【基于PLC的氣動機械臂的設計9200字（論文）】

I一、引言機械手是一種高科技的產(chǎn)物，是服務于如今現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要工具之一ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]。機械手的研發(fā)和出現(xiàn)，并且能夠適應各種生產(chǎn)條件和環(huán)境，因此機械手的應用范圍非常之大。在工業(yè)領(lǐng)域，機械臂由于靈活、實用性強等優(yōu)點被迅速普及，應用于各種環(huán)境。作為一種較新的技術(shù)應用，機械臂雖然是一種器械化的工具，沒有像人的手臂那樣具備隨心所欲的優(yōu)點，但是它卻可以日夜不停地工作，并且不用擔心發(fā)生機械事故，其生產(chǎn)能力遠遠超過人類ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2-3]。因此，機械手在許多部門得到了廣泛的應用。其結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示。圖1-1機械手的組成圖工業(yè)機器人俗稱機械手或者機械臂，它本質(zhì)上是一種運用自動化技術(shù)的生產(chǎn)器械A(chǔ)DDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4]。自世界上第一臺機械手應用于美國之后，機械手的優(yōu)良特性及其優(yōu)越的生產(chǎn)能力被世界廣泛認可，并迅速應用于人類生產(chǎn)的大部分專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，比如記錄、裝配、裝配等等。機械手運用了很多高新技術(shù)，比如傳感器、計算機技術(shù)、仿生工程、機電一體化等等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]。工業(yè)機器人模仿了人類的工作方式，大大降低了工廠車間人員的勞動強度。此外，不適合人類在這種環(huán)境中工作的含有放射性物質(zhì)的礦山、隧道等場所，就可以用工業(yè)機器人代替，這不僅可以確保工人的安全，而且可以使工作更快、更方便ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6]。工業(yè)機器人在機械工程、電氣工程、航空航天等關(guān)鍵行業(yè)以及電子和計算機等其他新興高科技行業(yè)具有強大的競爭力。工業(yè)機器人即便在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也是居于重要的位置，由于它是機電一體化數(shù)字技術(shù)的先進應用，在推動國家建設中發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。如今機械手正朝著“高速、準確、重載、輕量化”的方向邁進。日本機械協(xié)會對機械手的平均性能、精度和智能度進行了詳細的分析和檢測ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]。研究認為，機械手要想實現(xiàn)其智能化和靈活性，在設計上首先要確定其參數(shù)的精準性，比如它的定位和活動軌跡系統(tǒng)參數(shù)的設定。但是，隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，機械手在自重上和傳動質(zhì)量上都得到了相應提高，而其性能也得到了一定程度的優(yōu)化ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]。研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排如下：（1）基于西門子PLC的氣動機械控制系統(tǒng)的總體設計包括總體方案設計、部件、軟硬件和系統(tǒng)功能分析。（2）完成基于西門子PLC的氣動執(zhí)行器臂控制系統(tǒng)的硬件電路設計，包括可編程控制電路、氣動電路、機械手軌道線、機械外部電路：鍵盤、顯示器、應急電路等。