機(jī)械手分揀系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與思路

1、 城市職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文畢業(yè)論文題目機(jī)械手分揀設(shè)計(jì)教學(xué)單位專業(yè)/班級(jí)姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師與職稱年 月 日32 / 36獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，論文（設(shè)計(jì)）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得城市職業(yè)學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 簽字日期： 年 月 日摘 要：所介紹的電動(dòng)機(jī)械手由電控機(jī)械手、yz軸絲杠組、手轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤等機(jī)械部分組成

2、，在PLC控制下，它可在行程圍將物體從一點(diǎn)搬運(yùn)至另一任意點(diǎn)，可置放于各種不同生產(chǎn)線或物流流水線中。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；步進(jìn)電機(jī)中圖分類號(hào)：TP241 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Based on PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists of power-operated mechanical manipulato

3、r,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatrymechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc.On the control of PLC system,it cantake bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines. Key Word

4、s:mechanical manipulator; PLC; step motor隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代控制理論的不斷完善，機(jī)械手技術(shù)也快速發(fā)展。按實(shí)現(xiàn)功能和驅(qū)動(dòng)方式劃分，機(jī)械手可以分為很多種。僅就驅(qū)動(dòng)方式，就有氣動(dòng)（或液動(dòng)）、電動(dòng)和電氣混合等。為實(shí)現(xiàn)不同的功能，有3個(gè)自由度的，也有4、5個(gè)自由度的，甚至還有6個(gè)自由度的。本文中，筆者僅論述基于PLC技術(shù)的4個(gè)自由度電動(dòng)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)，它能滿足絕大多數(shù)場(chǎng)合的搬運(yùn)需要，并且可用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有良好的示性和教學(xué)性。目 錄1.前 言32.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與思路32.1 控制要求42.2 結(jié)構(gòu)框圖42.3 系統(tǒng)框圖53.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)63.1 P

5、LC的發(fā)展概況63.1.1 PLC的定義63.1.2 PLC的特點(diǎn)63.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域73.1.4 三菱FX系列PLC73.2 機(jī)械手83.2.1 機(jī)械手概況83.3 傳感器93.3.1光電式接近開(kāi)關(guān)93.3.2對(duì)射式光電接近開(kāi)關(guān)103.3.3反射式光電接近開(kāi)關(guān)103.3.4漫射式（漫反射式）光電接近開(kāi)關(guān)113.3.5光纖式傳感器113.4光電傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用123.4.1對(duì)射式光電傳感器應(yīng)用123.4.2 反射式傳感器應(yīng)用123.4.3 漫反射式光電傳感器應(yīng)用123.5霍爾傳感器133.6電子式行程開(kāi)關(guān)133.6.1Festo的接近式傳感器133.6.2電子式行程開(kāi)關(guān)位置控

6、制裝置143.7壓力傳感器143.8傳感器的連接方法143.9 使用電器設(shè)備的注意事項(xiàng)153.91 電氣回路連接安全規(guī)則153.92. 模擬檢測(cè)154.可編程控制器控制部分164.1機(jī)械手移送工件動(dòng)作過(guò)程174.2操作方式概念174.4機(jī)械手與PLC的I/0（輸入/輸出端口）224.5使用編程軟件包（FXGP/WINC）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控234.6 擺動(dòng)機(jī)械手的控制254.7全系統(tǒng)PLC控制程序255、結(jié)束語(yǔ)30參考文獻(xiàn)30致 321.前 言在很長(zhǎng)的時(shí)間里，分揀工作的進(jìn)行都是靠人工來(lái)完成的，但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，人工分揀的生產(chǎn)效率低、成本高等缺點(diǎn)越來(lái)越突出。為

7、了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài)，緩解日趨緊的供求關(guān)系，且市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，因此各個(gè)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)。而隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，多工步機(jī)械手的研究終于得到普與，它可以搬運(yùn)貨物，分揀物品等，節(jié)省了大量的人力無(wú)力，效率也提高了不少。本文就介紹了基于PLC控制的自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)，利用氣動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，PLC作控制器設(shè)計(jì)了一種成本較低，效率較高的材料自動(dòng)分揀裝置，在分揀的過(guò)程中取得了較好的控制效果。2.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與思路2.1 控制要求要求如下：1） 按下啟動(dòng)按鈕后若滑臺(tái)不在原點(diǎn)，則返回原點(diǎn)2） 啟動(dòng)電機(jī)3） 放入分揀材料4） 判斷材料

