傳送帶及機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì)

1、編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題 目： 傳送帶及機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì) 院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 黃露丹 學(xué) 號(hào)： 0901120201 指導(dǎo)教師： 郭中玲 職 稱： 高級(jí)工程師 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā)2013年 6 月 5 日摘 要在工業(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，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手

2、一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。本文應(yīng)用三菱公司

3、生產(chǎn)的可編程控制器FX系列PLC，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：可編程控制器PLC；PLC的結(jié)構(gòu)及基本配置；機(jī)械手；限位開(kāi)關(guān)AbstractIn industrial production and other areas, as a result of the need, people often subjected to high temperature, corrosive and toxic gas hazards, increased labor intensity, and even lif

4、e-threatening. Since the advent of robot, all kinds of problems solved. Robot caught in the space, put, handling objects, actions flexible, applicable to transform the production of varieties in small-volume automated production, widely used in flexible automatic line. Robot by the high temperature,

5、 corrosion-resistant materials made in order to adapt to the harsh environment of the site, greatly reducing the labor intensity and improve work efficiency. The manipulator is an important part of an industrial robot, in many cases, it will be referred to as industrial robots. The industrial robot

6、is a multidisciplinary set of mechanical, electronic, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technology in one of the important modern manufacturing automation equipment. Widely used industrial robots can not only improve product quality and yield, but also to protec

7、t the personal safety, improve the working environment, reduce labor intensity, improve labor productivity, saving raw material consumption and reduce production costs, has a very important significance.The programmable controller relay control and computer control on the development of products, an

8、d gradually developed into a micro-processing as the core automation technology, computer technology, communication technology and integration of new industrial automatic control device. In this paper, the production of Mitsubishi programmable logic controller FX series PLC, robot handling control s

9、ystem, which takes full advantage of the programmable logic controller (PLC) control functions. To make the system reliable and stable, the period range of functions has been widely used.Key words: Manipulator conveyor belt; PLC; Machine hand; Limit switch目 錄引言11 總體方案設(shè)計(jì)21.1 課題介紹21.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容21.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)

10、任務(wù)32 PLC的特點(diǎn)和傳送帶機(jī)械手的介紹32.1 可編程控制器PLC32.1.1PLC 慨況3的結(jié)構(gòu)及基本配置3的類型52.2 機(jī)械手及傳送帶6機(jī)械手及傳送帶簡(jiǎn)介6傳送帶機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)6機(jī)械手的選擇7機(jī)械手的用途73 設(shè)計(jì)主體部分83.1 控制流程圖83.2 機(jī)械手的控制要求83.3機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法93.4 I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)分配表93.5 控制面板及說(shuō)明103.6 傳送帶電動(dòng)機(jī)組電路圖113.7 傳送帶PLC輸入輸出接線圖113.8 機(jī)械手自動(dòng)控制梯形圖134 電動(dòng)機(jī)、電磁閥及光電傳感器的介紹134.1 電動(dòng)機(jī)的介紹及選用134.2 氣缸的介紹及選用14氣動(dòng)元件及雙向活塞式氣缸15氣缸

11、工作原理15氣缸的選用164.3 電磁閥的介紹及選用16電磁閥簡(jiǎn)介及分類16電磁閥工作原理圖17電磁閥的選用184.4 光傳感器的介紹及選用19光電傳感器的分類19常用參數(shù)214.4.3 光電傳感器選用原則：225 系統(tǒng)的仿真分析225.1 PLC的編程語(yǔ)言及常用語(yǔ)言設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介225.2 PLC常用語(yǔ)言設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介255.3 仿真軟件介紹26程序仿真步驟26仿真結(jié)果286 傳送帶機(jī)械手的優(yōu)缺點(diǎn)分析296.1 傳送帶機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)296.2 傳送帶機(jī)械手的缺點(diǎn)307 結(jié) 論30謝 辭32參考文獻(xiàn)33附 錄34引言工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支

12、。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(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。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展, 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí), 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見(jiàn)的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低；后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動(dòng)干擾，而存在可靠性差、故障多、維修困難等問(wèn)題?？删幊绦蚩刂破鱌LC控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力，保證了系

