plc機(jī)械手設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、前言可編程控制器（Programmable logic controller），建成PLC，它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來，國(guó)內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除有許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備，自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)內(nèi)的機(jī)床設(shè)備已越來越多采用PLC控制系統(tǒng)采用控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)??；價(jià)格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于在現(xiàn)場(chǎng)變更程序；便于使用、維護(hù)、維修；能直接推動(dòng)電磁閥，接

2、觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央執(zhí)行機(jī)構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳播數(shù)據(jù)等。本課題在對(duì)一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)和液壓缸組成的工業(yè)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將PLC應(yīng)用于其控制系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)該機(jī)械手的工作特點(diǎn)，采用步進(jìn)順序控制方式，使程序簡(jiǎn)化，便于調(diào)試。將PC與PLC組成分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，工作人員在上位機(jī)上編程、監(jiān)督設(shè)備運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行修改、調(diào)整，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。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)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加

3、上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(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。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、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)生成所必須面臨的重大問題。它集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計(jì)就PLC在機(jī)械手控制上的應(yīng)用作了詳細(xì)闡述.目錄第一章 緒論第二章PLC的簡(jiǎn)介和工作原理2.1 可編程控制器的介紹 2.2 PLC 的構(gòu)成 2

4、.3 PLC 的外部設(shè)備 2.4 PLC的用途 2.5 PLC的特點(diǎn) 2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 2.7 PLC的工作原理 2.8 PLC的優(yōu)點(diǎn)第三章基于PLC的機(jī)械手的介紹 3.1機(jī)械手的簡(jiǎn)介3.2 機(jī)械手的組成概述3.3 機(jī)械手的分類第四章基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及應(yīng)用 4.1設(shè)計(jì)思路4.2課題方案4.3實(shí)驗(yàn)任務(wù)第五章 課程設(shè)計(jì)小節(jié)章參考文獻(xiàn)第一章 緒論 可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱PC）。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置

5、，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布了對(duì)PLC的規(guī)定：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)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流PLC程

6、序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。本次我的課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容是基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)，利用PLC改編機(jī)械手的控制回路。第二章 PLC的簡(jiǎn)介和工作原理21 可編程控制器的介紹2.1.1 可編程控制器的定義國(guó)際電工委員在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中,對(duì)PLC作了如下定義:“可序控制器編程序控制器是一種數(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).它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通

7、過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì).”2.1.2 PLC研究目的及實(shí)際中的應(yīng)用場(chǎng)合因?yàn)镻LC已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的電氣控制裝置中. 所以了解PLC的工作原理、具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)PLC控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。2.1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)在70年代末和80

8、年代初,我國(guó)隨國(guó)外成套設(shè)備,專用設(shè)備,引進(jìn)了不少國(guó)外的PLC.在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中PLC的應(yīng)用逐年增加,取得良好效果,PLC在我國(guó)的應(yīng)用越來越廣泛.作為目前國(guó)內(nèi)控制市場(chǎng)上的主流控制器，PLC市場(chǎng)的國(guó)內(nèi)參與者卻需要尷尬地面對(duì)這樣一個(gè)局面，即在高達(dá)31億的PLC市場(chǎng)總需求中，國(guó)產(chǎn)PLC不到整個(gè)市場(chǎng)份額1。2.2 PLC 的構(gòu)成一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無任哪種結(jié)構(gòu)

9、類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下： 接受 驅(qū)動(dòng)接口部件輸出輸入接口部件 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 受控元件中央處理單元CPU板 電 源 部 件2.2.1 CPU的構(gòu)成PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路

10、， 與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。2.2.2 I/O模塊：PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受

11、最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。2.2.3 電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。2.2.4底板或機(jī)架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。2.3 PLC 的外

12、部設(shè)備 外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類1. 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。3. 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 2.4 PLC的用途PLC是一種專門為

13、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，用來在其內(nèi)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)過程。PLC及其有關(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)。2.5 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，內(nèi)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平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障

