MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制

1、設(shè)計(jì)題目：MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制設(shè)計(jì)條件：要求采用西門(mén)子S7226 PLC作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。設(shè)計(jì)任務(wù)：1氣動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型；2利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試；3機(jī)械手站的電氣接線設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)；4PLC的I/O分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)；5完成對(duì)機(jī)械手站的硬件和軟件的安裝、連接、調(diào)試、運(yùn)行；6畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括：1）課題的來(lái)源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明。2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明。3）系統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)。MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制摘 要MPS(modular p

2、roduction system 模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng))是模擬實(shí)際生產(chǎn)加工操作過(guò)程的開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng)，主要是針對(duì)學(xué)生不能經(jīng)常在實(shí)際生產(chǎn)線上進(jìn)行培訓(xùn)而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的縮微模型，可以提供一個(gè)實(shí)際自動(dòng)化制造，加工生產(chǎn)線的模擬教學(xué)環(huán)境，可根據(jù)I/O分配編寫(xiě)程序達(dá)到系統(tǒng)的控制，提高實(shí)際操作的能力，本文涉及的系統(tǒng)為上海英集斯公司生產(chǎn)的MPS模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng),它采用西門(mén)子公司生產(chǎn)的小型可編程序控制器S7-200對(duì)MPS各個(gè)工作站的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本次設(shè)計(jì)是以MPS系統(tǒng)中機(jī)械手站單元為研究，采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的S7-226系列可編程控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)

3、規(guī)律進(jìn)行編程，使用傳感器進(jìn)行位置控制，并使用FluidSIM-P軟件設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)控制和仿真模擬，完成機(jī)械手站的控制任務(wù)。關(guān)鍵詞：MPS；機(jī)械手站單元；PLC；傳感器目 錄1 緒 論11.1 MPS模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.2 MPS的基本組成11.3 MPS的基本功能21.4設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù)32 機(jī)械手站單元的控制硬件42.1 可編程控制器（PLC）42.1.1 PLC的概況及特點(diǎn)42.1.2 PLC結(jié)構(gòu)及基本配置：52.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域72.1.4 S7-200PLC的介紹72.2 傳感器102.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類(lèi)102.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用113 機(jī)械手133.1

4、機(jī)械手的簡(jiǎn)介：133.2MPS系統(tǒng)中機(jī)械手工作站的結(jié)構(gòu)功能143.2.1 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖163.2.2 氣動(dòng)部件的選用173.2.3氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析183.2.4 電器元件的簡(jiǎn)介224 機(jī)械手站單元的PLC設(shè)計(jì)254.1機(jī)械手站單元的控制要求254.2機(jī)械手站單元順序功能流程圖254.3 機(jī)械手站單元的I/O分配表264.4 梯形圖274.5指令表294.6 模擬調(diào)試295 總 結(jié)30參考文獻(xiàn)31致 謝321 緒 論1.1 MPS模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介模塊化加工系統(tǒng)(MPS, Modular Production System)體現(xiàn)了機(jī)電一體化的技術(shù)實(shí)際應(yīng)用。MPS設(shè)備是一套開(kāi)放式的設(shè)備，用

5、戶可根據(jù)身產(chǎn)需要選擇設(shè)備組成單元的數(shù)量、類(lèi)型，最少時(shí)一個(gè)單元亦可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，而由多個(gè)單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的控制特點(diǎn)。在由多個(gè)MPS工作單元組成的系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、電工電子技術(shù)、傳感應(yīng)用技術(shù)、PLC控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)、信息技術(shù)等。利用該系統(tǒng)可以模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過(guò)程，使學(xué)員在一個(gè)非常接近于實(shí)際的教學(xué)設(shè)備環(huán)境，使學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中很自然地就將理論應(yīng)用到了實(shí)際中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，從而縮短了理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離。1.2 MPS的基本組成 多個(gè)單元組成的MPS系統(tǒng)可以較為真

