高频淬火机械手PLC控制系统设计

1 引言

　　在金属高频淬火加热场合，工人经常身处高温环境，劳动强度大，而且周围环境电磁辐射大，长期工作会影响身体健康。为了解决该问题，设计了高频淬火机械手，代替工人进行工作。

　　工人操作高频淬火机械手，就可实现在原点位置上快速安装工件、夹紧，并移动工件到高频感应线圈处进行加热；当加热到设定的温度后，系统自动停止加热并退回、旋转90°、松开工件进行淬火。在高温检测方面，由于高频加热的温升速度非常快，传感器响应时间应在0．2 s以内，因此不宜采用接触式的温度传感器，而应采用红外线或光纤高温传感器。同时在人机界面上可清晰观察机械手工作的过程、工件温度及报警列表等信息。

2 机械手工作过程

　　通气后机械手自动复位，然后通电，机械手松开。并在原点位置上快速安装工件并靠夹紧气缸夹紧，然后靠推料气缸移动工件到高频感应线圈进行加热，并通过红外高温传感器对温度进行采集，并反馈给PLC。当加热到设定的温度后，停止加热并退回到原点位置上，最后旋转气缸回转90°，松开工件进行淬火。具体过程详见图1所示。

图1 机械手工作示意图

3 气动系统设计

　　机械手的主要动作为机构的松开与夹紧、机构的平移、机构的旋转，这3个动作分别由夹紧气缸、推料气缸、旋转气缸来完成；它们动作的执行是靠二位五通电磁阀切换气缸的进气和出气方向，使气缸活塞产生不同的运动方向。当电磁阀全部都处于失电时候，机械手处于夹紧、退回、无旋转的状态，这样也便是急停状态。当PLC启动状态时候，机械手处于松开、退回、无旋转状态，这也是PLC运行时气缸最初状态，这样安排无需松开夹紧气缸就可以放置工件，便于放置工件。由于我们采用的是二位五通电磁阀，因此通电和断电时候，气缸动作方向是相反的。所以当IY电磁阀通电时，机械手就松开工件。如果断电的时候，就夹紧工件。2Y电磁阀通电时，机械手就推出工件，断电就拉回工件。3Y电磁阀通电时，机械手就旋转90°断电时候就回转原位，详见图2所示。

图2 气动系统原理图

　　机械手夹紧与松开工件是靠电磁阀1Y动作，机械手推出与拉回工件是靠电磁阀2Y动作，机械手旋转工件与旋转复位是靠电磁阀3Y动作。对于高频机启动与停止加热是靠继电器动作，具体动作可参考表1。