系統(tǒng)的主要模塊選擇在以下設備上：可編程控制器、安全傳感器、顯示器、氣動閥、應急芯片等。（3）編寫PLC的控制系統(tǒng)，并對機械臂的運行軌跡進行設計與研發(fā)，此外，對氣動閥的研究能夠優(yōu)化機械臂的性能和實際使用。二、系統(tǒng)總體設計與元器件選型（一）系統(tǒng)的總體設計方案機械臂的總體設計方案如圖2-1所示：壓縮機開啟后，氣動閥將控制氣流進一步導入機械臂，為機械臂提供氣動力，而此外，PLC也會給氣動閥提供一部分動力。PLC還指示機械臂根據(jù)運動路徑檢測自由工件?；谠撾娐返膽毖b置和視頻屏幕系統(tǒng)上的負載可以有效地用于保護和監(jiān)控目的，從而提高機械臂的利用效率。圖2-1系統(tǒng)設計方案（二）系統(tǒng)的氣動控制氣動機械臂本質(zhì)上屬于在壓縮空氣提供的動力下進行工作的。它有以下特點：介質(zhì)便于氣體收集，打印輸出低，可抓握30kg的重物。與其他來源相比，氣動機械臂的速度相對較快，并且結(jié)構(gòu)和成本相對較低。然而，其運行速度的穩(wěn)定性由于降低的緣故導致沖擊力的減小。因此，氣動機械手應在高速、溫度較高、以及空氣中含有粉塵的常規(guī)環(huán)境條件中使用。根據(jù)氣動機械臂的不同軌跡，可使用四個執(zhí)行器缸來實現(xiàn)運動，上下機械臂可由升降缸來實現(xiàn)；通過擺動氣缸完成機械臂的左右路徑；伸縮油缸用于實現(xiàn)機構(gòu)桿的前后排；機械凸輪由氣缸的氣動凸輪夾緊和釋放。使用兩個電磁五通開關(guān)閥。驅(qū)動氣缸由兩個工作開口、兩個排氣開口和一個進氣連接組成。三個氣缸配有電磁控制閥，一個氣缸配有兩個電磁控制閥ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]。如圖2-2所示。圖2-2氣動控制回路（三）元器件的選型1.PLC的選擇目前，全世界只有西門子、施耐德、AB和通用電氣才能夠生產(chǎn)PLC大型設備，三菱、歐姆龍等公司則只能生產(chǎn)中型PLC；而LS、松下、富士等公司生產(chǎn)的是小型PLC。小型PLC比如S7-200系列，這是由西門子公司研發(fā)制造的，由于它成本較低、結(jié)構(gòu)精巧。性能擴展比較強大、功能豐富等優(yōu)點而廣泛使用。S7-200PLC的CPU模塊模塊集成了CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM。PLC的擴展模塊包含EM221、EM222、EM223。模擬值模塊包括EM231、EM232、EM235。通信模塊有EM277、EM241等等?？刂茀^(qū)域的物理部分可以折疊。S7-200PLC可以輕松構(gòu)建PLC網(wǎng)絡和微型PLC網(wǎng)絡，也可以實施大型項目。S7-200軟件：STEP7micro。選擇西門子S7-200PLC的原因在于它能夠適應比較多的小型系統(tǒng)的多樣需求，也可以在Windows環(huán)境下對其進行重新編譯、調(diào)試和檢測。圖2-3西門子PLCS7-200外部圖2.傳感器的選擇傳感器的篩選方面，一般需要考慮一下條件：（1）靈敏度的篩選：輸出信號值的大小取決于靈敏度的高低，信號處理越容易。如果測量值是單向的，則應該考慮使用低靈敏度的傳感器；如果測量要進行多角度，就應考慮使用靈敏度相對來說比較高的傳感器。（2）頻率反饋特點：確定傳感器的測量頻率數(shù)值區(qū)間。（3）線性范圍：傳感器的線性并不是絕對的，它只是相對來說的一個概念。因此，當對測量的精度并沒有高標準時，線性傳感器可以將測量的誤差減至最小，但不能完全消除誤差，以使測量更加準確和方便。（4）穩(wěn)定性：傳感器必須選擇能夠適應不利條件的傳感器。（5）精度：精度是傳感器選擇的重要基礎(chǔ)，決定了整個系統(tǒng)的精度。（6）傳感器的選擇必須與機器人手臂的整體電路相結(jié)合，因此我選擇了靠近漫反射鏡的光電紅外感應傳感器e3f-ds30c4。具有防雨防潮、抗干擾能力強、體積小、安裝方便、響應靈敏等特點。（四）本章小結(jié)本章主要對PLC機械手控制系統(tǒng)的總體設計方案進行了改進，在系統(tǒng)總體設計方案中選擇了開發(fā)部件的基本設計思想，并對系統(tǒng)的控制功能和系統(tǒng)指標進行了討論，以進一步提高其合理性。