機(jī)械手控制電路畢業(yè)設(shè)計(jì)---機(jī)械手控制電路設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械手控制電路設(shè)計(jì)20摘要隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定方式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式、不但占用空間而且不容易變更生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加了生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。因此減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生產(chǎn)所必須面臨的重大的問(wèn)題。本文在縱觀了近年來(lái)機(jī)械手發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手方面的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了用電磁閥和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。采用整體化的設(shè)計(jì)思想，充分考慮了軟、硬件各

2、自的特點(diǎn)并進(jìn)行互補(bǔ)優(yōu)化。對(duì)物料分揀機(jī)械手的整體結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。在其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制系統(tǒng)中選擇PLC的控制單元來(lái)完成系統(tǒng)功能的初始化、機(jī)械手的移動(dòng)、故障報(bào)警等功能。最后提出了一種簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、理論意義明確的控制策略關(guān)鍵詞：機(jī)械手，PLC,控制電路第一章緒論在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量

3、的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器手的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。它能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門1.1本課題的設(shè)計(jì)的目的和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，很多行業(yè)技術(shù)水平不但提高微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)就是其中最快的技術(shù)之一，機(jī)械手在早期的應(yīng)用時(shí)在汽車制造方面，進(jìn)行一般的焊接、噴漆、搬運(yùn)物料等。但是面臨一些人工無(wú)法完成的工作，機(jī)械手成為了人的代替品，因此，隨著人

4、把機(jī)械手運(yùn)用到更加惡劣的環(huán)境中，他可以有效的代替人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高溫等惡劣環(huán)境中工作；替代人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前機(jī)械手主要用于制造業(yè)中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)機(jī)械手的安全性，可靠性、準(zhǔn)確性的要求越來(lái)越高，以繼電器組成的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制的方法已經(jīng)不能滿足人們的需要?？删幊炭刂破饕?yàn)榉€(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大和使用方便，已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的裝置，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。機(jī)械手控制要求接入設(shè)備使用簡(jiǎn)單，系統(tǒng)編程過(guò)程簡(jiǎn)單，具有人性化，PLC控制機(jī)械手改善了機(jī)械手的靈活性。因此PLC控制機(jī)械手得到廣泛應(yīng)用1.

5、2本課題的基本要求本課題將要完成的主要任務(wù)如下：1.用西門子PLC技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)械手控制電路，模擬機(jī)械手工作過(guò)程如圖1-1,使每次循環(huán)動(dòng)作均從原位開始。(1) 在傳輸帶A端部，如圖2-2安裝了光電開關(guān)PS，用以檢測(cè)物品的到來(lái)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品時(shí)為ON狀態(tài)。(2) 機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè)到物品后，傳送帶A停。(3) 傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))上。(4) 機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)再起動(dòng)傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。(5) 按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。(6)

6、機(jī)械手的上升下降和左移右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。(7) 抓緊放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置完成，線圈通電時(shí)執(zhí)行抓緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。(8) 械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限開關(guān)控制。(9) 抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放松動(dòng)作為時(shí)間控制(設(shè)為4s)。(10) 合理選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，及控制電路電壓，傳感器類型以及機(jī)械手的自由度。2編制程序，列出資源分布表，畫出梯形圖。圖2-2機(jī)械手運(yùn)動(dòng)情況傳送帶A；光電開關(guān)傳送帶B圖2-2機(jī)械手示意圖第二章機(jī)械手與PLC的基本概述2.1機(jī)械手的概述2.1.1機(jī)

7、械手的產(chǎn)生它是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人

8、進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。2.1.2機(jī)械手的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根

9、據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手有以下九點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1）節(jié)約人工：用機(jī)械手取出產(chǎn)品，可節(jié)省人工，如配合輸送帶同時(shí)使用，則一名操作工人可以輕松的操作2-3臺(tái)注塑機(jī)。2）安全性高：用人工取產(chǎn)品或水口有夾傷手的危險(xiǎn)

10、，使用機(jī)械手則可確保安全生產(chǎn)。3）提高效率：以注塑周期30秒計(jì)算，用人工取出一天約為2800模，如使用機(jī)械手可將周期縮短到27秒，則用機(jī)械手取出一天約3200模，可提高400模左右。4）適用范圍：適用于塑料成形產(chǎn)品（如：玩具類、手機(jī)外殼、瓶胚、汽車零件、導(dǎo)光板、鐘表齒輸?shù)龋?）提升品質(zhì)：如產(chǎn)品為自動(dòng)脫模，頂針延時(shí)肯定會(huì)影響生產(chǎn)效率，且產(chǎn)品自動(dòng)脫落會(huì)造成碰傷，沾到油污而造成不必要的不良品。如用機(jī)械手取出，鎖模時(shí)間固定，模溫正常，可降低產(chǎn)品不良率。6）防止模具損壞：人工如未能成功取出產(chǎn)品或水口，合模會(huì)造成模具損壞，機(jī)械手臂如未能成功取出產(chǎn)品或水口或其中一件，會(huì)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。7）擺脫人工操作的惰性