6、實(shí)地模擬出一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)加工流水線的工作過(guò)程。其中，每個(gè)工作單元都可以自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，同時(shí)也都是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置都可以通過(guò)安裝在其上面的傳感器的信號(hào)來(lái)判斷。圖1.1 多單元組成的MPS系統(tǒng)在MPS設(shè)備上應(yīng)用多種類(lèi)型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置、物體的通過(guò)狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質(zhì)、物體的高度等。傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工作實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提之一。在控制方面，MPS設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，用戶可根據(jù)需要原則不同廠家的PLC(例如三菱公司的FX2N系列PLC、西門(mén)子公司的S7-20

7、0系列PLC和S7-300系列PLC)。MPS設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的，但學(xué)員可以根據(jù)自己對(duì)設(shè)備的理解、對(duì)生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫(xiě)一定的生產(chǎn)工藝過(guò)程，然后再通過(guò)編寫(xiě)PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MPS設(shè)備的控制。1.3 MPS的基本功能MPS設(shè)備給學(xué)員提供了一個(gè)開(kāi)放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，雖然各個(gè)組成單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是，設(shè)備的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照什么樣的動(dòng)作順序執(zhí)行、各個(gè)單元之間如何配合、最終使MPS模擬一個(gè)什么樣的生產(chǎn)加工控制過(guò)程、MPS作為一條自動(dòng)生產(chǎn)流水線具有怎么樣的操作運(yùn)行模式等，學(xué)員都可根據(jù)自己的理解，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出PLC控制程序，使MPS設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)最符合實(shí)際的自動(dòng)控

8、制過(guò)程。MPS系統(tǒng)中每個(gè)單元都具有最基本的功能，學(xué)員可在這些基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行流程編排設(shè)計(jì)和發(fā)揮。1）、MPS系統(tǒng)的基本組成單元：上料件檢測(cè)單元操作手單元加工單元安裝單元安裝搬運(yùn)單元立體存儲(chǔ)單元機(jī)械手單元（如圖1.2所示）2）、機(jī)械手站單元功能簡(jiǎn)介：該單元是一個(gè)六個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手，它可以用來(lái)完成抓取動(dòng)作，可以進(jìn)行工件的組裝，產(chǎn)生一個(gè)完整的產(chǎn)品。圖1.2 機(jī)械手單元手臂本體：日本莫托曼HP3、三菱等擴(kuò)展模塊：控制器、變壓器。組成模塊：手臂本體、手臂控制器、氣爪。圖1.3 機(jī)械手單元在MPS中的應(yīng)用1.4設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)條件：要求采用西門(mén)子S7-226PLC作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行

9、元件，設(shè)計(jì)MPS系統(tǒng)機(jī)械手戰(zhàn)單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。2、設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）氣動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型；（2）利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試；（3）機(jī)械手站的電氣接線設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)；（4）PLC的I/O分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)；（5）完成對(duì)機(jī)械手站的硬件和軟件的安裝、連線、調(diào)試、運(yùn)行；3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括：（1）課題的來(lái)源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明；（2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明；（3）系統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)。2 機(jī)械手站單元的控制硬件2.1 可編程控制器（PLC）2.1.1 PLC的概況及特點(diǎn)可編程序控制器（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的一門(mén)先進(jìn)控制技術(shù)，它已成為現(xiàn)

10、代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，其應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。PLC具有可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)、易于與計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)及位控等一系列優(yōu)異性能。1）PLC的分類(lèi)可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置?？删幊绦蚩刂破靼l(fā)展到今天，已經(jīng)有多種形式，而且功能也不盡相同。按不同的原則可有不同的分類(lèi)。a、根據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)（1）整體式（箱體式）整體式PL

11、C的基本組成框圖如圖2.1所示。圖2.1 整體式PLC的基本組成框圖（2）組合式（機(jī)架模塊式）組合式PLC的基本組成框圖如圖2.2所示。圖2.2 組合式PLC的基本組成框圖b、按控制規(guī)模分類(lèi)一般而言，處理的I/O點(diǎn)數(shù)愈多，則控制關(guān)系愈復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量愈加大、PLC指令及其他功能也愈加多、指令執(zhí)行的速度也愈加快。按PLC的I/O點(diǎn)數(shù)可將PLC分為以下三類(lèi)：小型PLC、中型PLC、大型PLC。2)PLC的特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；編程方便；使用方便；維護(hù)方便；設(shè)計(jì)、施工調(diào)試周期短；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。2.1.2 PLC結(jié)構(gòu)及基本配置一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組