13、統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率，提高了工作效率。該控制系統(tǒng)采用可編程控制器為核心，通過(guò)對(duì)信號(hào)的采集、處理、輸出一系列的集中控制，使生產(chǎn)更安全穩(wěn)定高效。設(shè)計(jì)中完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了傳感器、變頻器、機(jī)械手等硬件的調(diào)配控制，實(shí)現(xiàn)傳送帶自動(dòng)減速，機(jī)械手抓放等功能。PLC作為控制核心的使用比原有的系統(tǒng)控制性更強(qiáng)，應(yīng)變更靈活，操作更簡(jiǎn)單，使系統(tǒng)擁有可靠性高，穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，為安全高效的工業(yè)生產(chǎn)提供了更好的硬件環(huán)境。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變

14、動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。在現(xiàn)今的中國(guó)，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，機(jī)械手的使用已經(jīng)越來(lái)越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國(guó)本土塑料加工廠也開(kāi)始對(duì)機(jī)械手表現(xiàn)出越來(lái)越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來(lái)的挑戰(zhàn)。 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、板手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已愈來(lái)愈引起人們的重視，同時(shí)也要求供料機(jī)構(gòu)更加靈活、柔性化。對(duì)機(jī)械手的控制系統(tǒng)提

15、出了更高的要求，原來(lái)的繼電器控制方式已經(jīng)逐漸不能滿足生產(chǎn)的需要?？删幊炭刂破鳎≒LC）控制性更強(qiáng)，應(yīng)變更靈活，操作更簡(jiǎn)單，已經(jīng)逐漸取代繼電器控制系統(tǒng)成為新的控制方式。本次設(shè)計(jì)正是基于PLC控制系統(tǒng)，控制一個(gè)機(jī)械手傳送帶工作單元的設(shè)計(jì)。對(duì)于生產(chǎn)流水線的組成及自動(dòng)化的基礎(chǔ)建設(shè)有著重要的意義。1 總體方案設(shè)計(jì)1.1 課題介紹在一條自動(dòng)生產(chǎn)線上，由機(jī)械手將傳送帶1上的物品傳送到傳送帶2上。機(jī)械手的上升、下降、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、夾緊及放松動(dòng)作分別由電磁閥控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，并用限位開(kāi)關(guān)及光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)械手動(dòng)作的狀態(tài)和物品的位置。傳送帶1、2均由三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)有相應(yīng)的保護(hù)。機(jī)械手初始狀態(tài)為

16、手臂在下限位（下限位開(kāi)關(guān)SQ4受壓），手在傳送帶1上（右限位開(kāi)關(guān)SQ2受壓）手指松開(kāi)。機(jī)械手和傳送帶動(dòng)作控制示意圖下如圖1.1-1所示。圖 1.1-1傳送帶機(jī)械手動(dòng)作控制示意圖1.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容機(jī)械手搬運(yùn)模擬系統(tǒng)復(fù)位：把PLC置RUN，按下SQ6和SQ4,手動(dòng)使機(jī)械手回到原點(diǎn)，手爪張開(kāi)。啟動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕，傳送帶1、2起動(dòng)，當(dāng)傳送帶1上的物品到達(dá)前端，光電開(kāi)關(guān)SQ1檢測(cè)到物品時(shí)，傳送帶1停止。機(jī)械手手指夾住物品，夾緊時(shí)，夾緊開(kāi)關(guān)SQ2動(dòng)作，位氣爪夾緊，機(jī)械手上升；當(dāng)觸碰到SQ3時(shí)，上升到位，機(jī)械手伸出；當(dāng)觸碰到SQ6，右移到位，機(jī)械手下降；觸碰到SQ4下降到位，氣爪張開(kāi)，放松工件，機(jī)械手上