11、：無(wú)論白班還是夜班操作工人長(zhǎng)時(shí)間的工作都會(huì)產(chǎn)生一種惰性和疲勞感，取出時(shí)會(huì)延長(zhǎng)開關(guān)模時(shí)間。而機(jī)械手則可擺脫人工操作的惰性和疲勞感。8）回報(bào)快：A：以產(chǎn)品之注塑周期為20秒計(jì)算，每班應(yīng)生產(chǎn)2160模，但一般生產(chǎn)資料顯示，很難生產(chǎn)到2000模，尤其夜班更難達(dá)到1900模，用機(jī)械手生產(chǎn)每班可生產(chǎn)2100模，平均每天可多生產(chǎn)500模，假設(shè)每模0.3元計(jì)算則每臺(tái)機(jī)可增值150元/天，每月增值4000元左右。B：使用機(jī)械手和輸送帶每一名操作工人可以操作2-3臺(tái)注塑機(jī)，則可省去人工1-2人，按每人1500元/月計(jì)算，則此項(xiàng)又可節(jié)省1500元-3000元/月。A+B則每臺(tái)機(jī)械手每月可增收5500-7000元。提

12、高竟?fàn)幜Γ菏褂脵C(jī)械手，提升企業(yè)形象，品質(zhì)得到保證，更可精確的計(jì)算產(chǎn)量。無(wú)形之中在很大程度上提高了企業(yè)的竟?fàn)巸?yōu)勢(shì)2.2PLC的概述2.2.1PLC的定義及簡(jiǎn)介可編程控制器(ProgrammableController)是在硬接線邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)控制器。其早期稱為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicCotroller)，簡(jiǎn)稱PLCi。世界上第一臺(tái)可編程控制器是1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)為美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線而研制的，主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能不斷增強(qiáng)，從最初的邏輯運(yùn)算發(fā)展到能實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、

13、智能控制及網(wǎng)絡(luò)通訊等的多功能控制器，因此普遍改稱為可編程控制器。但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC相混淆，所以仍簡(jiǎn)稱為PLC1987年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC1131-1)對(duì)PLC的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！盤LC具有通用靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、易于編程、使用方便、安裝簡(jiǎn)單、便于維修、體積小等特點(diǎn)

14、，它的采用，大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。2.2.2PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，其構(gòu)成基本與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖2-1所示。由中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM,ROM)、輸入/輸出部件(I/O接口)、編程工具和外圍設(shè)備等組成。如圖2-2所示1中央處理單元CPU是PLC系統(tǒng)的核心它按生產(chǎn)廠家預(yù)先編好的系統(tǒng)程序（操作系統(tǒng)）指定的功能，接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù):診斷電源、PLC內(nèi)部各電路的狀態(tài)和用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入vo映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋器后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏

15、輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入vo映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存區(qū)內(nèi)。在所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將vo映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，實(shí)現(xiàn)輸出控制、打印或數(shù)據(jù)通訊等外部功能。開關(guān)afssa繼電器匙點(diǎn)一、行程開關(guān)一7mtA出一SR明S入輸出M據(jù)存慵中央Ifelg單元輸入SI口圖2-2PLC結(jié)構(gòu)示意圖控制總錢2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分PLC中常用的存儲(chǔ)器類型有：(1) 讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM)讀寫方便，存取速度快，但需后備電池支持。(2) 紫外線可擦除的只讀存儲(chǔ)器(EPROM)斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。一般用以存放

16、系統(tǒng)程序以及需永久保持的用戶程序。(3) 電可擦除的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)兼有RAM和EPROM的優(yōu)點(diǎn)，不足之處主要有兩點(diǎn):必須先擦除該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容后才能寫入:執(zhí)行讀/寫操作的次數(shù)有限，約10000次。(4) 按塊擦除存儲(chǔ)器(FLASHMemory)在功能上類似于EEPROM不同之處在于:它是按塊擦除的，其優(yōu)點(diǎn)是讀出的速度高，集成度高。一般常用EPROM等存儲(chǔ)芯片固化系統(tǒng)程序，用戶不能夠直接讀取。用戶程序或數(shù)據(jù)通常存放在RAM,EEPROM或FLASHMemory中，便于維修。3輸入/輸出部件(1) 基本I/O接口。I/O是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與CPU之間傳輸信息的接口。輸入部件是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)