12、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。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(lái)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(guò)程中的語(yǔ)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

13、電路，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的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。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。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開(kāi)關(guān)。

14、一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU模塊上還有許多設(shè)定開(kāi)關(guān)，用以對(duì)PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。2）I/O模塊(jPLC的對(duì)外功能，主要是通過(guò)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

15、狀態(tài)。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(kāi)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(lèi)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。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(wèn)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5）PLC的外部設(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(lèi)a、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

16、PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開(kāi)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。b、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(guò)畫(huà)面監(jiān)視數(shù)據(jù)。c、存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤(pán)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(xiě)入器等。d、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。6）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)jPLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)

17、品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有RS-232接口，通過(guò)雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專(zhuān)用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。2.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域最初，PLC主要用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，主要用于開(kāi)關(guān)量控制；用于模擬量控制；用于數(shù)字量控制；用于數(shù)據(jù)采集；用于進(jìn)行監(jiān)控；用于聯(lián)網(wǎng)、通訊。事實(shí)上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化工、輕

18、工、食品、建材等等，幾乎沒(méi)有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過(guò)程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。PLC能有上述幾個(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點(diǎn)決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。2.1.4 S7-200PLC的介紹德國(guó)的西門(mén)子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程控制器是1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3 系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程控制器中，產(chǎn)生了SIMATIC S5 系列，取代了S3系列，之后在二十世紀(jì)末又推出了S7

19、系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。從CPU模塊的功能來(lái)看，SIMATIC S7-200系列小型PLC發(fā)展經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 21X，主機(jī)都可以進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 22X，是在二十一世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具有較強(qiáng)的通訊能力，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可以加擴(kuò)展模塊。SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分

20、組成如圖2.3所示：圖2.3 S7-200 PLC組成框圖1)硬件基本單元、擴(kuò)展單元、特殊功能模塊、相關(guān)設(shè)備2)工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾類(lèi)構(gòu)成。a、 CPU介紹及I/O系統(tǒng)（如表2.1）表2.1 不同種類(lèi)CUP的I/O對(duì)比型號(hào)主機(jī)輸出類(lèi)型主機(jī)輸入點(diǎn)數(shù)(I)主機(jī)輸出點(diǎn)數(shù)(O)可擴(kuò)展模塊數(shù)CPU221DC繼電器64無(wú)CPU222DC繼電器862CPU224DC繼電器14107CPU226DC繼電器24167b、 主機(jī)外形SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)（CPU

21、模塊）的外形如圖2.4所示。圖2.4 CPU結(jié)構(gòu)外形圖c、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4種CPU各有晶體管輸出(直流輸出)和繼電器輸出（交、直流輸出）兩種類(lèi)型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類(lèi)型的型號(hào)如下表2.2：表2.2 各種CPU輸出電壓、電流的對(duì)比CPU類(lèi)型電源電壓輸入電壓輸出電壓輸出電流CPU221DC輸出DC輸入24VDC24VDC24VDC0.75A，晶體管繼電器輸出DC輸入85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC2A，繼電器CPU221CPU221CPU221DC輸出24VDC24VDC24VDC0.75A，晶體管繼電器輸出85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC

22、2A，繼電器d、S7-200之間的PPI通信PPI協(xié)議是專(zhuān)門(mén)為S7-200開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議。S7-200CPU的通信口（Port0、Port1）支持PPI通信協(xié)議，S7-200的一些通信模塊也支持PPI協(xié)議。Micro/WIN與CPU進(jìn)行編輯通信也通過(guò)PPI協(xié)議。S7-200CPU的PPI網(wǎng)絡(luò)通信是建立在RS-485網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)上，因此其連接屬性和需要的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與其它RS-485網(wǎng)絡(luò)一致。S7-200 CPU之間的PPI網(wǎng)絡(luò)通信只需要兩條簡(jiǎn)單的指令，它們是網(wǎng)絡(luò)讀（NETR）和網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)（NETW）指令。在網(wǎng)絡(luò)讀/寫(xiě)通信中，只有主站需要調(diào)用NETR/NETW指令，從站只需編輯處理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（取用