8、的材質(zhì)和顏色5） 判斷是否到達(dá)傳動(dòng)帶末端6） 電機(jī)停止7） 機(jī)械手動(dòng)作8） 將材料分揀到相應(yīng)的位置上9） 機(jī)械手回原點(diǎn)10） 電機(jī)啟動(dòng)進(jìn)入下次分揀2.2 結(jié)構(gòu)框圖該裝置包含了PLC控制技術(shù)、位置檢測(cè)技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，由PLC（三菱FX1N）、電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電磁滑、變頻器、傳感器等器件，系統(tǒng)的功能子模塊有：傳動(dòng)模塊；機(jī)械手模塊（含真空吸放）；氣源處理模塊；傳感器檢測(cè)模塊；電源模塊；可編程控制器模塊；變頻器模塊；氣動(dòng)電磁閥模塊。 具體結(jié)構(gòu)框圖如下：可編程控制器電容開(kāi)關(guān)電感開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)傳送帶電機(jī)下料汽缸電磁閥滑臺(tái)電磁閥機(jī)械手電磁閥圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.3 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)功能圖如下：開(kāi)始

9、檢查滑臺(tái)位置是否在原點(diǎn)啟動(dòng)電機(jī)放置元件判斷材質(zhì)判斷顏色是否到輸送帶末端電機(jī)停止分揀回到原點(diǎn)是否到輸送帶末端電機(jī)停止分揀回到原點(diǎn)判斷所處模式按下開(kāi)始按鈕NY非金手動(dòng)循環(huán)模式自動(dòng)循環(huán)模式3.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的發(fā)展概況PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC，較有名的：美國(guó)：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國(guó)：西門子公司；法國(guó)：TE 斯耐德公司；國(guó)：三星、LG公司等。3.1.1 PL

10、C的定義PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

11、”3.1.2 PLC的特點(diǎn)1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可與時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的

12、電路與設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)與人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形

13、圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。4）統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械部，是

14、實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保與文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控與自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)

15、字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4）過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用

16、得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析與處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信與聯(lián)網(wǎng)PLC通信

17、含PLC間的通信與PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.1.4 三菱FX系列PLC在FX系列中，除了基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形圖編程與對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可相互轉(zhuǎn)換，F(xiàn)X系列還設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域；而本設(shè)計(jì)所用到的FX2N PLC更可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50KHz的高速脈沖。3.2 機(jī)械手機(jī)械手是機(jī)器人

18、的一個(gè)重要分支 ，它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的任務(wù)，而準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。3.2.1 機(jī)械手概況工業(yè)機(jī)械手是人類創(chuàng)造的一種機(jī)器,更是人類創(chuàng)造的一項(xiàng)偉大奇跡,其研究、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)是從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始的.我國(guó)的工業(yè)機(jī)械手是從80年代"七五"科技攻關(guān)開(kāi)始起步,在國(guó)家的支持下,通過(guò)"七五","八五"科技攻關(guān),目前已經(jīng)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù),生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開(kāi)發(fā)出噴漆，孤焊，點(diǎn)焊，裝配，搬運(yùn)等機(jī)器人。世界工業(yè)機(jī)械手