17、升。當(dāng)觸碰到SQ3時(shí)，上升到位，當(dāng)觸碰SQ5時(shí)，左移到位。當(dāng)觸碰到SQ4下降到位，機(jī)械手縮回，到達(dá)原點(diǎn)，一次性搬運(yùn)完成。循環(huán)上述動(dòng)作。停止：按下停止按鈕，結(jié)束流程。1.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)（1）準(zhǔn)備任務(wù)：調(diào)查、研究機(jī)械手運(yùn)行情況，列出所設(shè)計(jì)的機(jī)械手程序運(yùn)行情況，鞏固說(shuō)要運(yùn)用的知識(shí)。（2）畫出電氣控制原理圖和外部接線圖（3）畫出I/O分配表（4）程序設(shè)計(jì)要求（5）機(jī)械手要求有3種控制方式：手動(dòng)控制方式；單周期控制方式；連續(xù)控制方式。2 PLC的特點(diǎn)和傳送帶機(jī)械手的介紹2.1 可編程控制器PLCLC 慨況可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱PC）。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC相區(qū)別

18、，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，目的是用來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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

19、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)?？梢灶A(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程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開(kāi)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)。 LC的結(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(wú)任哪種結(jié)構(gòu)類型的PL

20、C，都屬于總線式開(kāi)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。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)

21、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，由于電路的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無(wú)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。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)。一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的

22、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。I/O模塊：PLC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)反映輸出鎖存器狀態(tài)。電源模塊：有些PLC中的電源，

23、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。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。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：（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

24、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。（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(guò)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。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)：PLC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)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一

25、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)。了解了PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫?gòu)買程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。LC的類型按PLC的控制類型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面。(1）用于邏輯控制這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、

26、自動(dòng)電梯控制等。(2）用于模擬量控制PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。(3）用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。(4）用于工業(yè)機(jī)器人控制(5）用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。2.2 機(jī)械手及傳送帶機(jī)械手及傳送帶簡(jiǎn)介Mechanical hand 也被稱為自動(dòng)手，Auto hand能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能

27、，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。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的機(jī)械手，由于使用場(chǎng)合和工作要求的不同，其結(jié)構(gòu)型式亦各不相同，技術(shù)復(fù)雜程度也有很大差別。但它們都有類似人的手臂、手腕和手的部分動(dòng)作及功能；一般都能按預(yù)定程序，自動(dòng)地、重復(fù)循環(huán)地進(jìn)行工作。此外，還有些非自動(dòng)化的裝備，具有與人體上肢類似的部分動(dòng)作，結(jié)構(gòu)上與工業(yè)機(jī)械手是一致的，亦可歸屬于工業(yè)機(jī)械手的范疇。例如，早期就有一種由人直接用繩索牽引進(jìn)行操作的隨動(dòng)機(jī)械手和近期發(fā)展起來(lái)的由人工進(jìn)行操縱的機(jī)械

28、手（如平衡吊），以及一些就近按鈕控制或遙控的非全自動(dòng)的單循環(huán)的機(jī)械手等。1868年，在英國(guó)出現(xiàn)了皮帶式傳送帶輸送機(jī)；1887年，在美國(guó)出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)；1905 年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī)；1906年，在英國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。此后，傳送帶輸送機(jī)受到機(jī)械制造、電機(jī)、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運(yùn)，成為物料搬運(yùn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的組成部分。傳送帶一般按有無(wú)牽引件來(lái)進(jìn)行分類。傳送帶機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。（1）手部即與物件接觸的部件。由于與物件接

29、觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。（2）手腕

30、是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì))（3）手臂手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位置。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。（4）立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。（5）機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上

31、，故起支撐和連接的作用。（6）傳送帶具有牽引件的傳送帶一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，可采用傳送帶、牽引鏈或鋼絲繩；承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架或吊具等；驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器(停止器)等組成；張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，以保證傳送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。機(jī)械手的選擇由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。機(jī)械手的用途在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，無(wú)論是單機(jī)還是組合機(jī)床，以及自動(dòng)生產(chǎn)流水