23、或準(zhǔn)備數(shù)據(jù)）。在S7-200系統(tǒng)中，無(wú)論是組成PPI、MPI、還是Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)用到的主要部件都是一樣的。e、擴(kuò)展模塊以及功能模塊(1)功能模塊擴(kuò)展當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制系統(tǒng)，CPU主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊，一般是特殊功能模塊有SM253位置控制模塊，EM241調(diào)制解調(diào)器模塊等。(2)輸入輸出擴(kuò)展S7-200PLC的CPU所提供的本機(jī)I/O點(diǎn)和I/O地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)可以在CPU右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊連接。每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類(lèi)型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。編制方法就是同種類(lèi)型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增，其他類(lèi)型模塊的有無(wú)及所處的

24、位置不影響本類(lèi)型模塊的編號(hào)。最大I/O配置的預(yù)算需考慮映像寄存器數(shù)量及電流提供能力。各CPU能提供的最大5VDC電流如下表。表2.3 各種CPU的最大擴(kuò)展電流的對(duì)比CPU型號(hào)221222224226最大擴(kuò)展電流（mA）03406601000SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富

25、的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用CPU226,CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器

26、。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，如圖2.5所示。圖2.5 CPU226的外形圖2.2 傳感器 2.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類(lèi)人是靠視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)這些感覺(jué)器官來(lái)接受外界信息的，而一臺(tái)光機(jī)電一體化的自動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行中也有大量的信息需要準(zhǔn)確地被“感受”，以使設(shè)備能按照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，自動(dòng)化設(shè)備用于“感受”信息的裝置就是傳感器。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技

27、術(shù)之一。1)傳感器的組成傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路及輔助電源部分組成。a、敏感元件，是傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。b、轉(zhuǎn)換元件，是傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適用于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。c、轉(zhuǎn)換電路，是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量的電路。d、輔助電源，是用于提供傳感器正常工作能源的電源。傳感器的組成如圖2.6所示圖2.6 傳感器的組成2）常用傳感器的分類(lèi)作為實(shí)現(xiàn)傳感功能的基本器件，傳感器的分類(lèi)方法很多，a、按傳感器能量變換關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)按能量變換關(guān)系，傳感器分為發(fā)電

28、型傳感器和參量型傳感器。b、按傳感器輸入量(即被測(cè)參數(shù))進(jìn)行分類(lèi)按輸人量分類(lèi)，傳感器以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。c、按傳感器的輸出量進(jìn)行分類(lèi)按輸出量分類(lèi)，傳感器可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩類(lèi)。模擬式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為模擬量，數(shù)字式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為數(shù)字量。d、按傳感器工作原理進(jìn)行分類(lèi)按傳感器的工作原理為依據(jù)分類(lèi)，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等。2.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用1）電感式接近開(kāi)關(guān)a、電感式接近開(kāi)關(guān)的基本工作原理 電感式傳感器為信號(hào)發(fā)生器，它被用于在加工機(jī)械，機(jī)器人

29、，生產(chǎn)線 以及傳送帶系統(tǒng)中檢測(cè)和功能相關(guān) 的動(dòng)作,并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是以非接觸的方式工作的。當(dāng)有金屬物體接近規(guī)定的感應(yīng)距離時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)電信號(hào)。電感式接近開(kāi)關(guān)就是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。（1）高頻振蕩型電感式接近開(kāi)關(guān)它以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測(cè)元件，利用被測(cè)金屬物體接近電感線圈時(shí)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路將該變化轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。（2）差動(dòng)線圈型電感式接近開(kāi)關(guān)它有兩個(gè)電感線圈，由其中一個(gè)電感線圈作為檢測(cè)線圈，另一個(gè)電感線圈作為比較線圈；由于被測(cè)金屬物體接近檢測(cè)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而引起檢測(cè)線

