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[摘要]论述淬火炉上料机械手动作流程及其液压系统工作原理，结合机械手动作流程，设计PLC控制系统的输入输出图和自动程序控制梯形图。
[关键词]淬火炉上料机械手 液压系统 PLC控制系统
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1220116－02
一、引言
机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹、和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置，实现工业生产机械化、自动化。PLC是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的存储器以存储指令，完成逻辑、顺序、计时、计数和算术等功能，用以控制机械或生产过程，简化了控制线路，提高了劳动生产率，有越来越广泛的应用。
二、淬火炉上料机械手的液压控制系统
淬火炉上料机械手是在液压传动和可编程序控制器的控制下，实现生产机械化和自动化的一种装置。机械手的工作流程：下降→夹紧→上升→左回转→下降→放松→上升→右回转→下降。机械手全部动作由液压缸和液压马达驱动，而液压缸和液压马达又由相应的电磁阀控制。其中升降缸与摆动液压马达由三位四通阀电磁换向阀分别控制其运动方向。二位三通电磁阀通过置位于复位指令控制夹紧缸的运动方向。液压系统原理图如图1所示：
液压系统采用双连叶片泵1、2组合供油，供油压力调节设定与卸荷控制由先导型溢流阀3、4控制，实现限压与定压，过滤器5是从液流中除去污染颗粒，以达到滤清油液的目的。压力表6、7、20用于调节时的压力观测。单向阀8、9用于防止油液倒灌。三位四通阀电磁换向阀10、12分别控制升降缸21与摆动液压马达23的运动方向。二位三通电磁阀11通过置位于复位指令控制夹紧缸的运动方向。单向节流阀13、14、15、16、17、18用于回油节流调速。执行器由驱动机械手升降的液压缸21，驱动机械手夹松的液压缸22和驱动机械手回转的摆动液压马达23。单向顺序阀19用于平衡位置升降缸及其工作机构的自重以防下滑。
该液压控制系统的技术特点如下：
1．该淬火炉机械手采用液压传动和可编程序控制器控制，可实现自动和手动程序控制，电控系统结构紧凑、工作可靠，造价低于一般的继电接触控制，降低了劳动强度，提高了生产率和产品质量并保证了生产安全；
2．液压系统所有执行器都采用回油节流调速，有利于油液散热核提高运动平稳性；
3．机械手的定位通过过程开关，限位开关，液缸驱动机械机构实现；
4．在结构上，液压系统中的集成式的液压装置，外形美观，使用维护方便。
三、淬火炉上料机械手PLC控制系统设计
PLC是一种微机控制系统，其工作原理与微机相同，可看成是由继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。
（一）输入部分
这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器等输入设备连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈。
（二）内部控制电路
这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断产生哪些信息。内部控制电路实际上是用户根据控制要求编制的程序。
（三）输出部分
这部分的作用事驱动外部负载。
淬火炉上料机械手的控制为纯开关量，且所需的I/O点数不多，因此选一般机型即可，该控制系统实现的是移位控制，可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令来编程，由于所需I/O点数为19/9，考虑到机械手操作的工艺固定，PLC适当留有裕量，但如果备用的I/O点数过多，就会增加成本，因此，通常I/O点数，可按需要的10%-15%考虑裕量，选三菱PLC中F1-40M。
输入输出分配如图2：
其自动程序梯形如下：
自动程序梯形图分析：当机械手处于原点时，压下下限位开关，输入点X407接通，Y435接通，原点指示灯亮。
（1）按下起动按钮，X400、M120自保，移位寄存器数据输入端接通，M10置“1”，Y430接通，下降电磁阀得电，机械手下降；
（2）下降到碰到下限位开关时，输入继电器X401接通，Y430断开，下将停止，同时产生移位信号，将M100的“1”移到M101。M101的常开接点将Y431接通，加紧电磁阀得电，机械手夹紧工件，T450开始计时，同时M101的常闭接点，将移位寄存器数据输入端断开，使M100置“0”；