32、線，都要用到機(jī)械手來(lái)完成工件的取放。對(duì)機(jī)械手的控制主要是位置識(shí)別、運(yùn)動(dòng)方向控制和物料是否存在的判別。其任務(wù)是將傳送帶A上的工件或物品搬運(yùn)到傳送帶B上。機(jī)械手的上升、下移、左移、右移抓緊和放松都是用雙線圈三位電磁閥氣動(dòng)缸完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥通電時(shí)，就保持相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，即使線圈再斷電仍然保持，直到相反方向的線圈通電，相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作才結(jié)束。設(shè)備上裝有上、下、左、右、抓緊、放松六個(gè)限位開(kāi)關(guān)，控制對(duì)應(yīng)工步的結(jié)束。傳送帶上設(shè)有一個(gè)光點(diǎn)開(kāi)關(guān)，監(jiān)視工件到位與否。 機(jī)械手是模仿人的手部動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和操作的自動(dòng)裝置。它特別是在高溫、高壓、多粉塵、易燃、易爆、放射性等惡劣環(huán)境中，以及笨

33、重、單調(diào)、頻繁的操作中代替人作業(yè)，因此獲得日益廣泛的應(yīng)用。機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測(cè)裝置三大部分組成，智能機(jī)械手還具有感覺(jué)系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(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)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(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。 在工業(yè)上，自動(dòng)控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動(dòng)化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對(duì)較新的電子設(shè)備，它正開(kāi)始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。實(shí)際的

34、機(jī)器人由帶有腕(或稱為手臂)的主機(jī)身和機(jī)身端部的工具(通常是某些類型的夾持器)組成,同時(shí)也包括一個(gè)輔助動(dòng)力系統(tǒng)。本文是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)工作較全面的介紹和總機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。3 設(shè)計(jì)主體部分3.1 控制流程圖本機(jī)械手用于生產(chǎn)線上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手自動(dòng)連續(xù)動(dòng)作過(guò)程分為八個(gè)公步,機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖3.1-1所示： 圖 3.1-1機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程圖3.2 機(jī)械手的控制要求為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開(kāi)關(guān)。分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾健?/p>

35、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推?；卦唬寒?dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行：供試用，即沒(méi)按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。該

36、機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開(kāi)關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置于“手從操作”位置。3.3機(jī)械手的設(shè)計(jì)方法使用起保停電路進(jìn)行設(shè)計(jì)編程。因該機(jī)械手的控制有多種工作方式，所以程序上可以劃分為公共程序、手動(dòng)程序、回原點(diǎn)程序和自動(dòng)程序四部分。（1）公共程序：用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序相互切換的處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的位存儲(chǔ)器復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩

37、個(gè)步同時(shí)激活的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。（2）手動(dòng)程序：為了使系統(tǒng)安全運(yùn)行，在程序中應(yīng)設(shè)置必要的連鎖保護(hù)。（3）會(huì)原點(diǎn)程序；機(jī)械手在回原點(diǎn)工作方式時(shí)，按下回原點(diǎn)起動(dòng)按鈕，將會(huì)自動(dòng)完成回原點(diǎn)操作，直到回到原點(diǎn)位置后停止。（4）自動(dòng)程序：在用起保停電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制程序中應(yīng)用某點(diǎn)來(lái)表示連續(xù)工作狀態(tài)。用某點(diǎn)來(lái)表示步與步之間的轉(zhuǎn)換，即當(dāng)該點(diǎn)為On時(shí)允許轉(zhuǎn)換，允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。3.4 I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)分配表轉(zhuǎn)下一頁(yè)表1 I/O設(shè)備及I/O點(diǎn)分配表輸入元件輸入繼電器輸入元件輸入繼電器輸出元件輸出繼電器手動(dòng)X20下限位開(kāi)關(guān)X1下降電磁閥Y0回原點(diǎn)X21上限位開(kāi)關(guān)X2夾緊電磁閥Y1單步X22右限位開(kāi)關(guān)

38、X3上升電磁閥Y2單周期X23左限位開(kāi)關(guān)X4右行電磁閥Y3連續(xù)X24上升按鈕X5左行電磁閥Y4回原點(diǎn)起動(dòng)X25左行按鈕X6電機(jī)控制1Y5起動(dòng)X26放松按鈕X7電機(jī)控制2Y6停止X27下降按鈕X10光電開(kāi)關(guān)X30右行按鈕X11夾緊開(kāi)關(guān)X31夾緊按鈕X123.5 控制面板及說(shuō)明圖 3.5-1控制面板圖3.6 傳送帶電動(dòng)機(jī)組電路圖圖 3.6-1傳送帶電動(dòng)機(jī)組電路圖3.7 傳送帶PLC輸入輸出接線圖轉(zhuǎn)下一頁(yè)圖 3.7-1傳送帶PLC輸入輸出接線圖3.8 機(jī)械手自動(dòng)控制梯形圖圖 3.8-1機(jī)械手自動(dòng)控制梯形圖4 電動(dòng)機(jī)、電磁閥及光電傳感器的介紹4.1 電動(dòng)機(jī)的介紹及選用 交流電動(dòng)機(jī)，是將交流電的電能轉(zhuǎn)變