30、圈中磁通的變化，檢測(cè)線圈的磁通與比較線圈的磁通進(jìn)行比較，然后利用比較后的磁通差，經(jīng)由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路將該磁通差轉(zhuǎn)換成電的開(kāi)關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。b、電感式接近開(kāi)關(guān)的分類(lèi)（1）按工作電源的性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)流型：采用交流電源供電，用于交流控制回路。流型：采用直流流電源供電，用于直流控制回路。（2）按接線方式進(jìn)行分類(lèi)二線制 三線制 四線制 五線制 六線制（3）按觸點(diǎn)的性質(zhì)分類(lèi) 常開(kāi)式 常閉式 常開(kāi)與常閉混合式（4）按輸出邏輯分類(lèi)正邏輯型 負(fù)邏輯型 浮空邏輯型 混合型（5）按外形分類(lèi) 螺紋型 圓柱型 長(zhǎng)方體型 U型等（6）按防護(hù)方式分類(lèi) 防水型 防爆型 耐高溫型 耐高壓型等c、電感式接近開(kāi)關(guān)的

31、圖形符號(hào) 接近開(kāi)關(guān)通用符號(hào)如圖2.7所示，電感式接近開(kāi)關(guān)如圖2.8所示。圖2.8 電感式接近開(kāi)關(guān)圖形符號(hào)圖2.7 接近開(kāi)關(guān)通用符號(hào)d、電感式傳感器的特點(diǎn)無(wú)機(jī)械磨損和撕扯動(dòng)作，因此使用壽命長(zhǎng)；不會(huì)因灰塵或觸點(diǎn)焊接在一起而出現(xiàn)故障；無(wú)觸點(diǎn)反彈，因此無(wú)切換故障；切換頻率高達(dá)3000Hz；抗震；安裝位置隨意；黃色LED顯示切換狀態(tài)；完全密閉，防護(hù)等級(jí)高。e、電感式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用由于電感式傳感只能對(duì)金屬起作用，在自動(dòng)控制的應(yīng)用可以應(yīng)用在上例中進(jìn)行檢測(cè)白色的金屬或紅色的塑料，又可以應(yīng)用在流水生產(chǎn)線上檢測(cè)金屬工件是否到位。如圖2.9所示。當(dāng)工件到位后自動(dòng)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。用以控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或下一

32、個(gè)加工步驟等。圖2.9 電感式傳感器的應(yīng)用3 機(jī)械手3.1機(jī)械手的簡(jiǎn)介1）機(jī)械手的概念機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的動(dòng)作的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡及其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)做操作機(jī)械手。機(jī)械手可分為專(zhuān)用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類(lèi)。專(zhuān)用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡(jiǎn)單，工作對(duì)象單一，具有固定（有時(shí)可調(diào)）程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。如自動(dòng)生產(chǎn)線上的上料機(jī)械手，自動(dòng)換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活的機(jī)械手。它是適用于可變換生產(chǎn)品

33、種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車(chē)制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、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。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車(chē)制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車(chē)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。2）機(jī)械

34、手的分類(lèi)a、按驅(qū)動(dòng)方式分：液壓式、氣動(dòng)式、機(jī)械式b、按適用范圍分：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)械手c、按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制d、按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式3）機(jī)械手主要組成機(jī)械手主要是由執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三大部分組成。a、執(zhí)行部分執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部分。它包括手、手腕、手臂和機(jī)座等部件b、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等方式。c、控制系統(tǒng)3.1 機(jī)械手的組成圖控制系統(tǒng)是支配執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定程序動(dòng)作得到電氣控制裝置?？刂葡到y(tǒng)所控制的因素包括執(zhí)行系統(tǒng)各部的動(dòng)作、動(dòng)作順序、位置、

35、時(shí)間、和速度等。如圖3.1所示：4) 機(jī)械手的特點(diǎn)a、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。b、機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并擴(kuò)大和延伸人的功能。c、由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。d、機(jī)械手的特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。3.2MPS系統(tǒng)中機(jī)械