19、的數(shù)目雖然每年在遞增，但市場(chǎng)是波浪式向前發(fā)展的。在新世紀(jì)的曙光下人們追求更舒適的工作條件，惡劣危險(xiǎn)的勞動(dòng)環(huán)境都需要用機(jī)器人代替人工。隨著機(jī)器人應(yīng)用的深化和滲透，工業(yè)機(jī)械手在汽車行業(yè)中還在不斷開(kāi)辟著新用途。機(jī)械手的發(fā)展也已經(jīng)由最初的液壓，氣壓控制開(kāi)始向人工智能化轉(zhuǎn)變，并且隨著電子技術(shù)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)將日益完善。本設(shè)計(jì)所用的就是氣動(dòng)式的機(jī)械手，拾取和釋放材料都是由氣壓控制。把組裝完成的工件送到與該系統(tǒng)配套使用的傳送帶分揀工作站中繼續(xù)工作過(guò)程。 圖0.1 模塊化自動(dòng)生產(chǎn)加工系統(tǒng)（MPS）外形圖 圖0.2 模塊化加工生產(chǎn)系統(tǒng)（MPS）結(jié)構(gòu)圖3.3 傳感器機(jī)械手動(dòng)作的時(shí)機(jī)需要傳感器來(lái)給予

20、，本設(shè)計(jì)所要用到的傳感器包括：電感接近開(kāi)關(guān)，電容接近開(kāi)關(guān)，光電傳感器，滑臺(tái)限位開(kāi)關(guān)。其中，電感接近開(kāi)關(guān)用于判斷元件在傳送帶上的位置，電容接近開(kāi)關(guān)用于判斷元件的材質(zhì)，光電傳感器用于判斷元件顏色，滑臺(tái)限位開(kāi)關(guān)是判斷滑臺(tái)的位置。圖2.6 電容式傳感器應(yīng)用 圖2.5電容式接近開(kāi)關(guān)圖形符號(hào)電容式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用:由于電容傳感器根據(jù)其感應(yīng)靈敏度可以檢測(cè)不同材質(zhì)的工件。如圖2.6所示，在自動(dòng)生產(chǎn)線上可以檢測(cè)出工件是否金屬或塑料、塑料或瓷器等等，用以控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或下一個(gè)加工步驟等。3.3.1光電式接近開(kāi)關(guān)光電式傳感器是用光電轉(zhuǎn)換器件作敏感元件、將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。光電式傳感器的種類很多，按照

21、其輸出信號(hào)的形式，可以分為模擬式、數(shù)字式、開(kāi)關(guān)量輸出式。 以開(kāi)關(guān)量形式輸出的光電傳感器，即為光電式接近開(kāi)關(guān)。 光電式接近開(kāi)關(guān),利用光電效應(yīng)制成的傳感器稱為光電式傳感器。光電式傳感器的種類很多，其中輸出形式為開(kāi)關(guān)量的傳感器為光電式接近開(kāi)關(guān)。 （1）光電式接近開(kāi)關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器組成。（2）光發(fā)射器用于發(fā)射紅外光或可見(jiàn)光。（3）光接收器用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以開(kāi)關(guān)量形式輸出。（4）按照接收器接收光的方式不同，光電式接近開(kāi)關(guān)可以分為對(duì)射式、反射式和漫射式三種。光發(fā)射器和光接收器也有一體式和分體式兩種。 3.3.2對(duì)射式光電接近開(kāi)關(guān)對(duì)射式光電接近開(kāi)關(guān)是指光發(fā)射器（光發(fā)射

22、器探頭或光源探頭）與光接收器（光接收器探頭）處于相對(duì)的位置工作的光電接近開(kāi)關(guān)。其原理和外形如圖2.7、圖2.8所示。 圖2.7 對(duì)射式接近開(kāi)關(guān)的工作原理圖2.8 對(duì)射式接近開(kāi)關(guān)外形圖3.3.3反射式光電接近開(kāi)關(guān)反射式光電接近開(kāi)關(guān)的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置，且光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對(duì)的位置上安置一個(gè)反光鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射回來(lái)后由光接收器接收。其原理和外形如圖2.9所示。圖2.9 反射式光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理與其外形圖3.3.4漫射式（漫反射式）光電接近開(kāi)關(guān)漫射式光電接近開(kāi)關(guān)是利用光照射到被測(cè)物體上后反射回來(lái)的光線而工作的，由于物體反射的光線為漫射光，故該種