14、工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說，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，電氣接線及開關(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)可及時(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以外的電路及設(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P

15、LC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)及人機(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，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(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)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(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

16、了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。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)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.6 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)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)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （1）開關(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

17、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)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(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)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及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)配置來說，早期直接用于開關(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

18、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）過程控制過程控制是指對(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

19、序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。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≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及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。2.7 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作

20、的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)(或地址號(hào))作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期有輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描的方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃

21、描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。2.8 PLC的優(yōu)點(diǎn)PLC的優(yōu)點(diǎn)1、靈活性：不同類型的硬件設(shè)備采用相同的可編程序控制器，編寫不同應(yīng)用軟件就可以了，并且可以用一臺(tái)可編程控制器控制幾臺(tái)操作方式完全不同的設(shè)備。2、便于改進(jìn)與修正：可編程序控制器為改進(jìn)和修訂原設(shè)計(jì)提供了極其方便的手段，以前也許要花費(fèi)幾周的時(shí)間才能完成的工作使用可編程序控制器只要幾分鐘就可以了。3

22、、節(jié)點(diǎn)利用率高：在可編程序控制器中，一個(gè)輸入中的開關(guān)量或程序中的一個(gè)“線圈”可提供用戶所需用的連鎖節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)在程序中可不受限制的使用。4、成本低：可編程序控制器提供的繼電器節(jié)點(diǎn)、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、順控器的數(shù)量比采用繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、順控器等實(shí)際元器件要便宜的多5、模擬調(diào)試：可編程序控制能對(duì)所空功能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，而古典電器線路是無法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試的，只能花費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)大量時(shí)間。6、能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行微觀調(diào)試：在可編程序控制器系統(tǒng)中，操作人員過顯示器觀測(cè)到所控每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，隨時(shí)監(jiān)測(cè)事故發(fā)生點(diǎn)。7、快速動(dòng)作：傳統(tǒng)繼電器節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間一般要幾百毫秒，而可編程序控制器里的節(jié)

23、點(diǎn)反應(yīng)很快，內(nèi)部是微秒級(jí)的。8、可靠性：可編程序控制器由集成電路元件構(gòu)成，因此可靠性大大高于機(jī)械和電器繼電器。9、系統(tǒng)購置的簡(jiǎn)單化：可編程序控制器是一個(gè)完整的系統(tǒng)，購置了一臺(tái)可編程序控制器，就相當(dāng)于購買了系統(tǒng)所需要的所有繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器等器件。10、圖紙簡(jiǎn)化：傳統(tǒng)控制電路要靠畫藍(lán)圖，而藍(lán)圖不能隨哦設(shè)計(jì)的不同階段不斷更新的，采用可編程序控制器很容易做到隨時(shí)打印出更新后的電路圖。11、易于系統(tǒng)的變化：可編程序控制器可以重新編程序，所以可以滿足所控生產(chǎn)流程頻繁變化的要求。第三章 基于PLC的機(jī)械手的介紹3.1 機(jī)械手的簡(jiǎn)介mechanical hand，也被稱為自動(dòng)手，auto hand能模仿

24、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，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。3.2 機(jī)械手的組成概述機(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。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(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

25、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。3.3 機(jī)械手的分類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)

26、展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之第四章 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn) 機(jī)械手的PLC的自動(dòng)控制一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握機(jī)械手步進(jìn)控制程序設(shè)計(jì)2. 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)順控指令的理解和應(yīng)用二實(shí)驗(yàn)器材1. FX2N-48MR型的PLC主機(jī) 1 臺(tái)2. 機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置演示板 1 臺(tái)3.

