，其它的用方波發生控制程序，設定相應時間參數即可。通過按動調整選擇按鈕的次數來選擇所需調整部件的程序，主要采用計數器對X12進行計數，并且通過觸點比較指令進行數值判斷，從而確定控制對象及執行對應控制程序，最后有復位循環執行功能。PLC手動控制部分梯形圖如圖1所示。

圖1 PLC手動控制部分梯形圖

　　當機械手工作于自動運行方式時，其工作過程為：(爐門打開)手臂伸出→手指夾緊(抓住齒輪工動，件、延時1秒)→上升(抬起工件)→手臂縮回、定位縮回→左轉900_定位伸出_手臂伸出→下降_手指松開(放在淬火壓床工作臺上、延時1秒)_手臂縮回(延時、等待工件淬火，淬火完成)_手臂伸出→手指夾緊(延時1秒)→上升_手臂縮回、定位縮回_左轉90°→下降→_手指松開(把齒輪放人滾道、延時1秒)→右轉180°、定位伸出(原位)。機械手完成一個循環，再按啟動按鈕，機械手又重復上述動作。這是一個典型的按確定順序動作的步進控制過程，有條件控制和時間控制兩種方式，條件即為限位開關和按鈕，用順序功能圖和步進梯形圖進行編程。

3 結束語

　　基于PLC的機械手控制系統具有很大的靈活性和適應性，當工藝過程改變時，能通過簡單改線和修改控制程序來滿足新的控制要求，同時還具有可靠性高、運行穩定等優點。文中涉及的控制方式方法也可以應用于其它類似的機械手控制系統。