23、傳感器稱為漫射式光電接近開(kāi)關(guān)。 其原理和外形如圖 所示。圖2.10 漫射式光電接近開(kāi)關(guān)的工作原理與其外形圖3.3.5光纖式傳感器光纖電纜由一束玻璃纖維或由一條或幾條合成纖維組成。光纖能將光從一處傳導(dǎo)到另一處,甚至繞過(guò)拐角處。其 工作原理是通過(guò)部反射介質(zhì)傳遞光 線。光線通過(guò)具有高折射率的光纖材 料和低折射率護(hù)套表面,由此形成的 光纖在光纖的反射式傳遞。光纖由芯部(高折射率)和護(hù)套(低折射率)組成。在光纖,光被不斷來(lái)回反射, 產(chǎn)生全反射,因而光能通過(guò)曲線路徑。光纖式傳感器外形如圖2.11所示。圖2.11 光纖式傳感器外形圖6光電式接近開(kāi)關(guān)的圖形符號(hào)如圖2.12所示。圖2.12 光電式接近開(kāi)關(guān)的圖形

24、符號(hào)3.4光電傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用3.4.1對(duì)射式光電傳感器應(yīng)用用兩個(gè)對(duì)射式光電傳感器檢測(cè)傳送帶的力，如圖2.13所示。在正常情況下，傳送帶的傳送速度應(yīng)保持一定的圍，即V1和V2的帶速度應(yīng)為一致。即傳感器A有信號(hào)，B沒(méi)有信號(hào)。如果在某一時(shí)刻A和B都有信號(hào)，這就表明V2傳送出現(xiàn)問(wèn)題，這樣會(huì)在送入和輸出機(jī)構(gòu)之間出現(xiàn)帶子重疊，這個(gè)時(shí)候必須減小送入帶速V1。如果在某一時(shí)刻A和B都沒(méi)有信號(hào)，這就表明了V1的送入速度出現(xiàn)問(wèn)題，這就應(yīng)相應(yīng)地增大V1或減小V2的速度進(jìn)行控制。圖2.13 對(duì)射式光電傳感器應(yīng)用3.4.2 反射式傳感器應(yīng)用使用反射式傳感器來(lái)控制大門的開(kāi)、閉。如果傳感器檢測(cè)到可感應(yīng)的介質(zhì)工件經(jīng)過(guò)

25、，則有相應(yīng)的信號(hào)輸出，如圖2.14所示。圖2.14 反射式傳感器應(yīng)用3.4.3 漫反射式光電傳感器應(yīng)用在一個(gè)產(chǎn)品分類站上，不同表面特性和不同顏色的產(chǎn)品（介質(zhì)）要區(qū)分開(kāi)來(lái)，這可以用一個(gè)漫反射式光電傳感器來(lái)檢測(cè)。如圖2.15所示。如同時(shí)使用三種不同的顏色的產(chǎn)品，白色的金屬、紅色的塑料和黑色的塑料。根據(jù)工件顏色反射的的不同可以區(qū)分出白色和紅色，以與沒(méi)有反射的黑色，如再要區(qū)分金屬和塑料則使用電感傳感器就可以了。圖2.15 漫反射式光電傳感器應(yīng)用3.5霍爾傳感器Festo的霍爾傳感器為微型和精密氣爪而特殊設(shè)計(jì),它們只用一個(gè)傳感 器和一個(gè)電子信號(hào)值比較單元檢測(cè) 三個(gè)氣爪位置。采用霍爾傳感器時(shí)SMH-AE1

26、-M12電子信號(hào)值比較單元是必需的。這個(gè)單元允許通過(guò)電位計(jì)獨(dú)立設(shè)定三個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)，這三個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)能夠作為三個(gè)電子信號(hào)分 接到電子信號(hào)值比較單元的五針 M12插頭上。氣爪活塞上集成有磁鐵，隨著距離 的變化磁場(chǎng)強(qiáng)度也在發(fā)生變化，于是傳感器產(chǎn)生一個(gè)模擬量電信號(hào)（與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例關(guān)系），通過(guò)信號(hào)值比較單元模擬量信號(hào)被轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量信號(hào)?；魻杺鞲衅鞣?hào)如圖2.16所示。圖2.16 霍爾傳感器符號(hào)3.6電子式行程開(kāi)關(guān)3.6.1Festo的接近式傳感器Festo的接近式傳感器為位置傳感器，是專門為Festo驅(qū)動(dòng)器而配套設(shè)計(jì)的。這些傳感器可直接安裝于驅(qū)動(dòng)器上也可通過(guò)特定的安裝附件進(jìn)行安裝。只有在驅(qū)動(dòng)器的活塞上加上永