27、微型計(jì)算機(jī) 1 臺(tái)4. 編程電纜 1根5. 連接導(dǎo)線 若干三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即步驟1機(jī)械手的工作示意圖如下圖1所示 開始時(shí)機(jī)械手處于原始位置上限位燈Y6亮，左限位燈Y8燈亮（原點(diǎn)），Y1燈滅(放松)，按下起動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手的順序動(dòng)作為： 械手下降，Y0燈亮，到下限位后(壓下下限開關(guān)SQl，Y5燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手夾緊(夾緊燈Y1亮)，延時(shí)了T后，轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手上升，Y2燈亮，到上限位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手右行，Y3燈亮，到右限位后(壓下右限開關(guān)SQ3，Y7燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 若無工件檢測(cè)，機(jī)械手下降，Y0燈亮，下降到位后(壓下下限開關(guān)SQ1，燈Y5亮)轉(zhuǎn)入第步

28、。 機(jī)械手放松(Y1燈滅) 延時(shí)T后，轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手上升，上升到位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手左移，左移到到位后(壓下SQ4，Y8燈亮)回到原點(diǎn)，整個(gè)循環(huán)過程結(jié)束 3實(shí)驗(yàn)步驟輸入程序并檢查。按I0地址分配接線。按設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)程序正確否二、設(shè)計(jì)思路： (1)機(jī)械手將一個(gè)工件由A處傳送到B處。其中上升,下降和左移,右移的執(zhí)行分別用雙線圈二位電磁閥推動(dòng)汽缸的完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥通電,就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作。例如,一旦下降的電磁閥線圈通電,機(jī)械手下降,即使線圈在斷電,仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài),直到相反方向的線圈通電為止。另外夾緊,放松由單線圈二位電磁閥推動(dòng)汽缸完成,線圈通電

29、執(zhí)行加緊動(dòng)作,線圈斷電執(zhí)行放松動(dòng)作。設(shè)備裝有上下左右限位開關(guān)。 (2)工作過程其動(dòng)作過程如下：原位，下降,夾緊,上升，右移,下降,放松,上升,移動(dòng)，原位。 (3)實(shí)踐任務(wù)與要求：A 根據(jù)設(shè)備工藝要求，制定合理的改造方案；B 確定輸入、輸出設(shè)備，正確選用PLC；C PLC IO 點(diǎn)分配，并繪制IO 接線圖以及其他外部硬件圖；D 制系統(tǒng)功能表 E 設(shè)計(jì)梯形圖并模擬調(diào)試；F 確計(jì)算選擇電器元件，列出電器元件一覽表。三、課題方案 3.1 機(jī)械手動(dòng)作原理及示意圖 機(jī)械手動(dòng)作示意圖如圖1所示。其全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升下降和左移右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制。下降電磁閥通

30、電時(shí)，機(jī)械手下降；下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升；上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手上升停止。同樣，左移右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松夾緊由一個(gè)單線圈(稱為夾緊電磁閥)控制。該線圈通電，機(jī)械手夾緊；該線圈斷電，機(jī)械手放松。 圖1機(jī)械手動(dòng)作示意圖當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為確保安全，必須在右工作臺(tái)上無工作時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，若上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走時(shí)，機(jī)械手自動(dòng)停止下降。2.2 機(jī)械手動(dòng)作過程 機(jī)械手的動(dòng)作過程如圖2所示。從原點(diǎn)開始按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，下降電磁閥通電，機(jī)械手開始下降。下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電

31、，下降停止；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，夾緊后，上升電磁閥開始通電，機(jī)械手上升；上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移，右移到位時(shí)，碰到右移極限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。此時(shí)，右工作臺(tái)上無工作，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥接通，機(jī)械手下降。下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)下降電磁閥斷電，下降停止；同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到極限時(shí)碰到極限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移；左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左極限開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動(dòng)作完成一個(gè)循環(huán)。 圖2

32、機(jī)械手動(dòng)作過程2.3 機(jī)械手操作方式 機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。 手動(dòng)操作：就是用按鈕操作，對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制。例如：當(dāng)選擇上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械上升；按下停止按鈕，機(jī)械手下降。當(dāng)選擇左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移；按下停止按鈕，機(jī)械手右移。當(dāng)選擇夾緊放松運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松。 單步操作：每按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手動(dòng)作停止。重新