（3）T450延时3s，常开变常闭，产生移位信号，将M102置“1”，M101置“0'，M102的常开接点将Y432接通，上升电磁阀得电，机械手上升，同时M102的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（4）上升碰到X402时，X402接通，Y432断开，上升停止，产生移位信号，将M102置“0”，将M103置“1”，M103的常开接点将Y433接通，左回转X403得电，机械手左回转，同时M103的常闭接点将移位寄存器数据输入断开；
（5）碰到左回转限X403时，X403接通，Y433断开，左回转停止，同时产生移位信号，将M104置“1”，M103置“0”，M104的常开接点闭合，Y430接通，X404得电，机械手下降，同时M104的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（6）下降至下限时，X404接通，产生移位信号，将M105置“1”，M104置“0”，Y431得电，机械手放松工件，T451开始计时，同时M105的常闭接点将移位寄存器输入端断开；
（7）T451Y延时2s时，产生移位信号，M105置“0”，M106置“1”，M106的常开接点将Y432接通，机械手上升，同时M106的常闭接点将移位寄存器输入端断开；
（8）上升到上限位X405，Y432断开，M106置“0”，M107置“1”，Y434接通，右回转电磁阀得电，转制右限位X406时，Y430接通，同时M107的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（9）下降至碰到下限位开关X407时，X407接通，Y435断开，同时产生移位信号，将M110置“1”，M107置“0”，回到原点，完成一个动作周期。
四、结束语
淬火炉上料机械手是在液压传动和可编程序控制器的控制下，将物料从一个工位传到下一工位的工作，有准确的定位精度，能准确可靠地完成预定的各项动作。
参考文献：
[1]许福玲、陈尧明主编，液压与其压传动[M].北京：机械工业出版社，2004.7.
[2]李向东主编，电器控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.1.
[3]张应金，PLC在机械手搬运控制系统中的引用[J].自动化博览，2008.2.
[4]严纪兰、董峰、李明亮，基于PLC控制的搬运机械手的应用[J].机械工程与自动化，2008.4(2).
作者简介：
崔安娜，女，硕士研究生，研究方向：检测与控制技术。
[关键词]淬火炉上料机械手 液压系统 PLC控制系统
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1220116－02
一、引言
机械手是模仿人的手部动作，按给定程序、轨迹、和要求实现自动抓取、搬运和操作的自动装置，实现工业生产机械化、自动化。PLC是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的存储器以存储指令，完成逻辑、顺序、计时、计数和算术等功能，用以控制机械或生产过程，简化了控制线路，提高了劳动生产率，有越来越广泛的应用。
二、淬火炉上料机械手的液压控制系统
淬火炉上料机械手是在液压传动和可编程序控制器的控制下，实现生产机械化和自动化的一种装置。机械手的工作流程：下降→夹紧→上升→左回转→下降→放松→上升→右回转→下降。机械手全部动作由液压缸和液压马达驱动，而液压缸和液压马达又由相应的电磁阀控制。其中升降缸与摆动液压马达由三位四通阀电磁换向阀分别控制其运动方向。二位三通电磁阀通过置位于复位指令控制夹紧缸的运动方向。液压系统原理图如图1所示：
液压系统采用双连叶片泵1、2组合供油，供油压力调节设定与卸荷控制由先导型溢流阀3、4控制，实现限压与定压，过滤器5是从液流中除去污染颗粒，以达到滤清油液的目的。压力表6、7、20用于调节时的压力观测。单向阀8、9用于防止油液倒灌。三位四通阀电磁换向阀10、12分别控制升降缸21与摆动液压马达23的运动方向。二位三通电磁阀11通过置位于复位指令控制夹紧缸的运动方向。单向节流阀13、14、15、16、17、18用于回油节流调速。执行器由驱动机械手升降的液压缸21，驱动机械手夹松的液压缸22和驱动机械手回转的摆动液压马达23。单向顺序阀19用于平衡位置升降缸及其工作机构的自重以防下滑。
该液压控制系统的技术特点如下：
1．该淬火炉机械手采用液压传动和可编程序控制器控制，可实现自动和手动程序控制，电控系统结构紧凑、工作可靠，造价低于一般的继电接触控制，降低了劳动强度，提高了生产率和产品质量并保证了生产安全；