27、磁體，才能使接 近式傳感器工作。接近式傳感器在氣缸上的位置可以通過(guò)機(jī)械方式加以調(diào)整并固定。一旦氣缸活塞 回復(fù)到這一位置，切換信號(hào)的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化。電子式行程開(kāi)關(guān)外形與符號(hào)如圖2.17 所示。圖2.17 電子式行程開(kāi)關(guān)外形與符號(hào)3.6.2電子式行程開(kāi)關(guān)位置控制裝置為了知道氣缸活塞的兩個(gè)絕對(duì)位置（最端和最外端），就可以用兩個(gè)磁感應(yīng)傳感器來(lái)檢測(cè)。如圖2.18所示。在氣缸活塞環(huán)上，包有一層永久磁鐵。當(dāng)活塞往外運(yùn)動(dòng)到最外端時(shí)，傳感器A就發(fā)出信號(hào)（一般傳感器上有指示燈），當(dāng)活活塞往運(yùn)動(dòng)到最端時(shí)，傳感器B就發(fā)出信號(hào)。這樣就可以檢測(cè)氣缸活塞的位置。圖2.18 位置控制檢測(cè)3.7壓力傳感器壓力傳感器用于氣爪夾

28、緊力的設(shè)定和檢測(cè)控制。壓力傳感器是壓力開(kāi)關(guān)和模塊化壓力傳感器系統(tǒng)，啟動(dòng)壓力能進(jìn)行調(diào)節(jié)。特點(diǎn)是：裝配更方面，啟動(dòng)速度更快，顯示更好（采用數(shù)字式顯示）。壓力傳感器外形與符號(hào)如圖2.19所示。圖2.19 壓力傳感器外形與符號(hào)圖3.8傳感器的連接方法本單元機(jī)械零部件與氣動(dòng)控制回路安裝無(wú)誤后，進(jìn)行電氣回路的安裝。電氣回路由信號(hào)輸入回路和輸出控制回路組成。信號(hào)輸入回路主要讀取運(yùn)行過(guò)程中的各種位置與壓力信號(hào)，由各種傳感器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通過(guò)I/O接線端口輸入端用數(shù)據(jù)電纜連接PLC相應(yīng)的I端口。輸出控制回路是PLC輸出端O端用數(shù)據(jù)電纜連接I/O端口再連接相應(yīng)的電磁閥從而控制各種功能的實(shí)現(xiàn)。I/O

29、接線端口如圖2.20所示，有8個(gè)輸入端與8個(gè)輸出端，每個(gè)輸入、輸出接線端上裝有LED，可顯示回路狀態(tài)以與用于系統(tǒng)糾錯(cuò)。并且，在每一個(gè)端子旁都有數(shù)字標(biāo)號(hào)，以說(shuō)明端子的位地址，是PLC與輸入、輸出設(shè)備連結(jié)的橋梁。接線端口通過(guò)導(dǎo)軌固定在鋁合金板上。圖2.20 I/O接線端口3.9 使用電器設(shè)備的注意事項(xiàng)1.電氣插座不得過(guò)荷。2.在修理或調(diào)試設(shè)備前，應(yīng)先切斷電源。3.不使用設(shè)備時(shí)應(yīng)切斷電源。4.所有電氣設(shè)備必須接地線。5.切勿在手濕時(shí)接觸電器設(shè)備。3.91 電氣回路連接安全規(guī)則1.電氣連接完成前不能通電。2.在安全電壓下操作，工作電壓24VDC。3.92. 模擬檢測(cè)電氣回路連接完畢檢查無(wú)誤，應(yīng)使用數(shù)字