39、為機(jī)械能的一種機(jī)器。交流電動(dòng)機(jī)主要由一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動(dòng)機(jī)利用通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象而制成的。交流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源，所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時(shí)電磁鐵中的電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。交流電動(dòng)機(jī)就是利用這個(gè)原理而工作的。交流電動(dòng)機(jī)誕生于19世紀(jì)末,由于它具有控制方便、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)便利等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以很快成為工業(yè)社會(huì)的重要核心，是傳動(dòng)系統(tǒng)中的主力。同時(shí)根據(jù)不同生產(chǎn)過(guò)程的需要，孕育了各種各樣的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置和技術(shù)，并逐

40、步得到打發(fā)展。本次設(shè)計(jì)的設(shè)定，電動(dòng)機(jī)采用的是三相異步電動(dòng)機(jī)，需求功率為1KW，轉(zhuǎn)速為900轉(zhuǎn)/分鐘。所以選擇YP2-100L-6型電動(dòng)機(jī)其主要參數(shù)如下：表2 YP2-100L-6型電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)型號(hào)YP2-100L-6額定功率（KW）1.1額定電流（A）3.0額定轉(zhuǎn)矩（N.M）11.2額定轉(zhuǎn)速（r/min）910最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩2.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/m2）0.0069重量（kg）274.2 氣缸的介紹及選用物件搬運(yùn)系統(tǒng)的核心部件是機(jī)械手，為了機(jī)械手能夠準(zhǔn)確定位及自動(dòng)控制，這里機(jī)械手的行動(dòng)采用了氣缸氣動(dòng)控制方式。氣缸的行動(dòng)方向則由PLC控制的電磁閥控制完成。具體結(jié)構(gòu)圖如下：由電磁閥控制氣體的進(jìn)

41、口方向，從而推動(dòng)氣缸活塞的左右運(yùn)動(dòng)，達(dá)到控制機(jī)械手左右，上下，抓握等動(dòng)作。下面將分別介紹氣缸和電磁閥的工作原理、特性及選型。轉(zhuǎn)下一頁(yè)圖 4.2-1氣缸運(yùn)作結(jié)構(gòu)圖4.2.1氣動(dòng)元件及雙向活塞式氣缸將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的元件，稱為氣動(dòng)元件。在氣動(dòng)執(zhí)行元件中，使用最多的是直線運(yùn)動(dòng)的氣缸。按照將空氣壓力轉(zhuǎn)換成力的受壓不見(jiàn)的機(jī)構(gòu)不同，有活塞式和非活塞式（如膜片式）目前使用最多的是活塞式。此次設(shè)計(jì)中采用的活塞式單桿雙向氣缸。雙向氣缸的活塞前進(jìn)或后退都能輸出動(dòng)力，行程可根據(jù)需要選擇。一般氣缸兩段都帶有緩沖裝置，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到終端時(shí)，活塞撞擊的力量很大，所以緩沖

42、裝置可以有效的減少?zèng)_撞力。同時(shí)，氣缸的兩端還設(shè)有行程開(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)氣缸是否行駛到了極限位置。當(dāng)氣缸行駛到極限位置時(shí)，行程開(kāi)關(guān)閉合，電磁閥停止供氣。4.2.2氣缸工作原理此次設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在一個(gè)方向上的雙向移動(dòng)，所以選用雙向氣缸。如下圖, 當(dāng)a道進(jìn)氣時(shí)，活塞帶動(dòng)機(jī)械手向右移動(dòng)；當(dāng)b道進(jìn)氣時(shí)，活塞帶動(dòng)機(jī)械手向左移動(dòng)。轉(zhuǎn)下一頁(yè)ba圖 4.2-2雙向氣缸示意圖4.2.3氣缸的選用氣缸的選用主要考慮的是氣缸直徑，氣缸長(zhǎng)度等。此次設(shè)計(jì)中，采用了SMC CJ2型，缸徑20mm，長(zhǎng)度為600mm的標(biāo)準(zhǔn)型雙向氣缸。4.3 電磁閥的介紹及選用4.3.1電磁閥簡(jiǎn)介及分類追朔電磁閥的發(fā)展史，到目前為止，國(guó)內(nèi)外

