PLC的機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、湖北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目：PLC-機(jī)械手設(shè)計(jì)院別：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化學(xué)生姓名:劉學(xué)指導(dǎo)老師：摘 要 因生產(chǎn)的需要，代替人們執(zhí)行各種高強(qiáng)度，高危險(xiǎn)程度，提高生產(chǎn)效率的機(jī)械手順應(yīng)而生。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)，是關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少廢次品率。它可以完成很多工作，它能夠在自動(dòng)化車間中用來運(yùn)送物料，從事多種操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，特別體現(xiàn)在人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確性。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械手有了更加充分的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)其要求也越來越高?？删幊炭刂破鲬{其穩(wěn)定性，簡(jiǎn)單性

2、，強(qiáng)大性成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動(dòng)化支柱之一。關(guān)鍵詞：數(shù)控；機(jī)械手；PLC目 錄摘 要I第1章 緒論31.1課題背景31.2機(jī)械手的發(fā)展31.3 PLC的發(fā)展概況41.4 可編程控制器的產(chǎn)生41.5 PLC的定義41.6 PLC的特點(diǎn)51.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義6第2章 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的確定72.1機(jī)械手的組成72.2機(jī)械手的主要參數(shù)82.3應(yīng)用機(jī)械手的意義82.4機(jī)械手采用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)9第3章 控制系統(tǒng)103.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟103.2 控制系統(tǒng)的要求103.3 系統(tǒng)及原理123.4 PLC的概述123.5 PLC的選擇133.6 I/O接線圖143.7 PLC梯形圖143.8 PL

3、C控制程序153.9 系統(tǒng)工作過程17第1章 緒論1.1課題背景機(jī)械手是在自動(dòng)化 生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的一種 具有抓取、搬運(yùn)、裝配、切割工件等功能的自動(dòng)化裝置。近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已迅速發(fā)展起來，它更加加快了機(jī)械手的發(fā)展步伐，使得機(jī)械手能更好地完成人們所設(shè)定的任務(wù)。機(jī)械手能夠代替人類完成危險(xiǎn)、 重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。機(jī)械手得到了越來越廣泛的應(yīng)用， 特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個(gè)柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)， 可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，適應(yīng)性很強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)工件變更

4、時(shí)，柔性生 產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，因企 業(yè)需要 不斷的適應(yīng)市場(chǎng)需要而生產(chǎn)新的產(chǎn)品，對(duì)機(jī)械手的需求較為可觀。而 目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離。機(jī)械手的研發(fā)直接影響到我國 自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高。因此，進(jìn)行機(jī)械手的 研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。1.2機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手一般為三類：一種是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。一種是是 專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上 下料和裝卸工件。這種機(jī)械手國外叫做“Mechanical Hand”。它由主機(jī)驅(qū)動(dòng)來服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。一

5、種是不需 要人工控制的通用型機(jī)械手。它不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置?？梢愿鶕?jù)任務(wù)需要編制 獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不 同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。機(jī)械手首先是在美國開始研制。第一臺(tái)機(jī)械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，主機(jī)一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，長(zhǎng)臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后開始大力研發(fā)機(jī)械手。現(xiàn)代工 業(yè)中，自動(dòng)化生產(chǎn)已日漸普及。機(jī)械手就是在工業(yè)中為實(shí)現(xiàn)加工、裝配、搬運(yùn)等的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動(dòng) 化的發(fā)展，機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了人工的勞動(dòng)，提高了生產(chǎn)效率。采用

6、機(jī)械手已為目前研究的熱點(diǎn)。目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還無法滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。1.3 PLC的發(fā)展概況可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、 通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā) 起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng) 用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心 ，用編寫的程 序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn) 算等，通過數(shù)字量和 模擬量的輸入/輸出來實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械 設(shè)備或生產(chǎn)過程。1.4 可編程控制器的產(chǎn)生PLC 是在激烈 的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中產(chǎn)生的。20 世紀(jì)60 年代末，美國汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激 烈。為適應(yīng)生產(chǎn)不斷更新的需要，美國通用汽車公司（GM）對(duì)控制系統(tǒng)提出要 求為：（1）能替代各種

7、繼電器、定時(shí)器、接觸器及其主令 電器等按一定的邏輯關(guān)系 用導(dǎo)線連接起來的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng) 的繼電接觸器控制，它簡(jiǎn)單易懂，價(jià)格低廉， 能夠滿足生產(chǎn)工藝改動(dòng)頻繁的需要；（2）模塊式結(jié)構(gòu)：模塊式結(jié)構(gòu)輸入、輸出 電壓是交流115V（美國標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；（3）編程簡(jiǎn)單；（4）抗電磁干擾強(qiáng)；（5）具有數(shù)據(jù)通 信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈 活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī) 的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電 接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）在 1969 年根據(jù)上述 要求，研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配線