2．液压系统所有执行器都采用回油节流调速，有利于油液散热核提高运动平稳性；
3．机械手的定位通过过程开关，限位开关，液缸驱动机械机构实现；
4．在结构上，液压系统中的集成式的液压装置，外形美观，使用维护方便。
三、淬火炉上料机械手PLC控制系统设计
PLC是一种微机控制系统，其工作原理与微机相同，可看成是由继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分。
（一）输入部分
这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器等输入设备连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈。
（二）内部控制电路
这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断产生哪些信息。内部控制电路实际上是用户根据控制要求编制的程序。
（三）输出部分
这部分的作用事驱动外部负载。
淬火炉上料机械手的控制为纯开关量，且所需的I/O点数不多，因此选一般机型即可，该控制系统实现的是移位控制，可以用一般PLC所具有的移位寄存器和移位指令来编程，由于所需I/O点数为19/9，考虑到机械手操作的工艺固定，PLC适当留有裕量，但如果备用的I/O点数过多，就会增加成本，因此，通常I/O点数，可按需要的10%-15%考虑裕量，选三菱PLC中F1-40M。
输入输出分配如图2：
其自动程序梯形如下：
自动程序梯形图分析：当机械手处于原点时，压下下限位开关，输入点X407接通，Y435接通，原点指示灯亮。
（1）按下起动按钮，X400、M120自保，移位寄存器数据输入端接通，M10置“1”，Y430接通，下降电磁阀得电，机械手下降；
（2）下降到碰到下限位开关时，输入继电器X401接通，Y430断开，下将停止，同时产生移位信号，将M100的“1”移到M101。M101的常开接点将Y431接通，加紧电磁阀得电，机械手夹紧工件，T450开始计时，同时M101的常闭接点，将移位寄存器数据输入端断开，使M100置“0”；
（3）T450延时3s，常开变常闭，产生移位信号，将M102置“1”，M101置“0'，M102的常开接点将Y432接通，上升电磁阀得电，机械手上升，同时M102的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（4）上升碰到X402时，X402接通，Y432断开，上升停止，产生移位信号，将M102置“0”，将M103置“1”，M103的常开接点将Y433接通，左回转X403得电，机械手左回转，同时M103的常闭接点将移位寄存器数据输入断开；
（5）碰到左回转限X403时，X403接通，Y433断开，左回转停止，同时产生移位信号，将M104置“1”，M103置“0”，M104的常开接点闭合，Y430接通，X404得电，机械手下降，同时M104的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（6）下降至下限时，X404接通，产生移位信号，将M105置“1”，M104置“0”，Y431得电，机械手放松工件，T451开始计时，同时M105的常闭接点将移位寄存器输入端断开；
（7）T451Y延时2s时，产生移位信号，M105置“0”，M106置“1”，M106的常开接点将Y432接通，机械手上升，同时M106的常闭接点将移位寄存器输入端断开；
（8）上升到上限位X405，Y432断开，M106置“0”，M107置“1”，Y434接通，右回转电磁阀得电，转制右限位X406时，Y430接通，同时M107的常闭接点将移位寄存器数据输入端断开；
（9）下降至碰到下限位开关X407时，X407接通，Y435断开，同时产生移位信号，将M110置“1”，M107置“0”，回到原点，完成一个动作周期。
四、结束语
淬火炉上料机械手是在液压传动和可编程序控制器的控制下，将物料从一个工位传到下一工位的工作，有准确的定位精度，能准确可靠地完成预定的各项动作。
参考文献：
[1]许福玲、陈尧明主编，液压与其压传动[M].北京：机械工业出版社，2004.7.
[2]李向东主编，电器控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.1.
[3]张应金，PLC在机械手搬运控制系统中的引用[J].自动化博览，2008.2.
[4]严纪兰、董峰、李明亮，基于PLC控制的搬运机械手的应用[J].机械工程与自动化，2008.4(2).
作者简介：
崔安娜，女，硕士研究生，研究方向：检测与控制技术。