36、手工作站的結(jié)構(gòu)功能機(jī)械手站單元主要由提取模塊、滑槽模塊、I/O接線端口等組成，如圖3.2所示。圖3.2 機(jī)械手站結(jié)構(gòu)圖該單元主要為一氣動(dòng)機(jī)械手，此站完成提取工件、按要求將工件分流的過(guò)程。1）提取模塊該模塊主要由兩個(gè)直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸及手指氣動(dòng)夾爪組成。提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，垂直方向運(yùn)動(dòng)，以便于提取工件。該氣缸是一個(gè)桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，其活塞桿為六邊形，這樣桿就不能隨便轉(zhuǎn)動(dòng)，便于氣爪夾取工件。擺臂氣缸構(gòu)成了氣動(dòng)機(jī)械手的“手臂”，可以實(shí)現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動(dòng)作。同時(shí)它還是一個(gè)雙聯(lián)氣缸（有的地方叫倍力缸），它擁有兩個(gè)壓力腔和兩個(gè)活塞桿，在同等壓力下，雙聯(lián)氣缸

37、的輸出力是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，用于判斷氣缸的動(dòng)作是否到位。轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸用于實(shí)現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180，在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)沖擊）和電感式接近開(kāi)關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否到位）。氣動(dòng)夾爪則用于抓取工件。2）滑槽模塊此模塊在帶有組態(tài)操作的MPS系統(tǒng)上才會(huì)安裝?；勰K用于存放檢測(cè)不合格的工件。3.2.1 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖圖3.3 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖1A為旋轉(zhuǎn)氣缸；1B1和1B2為電感式接近開(kāi)關(guān)；2A為擺臂雙聯(lián)氣缸；2B1、2B2為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；3A為氣動(dòng)夾爪；3B1為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)

38、；4A為桿不回轉(zhuǎn)的提取氣缸；4B1、4B2為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；1Y1、1Y2為旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制信號(hào)；2Y1、2Y2為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；3Y1、3Y2為控制氣動(dòng)夾爪開(kāi)與閉的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；4Y1為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)。氣動(dòng)回路的分析在3.3圖中，本站開(kāi)始工作時(shí)，進(jìn)行夾爪打開(kāi)、橫臂縮回和轉(zhuǎn)上工位復(fù)位動(dòng)作，均靠氣缸復(fù)位來(lái)完成。等上站工作完成信號(hào)來(lái)后，首先使電磁閥線圈2Y2通電，使2號(hào)氣缸動(dòng)作，橫臂縮回。當(dāng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)2B2有信號(hào)輸出后，使控制4號(hào)氣缸的電磁閥線圈4Y1通電，實(shí)現(xiàn)夾爪下降動(dòng)作，準(zhǔn)備抓工件，下降到位后，4B2輸出，此時(shí)使3Y2通電，實(shí)現(xiàn)夾緊

39、動(dòng)作，延時(shí)后，使4Y1斷電，夾爪上升，直到4B1有信號(hào)輸出，此時(shí)令2Y1通電，橫臂縮回；縮回到位后，2B1輸出，使1Y2通電，橫臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使操作手到達(dá)下一工位。等下工位有工件后，使2Y2通電，橫臂伸出，到位后2B2輸出，使4Y1得電，4號(hào)汽缸活塞桿伸出，夾爪下降，到位后，使3Y1通電，夾爪釋放工件，完成后，使4Y1斷電，夾爪上升，到最高位后，使2Y1通電，橫臂縮回，到位后，2B2有信號(hào)輸出，使1Y1通電，橫臂轉(zhuǎn)上工位，完成本站工作。3.2.2 氣動(dòng)部件的選用元件名稱(chēng)數(shù)量元件用途元件符號(hào)氣源1為氣動(dòng)回路提供動(dòng)力雙作用缸3執(zhí)行元件可調(diào)單向節(jié)流閥6調(diào)節(jié)氣回路中的流量大小二聯(lián)件1過(guò)濾調(diào)壓換向閥1改變