43、的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式），而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個(gè)分支小類(直動(dòng)膜片結(jié)構(gòu)、分步膜片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)式膜片結(jié)構(gòu)、直動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)、分步活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)) 。 （1）直動(dòng)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧力把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但一般通徑不超過(guò)25mm。 （2）分步直動(dòng)式電磁閥 原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口壓差0.05Mpa，通電時(shí)，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開(kāi)。當(dāng)入口與出口壓差&

44、gt;0.05Mpa，通電時(shí)，電磁力先打開(kāi)先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開(kāi)；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥和主閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安裝。 （3）先導(dǎo)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開(kāi)；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。 特點(diǎn)：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。4.3.2電磁閥工作原理圖此次

45、設(shè)計(jì)采用的是直動(dòng)式電磁閥，其工作原理是電磁閥內(nèi)線圈通斷電來(lái)控制閥門所在位置，以控制氣流的行駛方向，從而達(dá)到使氣缸活塞兩邊運(yùn)動(dòng)的目的。當(dāng)需要?dú)飧谆钊蛴疫\(yùn)動(dòng)時(shí)，即氣缸左邊空間進(jìn)氣。此時(shí)PLC給出信號(hào)，電磁閥開(kāi)關(guān)打開(kāi)，線圈斷電，使彈簧處于放松狀態(tài)。氣體從a管進(jìn)入氣缸。如下圖：ba 圖4.3-1電磁閥打開(kāi)氣流方向當(dāng)需要活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，則電磁閥開(kāi)關(guān)閉合，線圈帶電，產(chǎn)生磁力。彈簧被壓縮，氣體此時(shí)只能從b管進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。如下圖：轉(zhuǎn)下一頁(yè)ba圖 4.3-2電磁閥關(guān)閉氣流方向4.3.3電磁閥的選用電磁閥的選用一般從以下5點(diǎn)考慮:（1）適用性： 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號(hào)中標(biāo)定的介質(zhì)一致。

46、流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo)定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應(yīng)注明。工作壓差，管路最高壓差在小于0.04MPa時(shí)應(yīng)選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直動(dòng)式和分步直動(dòng)式；最低工作壓差大于0.04MPa時(shí)可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時(shí)應(yīng)在電磁閥前安裝過(guò)濾器，一般電磁閥對(duì)介質(zhì)要求清潔度要好。 電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動(dòng)時(shí)VA值較高。（2）可靠性： 電磁閥分為常閉和常開(kāi)二種；

47、一般選用常閉型，通電打開(kāi)，斷電關(guān)閉；但在開(kāi)啟時(shí)間很長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開(kāi)型了。壽命試驗(yàn)，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說(shuō)我國(guó)還沒(méi)有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁閥廠家時(shí)慎重。 動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式，大口徑選用快速系列。（3）安全性：一般電磁閥不防水，在條件不允許時(shí)請(qǐng)選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標(biāo)定公稱壓力一定要超過(guò)管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會(huì)縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。爆炸性環(huán)境必須選用相應(yīng)的防爆產(chǎn)品。（4）經(jīng)濟(jì)性： 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。（5）

48、根據(jù)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)選擇：常閉、常開(kāi)、或可持續(xù)通電。 當(dāng)電磁閥需要長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟，并且持續(xù)的時(shí)間多余關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)選用常開(kāi)型。 要是開(kāi)啟的時(shí)間短或開(kāi)和關(guān)的時(shí)間不多時(shí)，則選常閉型。鑒于以上特點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)選擇電磁閥型號(hào)為：SY3120-5LD-C6×34.4 光傳感器的介紹及選用傳感器是現(xiàn)在及將來(lái)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中最為重要的一個(gè)單元，其可以將外界模擬量的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)工作系統(tǒng)針對(duì)外界的變化而做出相應(yīng)控制動(dòng)作的功能。光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體