8、上應(yīng) 用成功，實(shí)現(xiàn)裝配線的自動(dòng)控 制。1.5 PLC的定義PLC問世以來，盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國 電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過四 年 的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給 PC 作了如下定義： “PC 是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來執(zhí) 行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演 算等功能，并 通過數(shù)字或類似 的輸入/輸出模塊， 以控制各種 機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從 事執(zhí)

9、行PC 之功能被視為PC，但不包括鼓 式 或類似的機(jī)械式順序控制器。” 此后國際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在 1987 年2月通過了對(duì)它的定義：“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)境應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的。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,順序控制， 定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/ 輸出控制各種 類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 。可編程控制器及其有關(guān)外部 設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系 5 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)。” 總之，可編程控制器是 一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用

10、而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算 機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū) 動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品 并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置， 其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 1.6 PLC的特點(diǎn) 高可靠性1）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。 2）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。3）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。 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。5）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。6）大型PLC 還可

11、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7）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 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：開關(guān)量或模擬量；交流或直流；電壓或電流；強(qiáng)電或弱電；脈沖或電位等。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。 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 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī) 架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需

12、要自行組合。 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 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)使用者來說，不需 要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，當(dāng)面臨人工無法實(shí)現(xiàn)的工作時(shí)，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。機(jī)械手的使用 能夠減少廢次品率,顯著提高生產(chǎn)效率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動(dòng)化車間中用來運(yùn)送物料

13、，從事多種操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完 成各種制定的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有 人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn) 了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確性。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電 動(dòng)和液壓組成的 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將PLC應(yīng) 用于其自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手的硬件及軟件設(shè)計(jì)。第2章 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的確定2.1機(jī)械手的組成機(jī)械手的形式是多樣的，但是基本的組成都是相似的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。（圖2.1 機(jī)械手的組成及相互關(guān)系）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手、關(guān)節(jié)、手臂和支柱組成。手為抓取機(jī)構(gòu)，用于抓取工件。關(guān)節(jié)是連接手與手臂 的關(guān)鍵原件，具有多方位 旋轉(zhuǎn)特性。支柱用來支撐手臂，可做活動(dòng)支柱方便機(jī)械手

14、多方位移動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。常用的有氣壓傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等?？刂葡到y(tǒng)機(jī)械手按照 制定的程序，步驟，參數(shù)進(jìn)行動(dòng)作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)易機(jī)械手通常情況下不使用專 用的控制系統(tǒng)，只有動(dòng)作復(fù)雜的機(jī) 械手采用可編程控制器，微型計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行動(dòng)作。輔助裝置輔助裝置主 要是連接機(jī)械手各部 分元件的裝置。機(jī)械手按 用途分類為：專用 機(jī)械手、通用機(jī)械手。按照傳動(dòng)方式 分類為：氣動(dòng)式機(jī)械手、機(jī)械式機(jī)械手、液壓式機(jī)械手、和電動(dòng)機(jī)械手。2.2機(jī)械手的主要參數(shù)傳動(dòng)方式反應(yīng)速度負(fù)荷能力控制方式尺寸和重量操控范圍反應(yīng)速度定位自由度安全性實(shí)用性2.3應(yīng)用機(jī)械手的意義

15、隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用 的越來越多。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手 應(yīng)用的意義概括如下：提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化程度，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。機(jī)械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更 換等自動(dòng)化過程，從而 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)投入，從而降低生產(chǎn)成本。改善勞動(dòng)條件在車間的勞動(dòng)環(huán)境下，高溫、 高壓、噪音、灰塵等污染會(huì)嚴(yán)重影響 人的身體健康，人在車間工作不可避免的會(huì)接觸到危險(xiǎn)。而應(yīng)用機(jī)械手 可以替代人安全的完成作業(yè)，從而改善勞動(dòng)條件。在一些簡(jiǎn)單，重復(fù)的工作中以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作。機(jī)械手的應(yīng)用增強(qiáng)了自動(dòng) 化生產(chǎn)，會(huì)減少人力的使用。機(jī)械手可以長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)性連續(xù)完成工作，這是人工 法實(shí)現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加 使用機(jī)械手