40、回路氣體的流向表3.1 機(jī)械手單元?dú)鈩?dòng)部件的選用表3.2.3氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析1）機(jī)械手站單元的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程機(jī)械手移送工件的機(jī)械系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)如圖所示，用于將工作臺(tái)A點(diǎn)的工件搬運(yùn)到工作臺(tái)B點(diǎn)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由電磁閥控制氣動(dòng)系統(tǒng)工作。其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由電磁閥控制，其位置由磁性傳感器檢測(cè)，夾緊使用電磁閥控制氣爪，使用壓力傳感器檢測(cè)。即當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降，但要保持現(xiàn)有的工作狀態(tài)。在上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升；當(dāng)電磁閥斷電后，機(jī)械手停止上升。夾緊電磁閥線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。圖3.4 機(jī)械手控制單元結(jié)構(gòu)及移送工件

41、的動(dòng)作過(guò)程圖2）機(jī)械手站單元?dú)鈩?dòng)元件種類(lèi)及結(jié)構(gòu)符號(hào)a、導(dǎo)向氣缸導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示，導(dǎo)向氣缸的應(yīng)用如圖所示。雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度250mm，用于機(jī)械手單元X軸的左右伸縮，雙活塞氣缸是由兩個(gè)活塞進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，因此在相同高度的情況下能產(chǎn)生2倍于標(biāo)準(zhǔn)氣缸的推力。雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度80mm，用于機(jī)械手單元Y軸的上下伸縮，其特點(diǎn)是該氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將導(dǎo)軌和氣缸做于一體。圖3.5 導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖3.6 導(dǎo)向氣缸在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用b、氣爪氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)如圖3.7所示。標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品。其特點(diǎn)如下：雙作用活塞驅(qū)動(dòng)

42、、自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊；可以以多種方式和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)。輔件安裝如圖3.8所示。采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性。圖3.7 氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)圖3.8 輔件的安裝方法1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-傳感器。c、平行氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）如圖3.9所示。Festo標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下：雙作用活塞驅(qū)動(dòng)，自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊；可以以多種方式和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)。輔件的安裝方法如圖3.10所示；采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性圖3.

43、9 氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)圖 圖3.10 氣爪的輔件的安裝方法 1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-定位銷(xiāo)，5-傳感器。d、葉片式擺動(dòng)氣缸DSM葉片式擺動(dòng)氣缸外形緊湊，占用空間小。驅(qū)動(dòng)力通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片直接傳送給驅(qū)動(dòng)軸。可調(diào)式止動(dòng)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)葉片分離，以便于固定限位擋塊或液壓緩沖器來(lái)吸收所受到的力。此外，旋轉(zhuǎn)葉片 還能通過(guò)終點(diǎn)位置的彈性墊獲得輔助緩沖。止動(dòng)塊不能被移去，因?yàn)樾D(zhuǎn)葉片本身不適合于作為終端位置限位擋塊。驅(qū)動(dòng)器背面還有刻度以方便行程調(diào)節(jié)。擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖3.11所示。 圖3.11 擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖擺動(dòng)氣缸的限位有兩種方法，方法一：使用傳感器限位，安裝方式如圖

44、3.12所示。方法二：使用緩沖器限位，安裝方式如圖所示。擺動(dòng)氣缸的固定安裝方式有多種，如圖3.13所示。圖3.12 擺動(dòng)氣缸使用傳感器限位的傳感器形狀及安裝方式圖3.13 擺動(dòng)氣缸使用緩沖器限位的安裝形式圖3.14 擺動(dòng)氣缸的固定安裝方式3)過(guò)濾、調(diào)壓組件過(guò)濾、調(diào)壓組件型號(hào)采用LFR-1-D-5M-DI-MAXI，外形及符號(hào)如圖所示。兩聯(lián)件由過(guò)濾器、壓力表、截止閥和快插接口組成，安裝在可旋轉(zhuǎn)的支架上。過(guò)濾器有分水裝置，可以除去壓縮空氣中的冷凝水、顆粒較大的固態(tài)雜質(zhì)和油滴。減壓閥可以控制系統(tǒng)中的工作壓力，同時(shí)能對(duì)壓力的波動(dòng)做出補(bǔ)償。濾杯帶有手動(dòng)排水閥。圖3.15 過(guò)濾、調(diào)壓組件外形及符號(hào)3.2.