30、量仿真盒（SIMBOX）連接I/O接線端端口模擬控制全過(guò)程進(jìn)行試運(yùn)行。數(shù)字量仿真盒如圖2.21所示。數(shù)字量仿真盒具有模擬MPS工作站或PLC輸入信號(hào)，顯示輸出信號(hào)數(shù)字的功能，可完成下列操作：1測(cè)試PLC程序時(shí)，模擬輸入。2設(shè)定輸出信號(hào)（獨(dú)立24V電源供電）進(jìn)一步完成MPS工作站的操作。圖2.21 數(shù)字量仿真盒使用時(shí)把數(shù)字量仿真盒與I/O模塊的電纜線接頭連接，首先接通電源（暫不接通氣源），由于推料缸兩端安裝有磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)在兩個(gè)極限位置，在兩個(gè)極限位置時(shí)，傳感器上LED指示燈、I/O接線端口與數(shù)字量仿真盒相應(yīng)指示亮，表示位置到達(dá)與能進(jìn)行檢測(cè)，磁傳感器安裝位置可以進(jìn)行調(diào)整。擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)位到達(dá)，I/O接線

31、端口與數(shù)字量仿真盒相應(yīng)指示燈亮，如調(diào)整微動(dòng)開(kāi)關(guān)的位置可使擺動(dòng)氣缸的轉(zhuǎn)位角度改變。接通氣源，板動(dòng)數(shù)字量仿真盒上相應(yīng)的O輸出開(kāi)關(guān)，則控制相應(yīng)氣動(dòng)動(dòng)作。例如板動(dòng)O1開(kāi)關(guān)，將產(chǎn)生真空吸力，如吸附工件則真空檢測(cè)開(kāi)關(guān)LED指示燈、I/O接線端口與數(shù)字量仿真盒相應(yīng)指示亮，表示已達(dá)到設(shè)定的真空壓力。板動(dòng)O4開(kāi)關(guān)，擺動(dòng)氣缸擺向下一站。如此將整個(gè)控制順序與傳感器輸入信號(hào)指示模擬運(yùn)行，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，模擬運(yùn)行如與設(shè)計(jì)一致后可接入PLC，實(shí)現(xiàn)全程序自動(dòng)運(yùn)行。4.可編程控制器控制部分該系統(tǒng)可安裝三菱、西門子、歐姆龍、松下等各種型號(hào)的PLC進(jìn)行控制?？删幊绦蚩刂破鱌LC如圖3.1所示。是目前在自動(dòng)控制領(lǐng)域中使用最廣泛的

32、控制裝置之一。它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新一代工業(yè)控制器，具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、記憶、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信、PID 回路調(diào)節(jié)、人工智能等功能。PLC 以其優(yōu)異的性能，低廉的價(jià)格和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器制造、冶金、化工、煤炭、汽車、紡織、食品等諸多行業(yè)的自動(dòng)化儲(chǔ)藏中得到廣泛的應(yīng)用。目前，可編程序控制器、集散控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)這三類自動(dòng)化控制裝置幾乎占領(lǐng)了所有控制裝置產(chǎn)品的市場(chǎng)。而在自動(dòng)機(jī)與自動(dòng)線中，可編程序控制器已成為首選的控制裝置。（a）西門子機(jī)型 （b）三菱機(jī)FX2N型圖3.1 可編程序控制器PLC外型圖在組裝單元中機(jī)械手控制主要使用PL

33、C控制，并配以傳感器將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)反饋，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)控制。本說(shuō)明書(shū)以三菱FX2N-48型作參考設(shè)計(jì)。4.1機(jī)械手移送工件動(dòng)作過(guò)程為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，控制系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，其控制面板如圖3.2所示。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右稱、夾緊、放松的手動(dòng)控制。機(jī)械手停在任何位置時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“回原點(diǎn)”，按下“原點(diǎn)”啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)返回原點(diǎn)位置。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)。手動(dòng)按鈕無(wú)效。自動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作順序如圖3.3所示。動(dòng)作過(guò)程分為8步：從原點(diǎn)下降夾緊（T）上升右移下降放松（T）上升左移