16、以減少人力和精準(zhǔn)的生產(chǎn)節(jié)拍，有利于節(jié)奏性的工作生產(chǎn)。綜上所述，機(jī)械手的合理利用是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.4機(jī)械手采用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手不止有一種控制系統(tǒng)，一些控制系統(tǒng)多多少少會(huì)存在一些缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)在自動(dòng)化生產(chǎn)中會(huì)造成不可避免的損失。而PLC控制的機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)最為突出，可以從幾方面論述一下PLC控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)。控制方式：電氣控制屬于硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能非常困難；而PLC控制是軟接線，改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)邏輯的改變或增加功能。工作方式：電氣控制是并行工作，而PLC是串行工作，不受制約。控制速度：電氣控制速度慢，觸電易動(dòng)；PLC通過半導(dǎo)體控制，速度快，無觸

17、點(diǎn)，無抖動(dòng)?？煽啃阅埽弘姎饪刂朴|點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生磨損和電弧燒傷，接線多，可靠性差；PLC無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，具有自診功能，執(zhí)行程序監(jiān)控，調(diào)試和維護(hù)方便。第3章 控制系統(tǒng)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟機(jī)械手設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖所示：（圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟圖）3.2 控制系統(tǒng)的要求機(jī)械手 動(dòng)作過程：自原點(diǎn)起，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手開始下降。當(dāng)機(jī)械手下 降碰到限位開關(guān)時(shí)，下降電磁閥 斷電，機(jī)械手停 止下降；同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，上升電磁閥通 電，機(jī)械 手開始上升，直至碰到上限開關(guān)，上升電磁 閥斷電停止上 升。使用伺服電機(jī)控制機(jī)械手 開始旋轉(zhuǎn)，180后機(jī)械手停止旋轉(zhuǎn)。接通右移電閥使

18、機(jī)械手 向右移動(dòng)直 碰到右限位開關(guān)，右移電磁 閥斷電，機(jī)械手停止右移。左工作臺(tái)無物料時(shí)光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。直至碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械 手停止下降，同時(shí)夾緊電磁閥斷電機(jī)械手放 松，完成物料搬送。機(jī)械手放松后上升電磁閥 通電使機(jī)械手開始上升，碰到 上限位開關(guān)上升電磁閥斷 上升 停止；接通左移 電磁閥，機(jī)械手左移，碰到左限位開關(guān)，機(jī)械手停止左移，機(jī)械手底座旋轉(zhuǎn)180回到原點(diǎn)， 完成一周期動(dòng)作。(圖3.2機(jī)械手動(dòng)作簡(jiǎn)圖)（圖3.2機(jī)械手抓放運(yùn)送功能）3.3 系統(tǒng)及原理（圖3.3 控制系統(tǒng)原理圖）3.4 PLC的概述PLC 是可編程控制器的簡(jiǎn)稱。PLC 源于繼電器控制

19、技術(shù)，通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其 內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所需要的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。PLC基于電子計(jì)算機(jī)，卻并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸入輸出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息輸入輸出的物理過程一般不考慮的。而 P LC 則要考慮信息輸入 輸出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用，特別要考慮怎么適應(yīng)于工作 環(huán)境，比如，便于安裝，便于維 護(hù)及抗干擾等問題，輸入輸出信息變 換及可靠 的物理實(shí) 現(xiàn)，可以說是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè) 基本要點(diǎn)。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。它的功能要比繼電器控制裝置多得多，也強(qiáng)得

20、多。根據(jù)PLC豐富的指令系統(tǒng)，各種各樣的I/O 接口、通信接口，大容量的內(nèi)存， 可靠的自身 監(jiān) 控系統(tǒng)，可以知道PLC 的基本功能：準(zhǔn)確定時(shí)功能；高速計(jì)數(shù)功能；邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；中斷處理功能；程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能； 聯(lián)網(wǎng)通信 功能；自檢測(cè)、自診斷功能。PLC 把這些功能集于一身，是別的電控器所沒有的，也是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。PLC 豐富的功能為它的廣 泛運(yùn)用 提供了可能。3.5 PLC的選擇在對(duì) PLC 進(jìn)行選擇時(shí)要考慮很多方面，主要依據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)工作過程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，詳細(xì)分析工作過程的特點(diǎn)、控制要求，明確任務(wù)和范圍，確定所需要的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求估算輸

21、入輸出點(diǎn)數(shù)，確定所需要存儲(chǔ)器的容量、PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （一）存儲(chǔ)器容量估算可變程序控制器本身提供的硬件存儲(chǔ)單元大小就是存儲(chǔ)器容量，它是存儲(chǔ)器控制系統(tǒng)硬件的選擇中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，由此可以看出存儲(chǔ)器的容量大于程序容量。由于程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需要程序調(diào)試后才知道，所以要對(duì)存儲(chǔ)器的容量進(jìn)行估算。在估算時(shí)沒有固定的公式，本課題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)容量選擇能存儲(chǔ)2500條梯形圖，這才有足夠的空間供設(shè)計(jì)需要。（二）輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算很重要，在估算時(shí)要考慮到適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔＴ诮y(tǒng)計(jì)的 輸入輸出點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上增加