49、均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。在本次設(shè)計(jì)中，由于需要采集的信息是物體的移動(dòng)，所以采用的是光電傳感器，光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。在機(jī)械手和傳送帶自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的信息采集作用。光電傳感器的分類反射光電傳感器對(duì)射距離漫反射回歸反射圖4.4-1(1)漫反射型影響檢測(cè)的因素：安裝角度；測(cè)量物體的顏色； 振動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：安裝最簡(jiǎn)單，方便 缺點(diǎn)：漫反射光電傳感器是檢測(cè)最不穩(wěn)定的。被測(cè)物體TR傳感器圖4.4-2 漫反射型傳感器(2)回歸反射型影響檢測(cè)的因素：被測(cè)物的光主亮度；反光鏡的

50、安裝角度97年前，以上兩方面確實(shí)是回歸型傳感器存在的影響因素。但后來(lái)該類型傳感器增加了P.R.O功能：即該功能的一個(gè)重要特點(diǎn)就是：反光鏡可以把縱波轉(zhuǎn)換為橫波。發(fā)射器發(fā)射的是縱波，而接收器只能接收橫波。發(fā)射器發(fā)射的縱波經(jīng)過(guò)反光鏡把縱波轉(zhuǎn)變成橫波，由接收器接收。由于物體沒(méi)有把縱波轉(zhuǎn)變?yōu)闄M波的功能，因此，無(wú)論物體光亮度如何，只能把發(fā)射器發(fā)射的縱波返回，接收器不能接收到橫波信號(hào)，這樣，就可以準(zhǔn)確地檢測(cè)物體的有無(wú)。優(yōu)點(diǎn)：可檢測(cè)透明物體和光亮度高的物體；檢測(cè)穩(wěn)定，安裝方便缺點(diǎn)：當(dāng)反光鏡或傳感器表面有灰塵時(shí)，檢測(cè)精度降低?？梢愿淖儼惭b方式，經(jīng)常擦拭灰塵來(lái)消除此影響。反光鏡角度影響檢測(cè)精度反光鏡TR傳感器圖4

51、.4-3 回歸反射型傳感器(3)對(duì)射型影響檢測(cè)的因素：被測(cè)物的透光性；被測(cè)物的大小優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)精度最高缺點(diǎn)：安裝不方便，占用較大安裝空間；能檢測(cè)透明和體積小的物體T發(fā)射器R接收器圖4.4-4對(duì)射型傳感器(4)距離型傳感器原理：該傳感器的檢測(cè)距離是一定的，因此，檢測(cè)的發(fā)射光和反射光間的角度也是一定值。當(dāng)傳感器檢測(cè)被測(cè)物時(shí)，檢測(cè)到發(fā)射光和由被檢測(cè)物返回的反射光之間的角度和設(shè)定的角度不同，此時(shí)，傳感器就認(rèn)為檢測(cè)到物體。 另外，該傳感器發(fā)射器是點(diǎn)發(fā)射，而接收器是面接收。這樣，就允許被測(cè)物有一個(gè)更大的偏轉(zhuǎn)角度。優(yōu)點(diǎn)：和物體的顏色無(wú)關(guān)；被測(cè)物可以偏轉(zhuǎn)更大的角度；有灰塵擋住時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)入射光和反射光