17、進(jìn)入PLC的橋梁。該部件接收來(lái)自主令元件、檢測(cè)元件的信號(hào)，主令元件是指操作臺(tái)(屏)上的功能鍵，如啟動(dòng)、停止等按鍵。檢測(cè)元件有行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等。輸入有兩種方式，一種是數(shù)字輸入(也稱開關(guān)量的輸入或接點(diǎn)輸入)，另一種是模擬量的輸入(也稱電平輸入)，模擬量的輸入要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入PLC。為了提高PLC的抗干擾能力，輸入部件的內(nèi)部有光電禍合、濾波等電路。輸出部件是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，如電磁閥、微電機(jī)、接觸器、指示燈等。輸出的形式通常有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出等。(2) 特殊功能模塊為了滿足復(fù)雜控制功需要，PLC配有多種智能模塊，如PID調(diào)節(jié)模塊、

18、通訊模塊、步進(jìn)模塊以及伺服模塊等。2.2.3PLC的特點(diǎn)1豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等，直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。2. 高可靠性所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離;各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms;各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干

19、擾;采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選;良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大;大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。3. 采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC以外絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC的各個(gè)部件，包括CPU電源、I/O接口等均采用模塊化設(shè)計(jì)。由字串1機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4. 編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)因此很

20、容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5. 安裝簡(jiǎn)單維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下，直接運(yùn)行使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行2.2.4PLC的功能1.邏輯控制2.定時(shí)控制3.計(jì)數(shù)控制4.步進(jìn)（順序）控制5. 數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力6. 其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊,CRT模塊。第三章機(jī)械手控制電路的總體設(shè)計(jì)方案3.1PLC控制系統(tǒng)

21、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1. PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下內(nèi)容。2. 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。3. PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件。正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，包括機(jī)型、容量的選擇以及I/O模塊、電源模塊等的選擇。4. 分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。5. 控制程序設(shè)計(jì)。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語(yǔ)句表（即程序清單）等設(shè)計(jì)。6. 控制程序是

22、控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)的控制程序必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止2。7. 必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）。編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說(shuō)明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中應(yīng)增加PLC的I/O連接圖。另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖（梯形圖），通常稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分析和排除故障。3.2

23、PLC程序設(shè)計(jì)的步驟與內(nèi)容1. 對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，也可省去這一補(bǔ)。2. 設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。3. 根據(jù)梯形圖編制程序清單。4用計(jì)算機(jī)或編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。5.對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為。3.3PLC機(jī)型的選擇合理選擇PLC的型號(hào)，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要作用。選擇機(jī)型的基本原則是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維護(hù)使用方便以及最佳

24、功能價(jià)格比。3.3.1結(jié)構(gòu)選擇PLC主要有整體式和模塊式。整體式PLC：整體式PLC的每一個(gè)點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)小，一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的小型控制系統(tǒng)中。模塊式PLC：模塊式PLC功能擴(kuò)展靈活方便。在點(diǎn)數(shù)上，輸入點(diǎn)數(shù)，輸出點(diǎn)數(shù)的比例，模塊的種類方面選擇余地大，且維修方便，一般用于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。對(duì)于組合機(jī)床，選用整體式PLC較好。3.3.2I/O點(diǎn)選取原則PLC平均的I/O點(diǎn)價(jià)格比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的I/O點(diǎn)最少，但必須留有一定余量。通常I/O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控制對(duì)象的輸入輸出信號(hào)的實(shí)際需

25、要，再加上10%-20%的余量來(lái)確定。由PLC組成的四工位組合機(jī)床控制系統(tǒng)有輸入信號(hào)42個(gè)，均為開關(guān)量。其中檢測(cè)元件17個(gè)，按鈕開關(guān)24個(gè)，選擇開關(guān)1個(gè)。電控制系統(tǒng)有輸出信號(hào)27個(gè)，其中電磁閥16個(gè)，六臺(tái)電動(dòng)機(jī)的接觸器和5個(gè)指示燈。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的選取原則考慮10%-20%的I/O點(diǎn)數(shù)余量輸入點(diǎn)數(shù)可選取46-50個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)可選取29-33個(gè)。3.3.3確定PLC機(jī)型及擴(kuò)展模塊根據(jù)332,333及實(shí)際PLC機(jī)型點(diǎn)數(shù)，選用FX2N-64MR主機(jī)和一個(gè)16點(diǎn)的輸入擴(kuò)展模塊(FX-16EX)這樣共有輸入點(diǎn)(32+16)。輸出點(diǎn)就是主機(jī)的32。足夠可以滿足42個(gè)輸入，27個(gè)輸出的要求，而且留有一定余量。