34、到原點(diǎn)結(jié)束一個(gè)動(dòng)作循環(huán)，時(shí)間（T）為可自定，本例為1秒。圖3.2 機(jī)械手移動(dòng)工件系統(tǒng)操作面板圖3.3 機(jī)械手移動(dòng)工件系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作示意圖4.2操作方式概念設(shè)備的操作方式大致分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式，它們又可再分為其他運(yùn)行方式，控制要求如表3.1所示。另運(yùn)行與緊急停止的按鈕與PLC程序無(wú)關(guān)。用兩個(gè)按鈕使PLC與外部負(fù)載電源接通（ON）或分?jǐn)啵∣FF）。各區(qū)域如圖3.4所示。表3.1 運(yùn)行方式與控制要求手動(dòng)手動(dòng)用各自的按鈕使各個(gè)負(fù)載單獨(dú)接通或斷開(kāi)的方式。回原點(diǎn)該方式按動(dòng)回原點(diǎn)按鈕時(shí)，機(jī)械自動(dòng)向原點(diǎn)回歸自動(dòng)單步運(yùn)行按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，前進(jìn)一個(gè)工步（或工序）單周期運(yùn)行在原點(diǎn)位置按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)運(yùn)行一遍

35、再在原點(diǎn)停止。若在中途按動(dòng)停止按鈕就停止運(yùn)行；再按啟動(dòng)按鈕，從斷點(diǎn)處開(kāi)始繼續(xù)運(yùn)行，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。連續(xù)運(yùn)行在原點(diǎn)位置按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，開(kāi)始連續(xù)的反復(fù)運(yùn)行。若中途按動(dòng)停止按鈕，動(dòng)作將繼續(xù)到原點(diǎn)為止才停止。圖3.4 操作面板控制區(qū)域（4）根據(jù)機(jī)械手控制設(shè)定PLC的I/0（輸入/輸出端口），如表3.2所示 。 表3.2 PLC的I/0（輸入/輸出端口）分配表輸入輸入輸出輸入繼電器作用輸入繼電器作用輸出繼電器控制對(duì)象X001下限位行程開(kāi)關(guān)X020手動(dòng)操作Y000下降電磁閥X002上限位行程開(kāi)關(guān)X021回歸原點(diǎn)Y001夾緊電磁閥X003右移限位行程開(kāi)關(guān)X022單步運(yùn)行Y002上升電磁閥X004左移限位行程

36、開(kāi)關(guān)X023單周期運(yùn)行Y003右行電磁閥X005上升操作按鈕X024自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行Y004左行電磁閥X006左移操作按鈕X025返原點(diǎn)啟動(dòng)Y005原點(diǎn)指示燈X007放松操作按鈕X026自動(dòng)啟動(dòng)按鈕X010下降操作按鈕X027停止按鈕X011右移操作按鈕（5）根據(jù)圖3.3所示控制過(guò)程畫(huà)出PLC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3.5所示。圖3.5 機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（6）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖畫(huà)出梯形圖如圖3.6所示，指令表如表3.3所示。圖7.6 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)梯形圖表3.3 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)指令表步序指令步序指令步序指令0LD X00435SET S1073STL S221AND X00237STL S1074O

37、UT Y0022ANI Y00138RST Y00175LD X0023OUT Y00539RST Y00076SET S234OUT M804440OUT Y00278STL S236LD M800041LD X00279OUT Y0037IST X020 S20 S2742SET S1180LD X00314STL S044STL S1181SET S2415LD X01245RST Y00383STL S2416SET Y00146OUT Y00484OUT Y00017LD X00747LD X00485LD X00118RST Y00148SET S1286SET S2519LD X

38、00550STL S1288STL S2520ANI Y00051SET M804389RST Y00121OUT Y00253RST S1290OUT T1 K1022LD X01055STL S293LD T123ANI Y00256LD M804194SET S2624OUT Y00057AND M804496STL S2625LD X00658SET S2097OUT Y00226AND X00260STL S2098LD X00227ANI Y00361OUT Y00099SET S2728OUT Y00462LD X001101STL S2729LD X01163SET S2110