33、啟動(dòng)時(shí)需用手動(dòng)操作方式將機(jī)械手移回到原點(diǎn)，然后按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又開始重新單周期操作。 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手將自動(dòng)地、連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機(jī)械手停止工作。重新啟動(dòng)時(shí)，必須用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回到原點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手又開始重新連續(xù)工作。在工作中若按下復(fù)位按鈕，則機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn) 機(jī)械手的PLC的自動(dòng)控制一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握機(jī)械手步進(jìn)控制程序設(shè)計(jì)2. 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)順控指令的理解和應(yīng)用二實(shí)驗(yàn)器材1. FX2N-48MR型的PLC主機(jī) 1 臺(tái)2. 機(jī)械手實(shí)驗(yàn)裝置演示板 1 臺(tái)3.

34、 微型計(jì)算機(jī) 1 臺(tái)4. 編程電纜 1根5. 連接導(dǎo)線 若干三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即步驟1機(jī)械手的工作示意圖如下圖1所示 開始時(shí)機(jī)械手處于原始位置上限位燈Y6亮，左限位燈Y8燈亮（原點(diǎn)），Y1燈滅(放松)，按下起動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手的順序動(dòng)作為： 械手下降，Y0燈亮，到下限位后(壓下下限開關(guān)SQl，Y5燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手夾緊(夾緊燈Y1亮)，延時(shí)了T后，轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手上升，Y2燈亮，到上限位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手右行，Y3燈亮，到右限位后(壓下右限開關(guān)SQ3，Y7燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 若無工件檢測(cè)，機(jī)械手下降，Y0燈亮，下降到位后(壓下下限開關(guān)SQ1，燈Y5亮)轉(zhuǎn)入第

35、步。 機(jī)械手放松(Y1燈滅) 延時(shí)T后，轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手上升，上升到位后(壓下上限開關(guān)SQ2，Y6燈亮)轉(zhuǎn)入第步。 機(jī)械手左移，左移到到位后(壓下SQ4，Y8燈亮)回到原點(diǎn)，整個(gè)循環(huán)過程結(jié)束 3實(shí)驗(yàn)步驟輸入程序并檢查。按I0地址分配接線。按設(shè)計(jì)要求檢驗(yàn)程序正確否 1、機(jī)械手傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖3所示。 圖3 機(jī)械手傳送示意及操作面板圖2、輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖表1 機(jī)械手傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸入名 稱代號(hào)輸出啟動(dòng)SB1X0夾緊SB5X10機(jī)械手下降KM0Y0下限行程SQ1X1放松SB6X11機(jī)械手夾緊KM 1Y1上限行程SQ2X2單步上升SB7X12

36、機(jī)械手上升KM 2Y2右限行程SQ3X3單步下降SB8X13機(jī)械手右行KM 3Y3左限行程SQ4X4單步左移SB9X14機(jī)械手左行KM 4Y4停止SB2X5單步右移SB10X15原點(diǎn)指示ELY9手動(dòng)操作SB3X6回原點(diǎn)SB11X16自動(dòng)操作SB4X7工件檢測(cè)SQ5X17 主電路與電源電路PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V、12V、24V等直流。小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供24V直流電源。PLC的外部接線圖3、操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖4所示。 圖4 機(jī)械手操作系統(tǒng)程序其原理是

37、：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y9驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（CJ為跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處），執(zhí)行手動(dòng)程序。當(dāng)執(zhí)行CJ指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。4、回原點(diǎn)程序回原點(diǎn)程序如圖5所示。用S10S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。圖5 回原位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5、手動(dòng)單步操作程序如圖6所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。 圖6 手動(dòng)單步操作程序6、自動(dòng)操作程

38、序 自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖7所示。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)5秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動(dòng)Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)5秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易