26、334使用環(huán)境條件在選擇PLC時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件有：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源允許波動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。綜上所述可編程控制器的種類繁多，型號(hào)各異，要選擇出合適本設(shè)計(jì)的PLC產(chǎn)品就要通過(guò)對(duì)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇、對(duì)響應(yīng)時(shí)間的選擇以及負(fù)載情況等進(jìn)行分析。3.4傳感器的選擇根據(jù)本課題的需要，當(dāng)有物料經(jīng)過(guò)傳送帶時(shí)要將這一信息反映給機(jī)械手，因此我選用的傳感器是槽式光電開關(guān)如圖3-1，槽式光電開關(guān)通常是標(biāo)準(zhǔn)的凹字形結(jié)構(gòu)，其光電發(fā)射管和接收管分別位于凹形槽德兩邊，并形成一光軸。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)凹形槽并阻斷光軸時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了檢測(cè)到的開關(guān)信號(hào)。

27、槽式光電開關(guān)安全可靠，適合檢測(cè)高速變化的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)所，分辨透明與半透明物體。光電開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有NPN型和PNP型兩種。一般光電開關(guān)的工作電流約520nlA,工作電壓應(yīng)低于30V，輸出驅(qū)動(dòng)電流則根據(jù)型號(hào)的不同而有很大的差別，大的幾百毫安，小的只有幾毫安。圖3-l光電開關(guān)3.5電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)所使用的伺服電機(jī)主要用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械手基座轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)（可正反旋轉(zhuǎn)角度180，在旋轉(zhuǎn)時(shí)用光電傳感器定位），有快有慢，有進(jìn)有退，還要具有高效率、噪聲低、振動(dòng)小、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。所以選擇松下伺服電機(jī)A系列小慣量MSMA5AZAIG，其額定輸出500W、100/200V共用，旋轉(zhuǎn)編碼器規(guī)格為增量式（脈沖數(shù)

28、2500p/r、分辨率10000/r、引出線11）；有油封，無(wú)制動(dòng)器，軸采用鍵槽連接。該電機(jī)才用松下公司獨(dú)特算法，使速度頻率響應(yīng)提高2倍，達(dá)到500HZ；定位超調(diào)整時(shí)間縮短為以往松下伺服電機(jī)產(chǎn)品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能，可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足，從而實(shí)現(xiàn)高速定位，也可以通過(guò)外接高精度的光柵尺，構(gòu)成全封閉控制，進(jìn)一步挺高系統(tǒng)精度。具有常規(guī)自動(dòng)增益調(diào)整和實(shí)時(shí)自動(dòng)增益調(diào)整兩種自動(dòng)增益調(diào)整方式，還配有RS-485、RS-323C通信口，使上位控制器可同時(shí)控制多達(dá)16個(gè)軸。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為A系列MSDA5A3A1A,適用于小慣量電機(jī)。這種電機(jī)可以滿足本設(shè)計(jì)要求。3.6驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

29、是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分,工業(yè)機(jī)械手的性能價(jià)格比在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)方案及其裝置。根據(jù)動(dòng)力源的不同,機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式共有三種:氣動(dòng)方式,液壓方式,電驅(qū)動(dòng)方式。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和需求精度確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人,利用電驅(qū)動(dòng)和減速機(jī)傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；利用氣壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂上下運(yùn)動(dòng)：考慮到本設(shè)計(jì)中機(jī)器人工作范圍不大,故利用氣壓缸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動(dòng)；末端夾持器采用夾持式手部結(jié)構(gòu),用電磁閥液壓驅(qū)動(dòng)方式夾緊。3.7PLC控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)從機(jī)械手的控制系統(tǒng)來(lái)看,有很多中控制系統(tǒng),而某些控制系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn),這不是自動(dòng)化生產(chǎn)所需要的。單論優(yōu)點(diǎn),可能就是由可編程控制器作為控制系統(tǒng)的機(jī)械手最為突出,這里從以下幾個(gè)方面分析PLC控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)。從控制方式上