45、4 電器元件的簡(jiǎn)介1)、控制電磁閥全氣動(dòng)系統(tǒng)采用緊湊型CPE型電磁閥控制。由于系統(tǒng)要求氣動(dòng)回路流量不大，所以選擇集成安裝緊湊型電磁閥CPE10-M1BH-5LS-M7型及CPE10-M1H-5/3G-M7型兩種。CPE型電磁閥具有以下特點(diǎn)：閥島 CPE-10由各個(gè)高強(qiáng)度玻璃纖維加強(qiáng)的聚酰胺模塊組成；在基本組塊和擴(kuò)展組塊中的PRS 通 道可被封死，因此可形成不同的壓力區(qū)；兩端都可接氣源及排氣通道，氣口在 基本塊或端塊上；可從尾端或頂端接入氣源及排氣通道；卡口式連接，安裝時(shí)無(wú)需螺絲；安裝選項(xiàng): 單個(gè)安裝, 導(dǎo)軌安裝或板 壁式安裝。CPE10-M1BH-5LS-M7電磁閥如圖所示。意義為：CPE（緊

46、湊型）、M1BH（24 V DC ，所匹配插座 KMYZ-9）、5（5通）、L（單電控, 氣彈簧復(fù)位）、S（不帶先導(dǎo)）、M7（接口類(lèi)型M7 螺紋）。該電磁閥的特點(diǎn)：流量大功耗小。圖3.16 緊湊型CPE10-M1BH-5LS-M7型電磁閥外形及符號(hào)CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥如圖所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1H: （24 V DC ，所匹配插座KMYZ-6）、5（5通）、3（3位）、G（中封式）。M7（接口類(lèi)型M7 螺紋）。圖3.17 緊湊型CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥外形及符號(hào)CPE閥另需配合專(zhuān)用CPE10SC-PRS-8氣路板集中安裝，如圖3.18所示。該

47、氣路板可安裝8個(gè)CPE電磁閥作全過(guò)程控制。電源插座 KMYZ-9如圖3.19所示。圖3.19 電源插座 KMYZ-9圖圖3.18 CPE10SC-PRS-8氣路板圖 氣路板需配消聲器UC-M7降低閥排氣口的噪音，如圖3.20所示。配接氣路接頭QSML-M7-6，如圖3.21所示。圖3.21 氣路接頭QSML-M7-6圖圖3.20 消聲器UC-M7外形及符號(hào)圖 2)、雙電控二位五通閥圖為雙電控二位五通閥的工作原理圖。它有兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)右線圈通電、左線圈斷電時(shí)，閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是P與A、B與T2相通，A口進(jìn)氣、B口排氣。當(dāng)右線圈斷電時(shí)，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)電磁左線圈通電、

48、右斷電時(shí)，閥芯被推向左端，其通路狀態(tài)是P與B、A與T1相通，B口進(jìn)氣、A口排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。圖3.22 雙電控二位五通閥工作原理圖圖3.23 雙電控二位五通閥實(shí)物圖4 機(jī)械手站單元的PLC設(shè)計(jì)4.1機(jī)械手站單元的控制要求當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開(kāi)，提取氣缸上升到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模式，按啟動(dòng)按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達(dá)下端后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂氣缸的順序依次縮回，然后擺臂氣缸擺到右端，等待工件送出信號(hào)。再次按下啟動(dòng)按鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆過(guò)程返回到初始位置。機(jī)械手的動(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）上升左移到原點(diǎn)結(jié)束一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。4.2機(jī)械手站單元順序功能流程圖圖4.1機(jī)械手站順序功能流程圖4.3 機(jī)械手站單元的I/O分配表機(jī)械手站單元I/O端口分配說(shuō)明表序號(hào)設(shè)備符號(hào)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備用途信