22、10%-20%的余量，這就有利于PLC 有效控制。 （三）PLC 控制功能的選擇 PLC 的控制功能有很多，包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手在控制功能的選擇上并沒有包含完 PLC 的所有功能，但是有幾項(xiàng)主要的功能是這次設(shè)計(jì)必須的。 第一個(gè)就是控制功能，可編程控制器主要用于順序邏輯控制，所以很多場(chǎng)合 采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制。其次是編程功能，這是每個(gè) PLC 都必不可少的部分，編程功能又可以分為離線編程方式和在線編程方式兩種。在 離線編程時(shí)可以降低系統(tǒng)成本，但是使用和調(diào)試不方便。而在線編程成本高，但 系統(tǒng)調(diào)試和操作方便。再一個(gè)功

23、能就是診斷功能，PLC 的診斷功能包括硬件和軟 件診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷又分為內(nèi) 診斷和外診斷。PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的 要求。 （四）可編程控制器機(jī)型的選擇 可編程控制器的種類繁多，型號(hào)各異，要選出適合本設(shè)計(jì)的 PLC 產(chǎn)品就要通 過對(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。最后我決定使用三菱公司生產(chǎn)的FX 系列的FX2N-48MR 型號(hào)的可編程控制器作為機(jī)械手的控制器。3.6 I/O接線圖系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)主要是 PLC 的輸入、輸出接線圖設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)械手的動(dòng) 作過程和控制要求

24、，確定 PLC 的型號(hào)和傳感器，合理分配輸入、輸出點(diǎn)，得到系 統(tǒng)的PLC 輸入、輸出接線圖，如圖3.6 所示。（圖3.6 系統(tǒng)I/O接線圖）3.7 PLC梯形圖PLC 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC 的第一編程語言。梯形圖的最大優(yōu)點(diǎn)就 是直觀易懂，很容易被電氣工人掌握，非常適合開關(guān)量邏輯控 制。PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等，它們不是真實(shí)的物理繼電器，而 是一些存儲(chǔ)單元，每一次繼電器與PLC 存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線，在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖 的分析方法，可以想象

25、左右兩側(cè)母 線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電 源電壓，母線之間有能流從左向右流動(dòng)，右母 線可以不畫出。根據(jù)梯形圖中各觸 點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的 邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀 態(tài)來進(jìn)行的。3.8 PLC控制程序本設(shè)計(jì)的工作方式可以分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種，其控制程序可分為自動(dòng)控制程 序和手動(dòng)控制程序兩種模塊。每個(gè)模塊都是分開編寫，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修 改。 自動(dòng)工作方式中，機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)是以開關(guān) 控制，可選擇 STL 步 進(jìn)順序控制方式，即采用 步進(jìn)順

26、序控制指令對(duì)其編程，這樣 可使程序簡(jiǎn)化，提高 編程效率，為程序的調(diào)試、 試運(yùn)行帶來很多 方便。 機(jī)械手完成一個(gè)物件的搬運(yùn)、回到原位、夾板處于 放松狀態(tài) 時(shí)，就為下一個(gè) 物件的搬運(yùn)做好準(zhǔn)備。當(dāng)搬運(yùn)到位時(shí)，SQ1 就發(fā)出啟動(dòng)指令 ，進(jìn)入新的一輪循環(huán)。 YA1是單電兩位四通電磁閥 的電 磁線圈，為了安全，設(shè)計(jì)要求它在失電時(shí)機(jī)械手仍處于夾緊狀態(tài) ，得電時(shí)才 張開夾板。 所以，開機(jī)時(shí)用SET 指令，將Y004 置1， YA1 便帶電，機(jī)械手張開。本設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3.8.1 所示。 （圖3.8.1 系統(tǒng)自動(dòng)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）自動(dòng)控制程序就 是編好程序后，按啟動(dòng)按鈕就行。而手動(dòng)控制 程序則 用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手升降、夾板夾緊放松、機(jī)械手旋 轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)快慢的點(diǎn)動(dòng)控制 和狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 當(dāng)機(jī)械手在工作中突 然出現(xiàn) 停電或系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可 機(jī)械手手動(dòng)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)手動(dòng)控制程序梯 形圖如圖3.8.2 所示。（圖3.8.2 手