52、的強(qiáng)度，保證檢測(cè)精度不受灰塵的影響；安裝方便常用參數(shù)(1)應(yīng)差距離當(dāng)物體移到傳感器臨界檢測(cè)距離時(shí)，傳感器有輸出；而當(dāng)物體向右移動(dòng)時(shí)，傳感器并不隨之就沒(méi)有輸出了，而是移動(dòng)一段距離后，傳感器才沒(méi)有輸出。這段距離就是應(yīng)差距離。應(yīng)差距離越小越好，現(xiàn)在應(yīng)差距離一般在1mm6mm間。(2)檢測(cè)距離指?jìng)鞲衅髯畲髾z測(cè)的距離。對(duì)于漫反射型傳感器來(lái)說(shuō)，是可以檢測(cè)到物體的最大距離；回歸反射型傳感器是傳感器和反光鏡間的距離；對(duì)射型傳感器是發(fā)射器和接收器間距離。(3)IP等級(jí)IP等級(jí)指?jìng)鞲衅鞯姆缐m防水的等級(jí)(前一數(shù)字是防塵等級(jí)，后一數(shù)字是防水等級(jí))。如：IP68：完全防塵，可以長(zhǎng)時(shí)間在水中工作；IP67：完全防塵，可以

53、在水中工作90分鐘；IP65：完全防塵，防水噴濺。（4) L(ight)-ON/D(ark)ON模式L(ight)-ON：沒(méi)有檢測(cè)物時(shí)，傳感器有輸出D(ark)-ON：有檢測(cè)物時(shí)，傳感器有輸出 光電傳感器選用原則：（1）能用對(duì)射，用對(duì)射。不能用對(duì)射時(shí)再考慮其它方式(2）光點(diǎn)直徑被測(cè)物的大小由于生產(chǎn)線上的物件有外形上的不規(guī)則性，直反式的光電傳感器可能不能及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信息，或者效果不明顯。并且由于機(jī)械手必須準(zhǔn)確抓握物件，防止物件的損傷，所以對(duì)時(shí)間反應(yīng)上要求較為嚴(yán)格。同時(shí)傳送帶寬度為1M，所以此次設(shè)計(jì)選用對(duì)射式光傳感器。5 系統(tǒng)的仿真分析5.1 PLC的編程語(yǔ)言及常用語(yǔ)言設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介（1）順序功能流程

54、圖語(yǔ)言（SFC）順序功能流程圖語(yǔ)言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言。編程時(shí)將順序流程動(dòng)作的過(guò)程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對(duì)控制系統(tǒng)的功能流程順序進(jìn)行分配，一步一步的按照順序動(dòng)作。每一步代表一個(gè)控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語(yǔ)言使程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀及維護(hù)，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時(shí)間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合。圖5.1-1是一個(gè)簡(jiǎn)單的功能流程編程語(yǔ)言的示意圖。 轉(zhuǎn)下一頁(yè)圖5.1-1功能流程編程語(yǔ)言示意圖順序功能流程圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對(duì)用戶程序理解；避

55、免梯形圖或其他語(yǔ)言不能順序動(dòng)作的缺陷，同時(shí)也避免了用梯形圖語(yǔ)言對(duì)順序動(dòng)作編程時(shí)，由于機(jī)械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時(shí)間也大大縮短。（2）指令表語(yǔ)言（IL） 指令表編程語(yǔ)言是與匯編語(yǔ)言類似的一種助記符編程語(yǔ)言，和匯編語(yǔ)言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無(wú)計(jì)算機(jī)的情況下，適合采用PLC手持編程器對(duì)用戶程序進(jìn)行編制。同時(shí)，指令表編程語(yǔ)言與梯形圖編程語(yǔ)言圖一一對(duì)應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。圖5.1-2就是與圖2PLC梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表。 圖5.1-2 指令表指令表表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：采用助記符來(lái)表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便

56、于操作，可在無(wú)計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。其特點(diǎn)與梯形圖語(yǔ)言基本一致。(3)梯形圖語(yǔ)言（LD） 梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最常用的編程語(yǔ)言。它是與繼電器線路類似的一種編程語(yǔ)言。由于電氣設(shè)計(jì)人員對(duì)繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語(yǔ)言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。梯形圖編程語(yǔ)言與原有的繼電器控制的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，應(yīng)用時(shí)，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對(duì)待。圖5.1-3是典型的交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制電路圖。圖5.1-4是采用PLC控制的程序梯形圖。 圖5.1-3 交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)電路圖圖5.1-4 PLC梯形圖(4)功能模塊圖語(yǔ)言（FBD）功能模塊圖語(yǔ)言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語(yǔ)言。采用功能模塊圖的形式來(lái)表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。圖5.1-5是對(duì)應(yīng)