39、2OUT Y00430AND X00265STL S21103LD X00431ANI Y00466SET Y001104OUT S232OUT Y00367OUT T0 K10106RET33STL S170LD T0107END34LD X02571SET S22注：定時(shí)器T指令占用步數(shù)3步，狀態(tài)SET指令占用步數(shù)2步。4.4機(jī)械手與PLC的I/0（輸入/輸出端口）接線圖如圖7.7所示。圖7.7 機(jī)械手與PLC輸入/輸出端子接線圖4.5使用編程軟件包（FXGP/WINC）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控在程序編寫(xiě)完畢后，按設(shè)計(jì)要求調(diào)試電路。三菱編程軟件FXGP/WINC具有監(jiān)控功能，用戶可以實(shí)時(shí)觀察觸

40、點(diǎn)、線圈、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器等元件的狀態(tài)來(lái)確定程序是否與設(shè)計(jì)一樣。選擇監(jiān)控/測(cè)試下拉菜單，如圖7.8所示。 圖7.8 監(jiān)控/測(cè)試對(duì)話框（1）開(kāi)始監(jiān)控選擇開(kāi)始監(jiān)控，在PLC運(yùn)行時(shí)通過(guò)梯形圖程序顯示各位元件的動(dòng)作情況?？梢詫?shí)時(shí)觀察到元件的運(yùn)行情況。屏幕上便會(huì)顯示出各個(gè)觸點(diǎn)、線圈等元件的狀態(tài)畫(huà)面，其中綠色表示該元件處于接通狀態(tài)，如圖7. 9所示。圖7.9 PLC運(yùn)行監(jiān)控示意圖（2）元件監(jiān)控選擇進(jìn)入元件監(jiān)控后輸入要監(jiān)控的元件，在PLC的運(yùn)行過(guò)程中能觀察到指定的元件的動(dòng)作情況。（3）強(qiáng)制Y輸出在程序運(yùn)行后，需強(qiáng)制某個(gè)輸出端口（Y）輸出ON或輸出OFF狀態(tài)時(shí)，可使用強(qiáng)制Y輸出。點(diǎn)擊強(qiáng)制Y輸出，彈出對(duì)話框，如圖

41、7.10所示。設(shè)置元件與ON/OFF狀態(tài)后，點(diǎn)擊確認(rèn)，即可完成特定的輸出。圖7.10 強(qiáng)制Y輸出對(duì)話框圖7.11 強(qiáng)制ON/OFF對(duì)話框（4）強(qiáng)制ON/OFF強(qiáng)行設(shè)置或重新設(shè)置PLC的位元件狀態(tài)。操作方法是進(jìn)入強(qiáng)制ON/OFF菜單命令，顯示強(qiáng)制設(shè)置，重置對(duì)話框。如圖7.11所示。設(shè)置完畢后單擊確認(rèn)，使特定的元件得到設(shè)置或重置。（5）改變當(dāng)前值 在調(diào)試中有時(shí)需改變字元件的當(dāng)前值，如定時(shí)器、計(jì)算器的當(dāng)前值與存儲(chǔ)單元的當(dāng)前值等。具體操作也是從監(jiān)控測(cè)試菜單中進(jìn)入，選擇改變當(dāng)前值并在彈出的對(duì)話框中設(shè)置元件與數(shù)值后點(diǎn)擊“確定”即可。4.6 擺動(dòng)機(jī)械手的控制擺動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖7.12所示，由8步組成：從原點(diǎn)伸出夾緊（P壓力繼電器）縮回左擺伸出放松（P壓力繼電器）縮回右擺到原點(diǎn)結(jié)束一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。由于動(dòng)作過(guò)程與機(jī)械手相似，可參考機(jī)械手的可編程控制方法。圖7.12擺動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程圖4.7全系統(tǒng)PLC控制程序1系統(tǒng)PLC接口說(shuō)明輸入X端口作用說(shuō)明端口作用說(shuō)明端口作用說(shuō)明X0啟動(dòng)/停止開(kāi)關(guān)00X10主后退到位X20X1急停開(kāi)關(guān)01X11主