對于機器人手臂的每個“部分”，選擇適合其所需的元件，并選擇元件的具體型號。我們還學習了機械手的一些相關(guān)知識，并對PLC和傳感器有了更深入的了解。三、氣動機械臂的系統(tǒng)硬件設計（一）系統(tǒng)硬件概述有可以執(zhí)行各種動作的操縱器控件。氣缸A可以使機械手正向旋轉(zhuǎn)或反向旋轉(zhuǎn)，機械臂上下進行移動的功能由氣缸B控制，伸縮移動則由氣缸D控制，氣動手C可以實現(xiàn)抓握和放松。我們希望通過交叉控制，可以實現(xiàn)四個執(zhí)行元件中的勞動力移動目標。另一方面，要執(zhí)行以下方法：上下、前后、左右方向的移動，以及夾爪伸開和閉合。為此，有必要協(xié)調(diào)四個氣缸中的氣流，一次只能更換一個氣缸。而四個氣缸的更換是由四個開關(guān)進行分別控制的，控制電路的設計則是由交流繼電器KM、中間繼電器KA和時間繼電器KT這三個負責。而電磁開關(guān)有四個，并進行串聯(lián)使用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)原理圖（二）PLC的I/O分配氣動機械臂的水平缸、伸縮缸、旋轉(zhuǎn)缸和缸凸輪通過機械手柄上的電磁閥在每個缸上配備兩個電磁閥，以執(zhí)行機械手操作。啟動、停止、復位和快速停止按鈕。所有限制都有12個入口點。四個驅(qū)動器中的配備電磁閥兩個，其中一個由電磁閥進行操作。這樣一來，包括啟動、暫停和復位的輸出點，電磁閥中就有10個PLC輸出點。輸入點和輸出點的具體分布顯示在表3-1中。表3-1輸入/輸出分配表輸入輸出輸入PLC輸入輸出PLC輸出開啟旋鈕I0.0開啟指令HL1Q2.0暫停旋鈕I0.0暫停指令HL2Q2.1復位旋鈕I2.2復位指令Q2.3急停旋鈕I0.3應急暫停指指令Q2.4上I1.5向上電磁閥Q1.5下I1.6向下電磁閥Q1.6左I1.1向左電磁閥Q1.3右I1.2向右電磁閥Q1.2前I1.1前進電磁閥Q1.3后I1.2后退電磁閥Q1.4夾爪伸開I1.1夾爪閉合I1.2圖3-2PLC內(nèi)部接線圖（三）傳感器的設計傳感器在電氣工程中有著關(guān)鍵性的應用，它是啟動機械臂不可分割的一個組成?？梢哉f，電氣技術(shù)之所以能夠展開，是由于傳感器的影響。傳感器與系統(tǒng)的器官相匹配。它們可以快速準確地接收信息，并能夠客服一切不利條件，以確保高質(zhì)量的電氣系統(tǒng)。目前，機電臂技術(shù)的快速發(fā)展并不依賴于傳感器。如果沒有傳感器，很難開發(fā)機械手。傳感器自動記錄系統(tǒng)狀態(tài)和對象信息，并實現(xiàn)報警和緊急停止系統(tǒng)。1.安全傳感器當機器人手臂模仿人體肢體時，傳感器的設計原理就是利用仿生學，傳感器可以看作是人的感統(tǒng)部分，為機械手的工作設計人為工作的邏輯模式，其安裝部位一般處于機械手的手臂和手指區(qū)域。如圖3-3所示。圖3-3安全傳感器2.光電傳感器光電傳感器采用的是光電子安全防護罩，又名安全光柵。它的作用是確保在工人和機械裝置同時在場的情況下，對能夠為工人的安全工作進行防護。尤其是工人在大型機械、切割機、變電裝置等危險區(qū)進行作業(yè)的時候。光電傳感器的工作原理依賴于它發(fā)射的紅外光線，當這種紅外光線被擋著的時候，相應的應急裝置就會發(fā)出警報并斷開電源，以杜絕可能發(fā)生的安全事故。這種設計的使用可以有效避免人身的安全，并降低由于人身危險而帶來的巨大經(jīng)濟成本。如圖3-4所示。圖3-4光電傳感器圖3-5傳感器原理圖3.其他外部硬件在氣動機構(gòu)臂的構(gòu)造過程中，應注意，機械手的臂在動作過程中會抖動。如果要避免這種故障的發(fā)生，可以降氣動馬達裝備在氣動機構(gòu)臂上，這樣做的原因在于氣動馬達可以將壓縮空氣通過轉(zhuǎn)換來推動機械動力裝置。該結(jié)構(gòu)具有幾個優(yōu)勢：第一，可以通過壓縮氣流，改變電機的額定功率，還可以對其進行提速，而機械臂的抖動現(xiàn)象也會得到緩解。（2）可以向前或向后移動。大多數(shù)空氣馬達通過控制閥改變發(fā)動機的方向和功率，控制閥可以產(chǎn)生空氣馬達的反向調(diào)節(jié)。3.在火災、爆炸、振動、潮濕和粉塵等不利條件下不會影響工作的不利條件。（四）安全報警系統(tǒng)安全報警系統(tǒng)由于成本較低，既可以減少人工的使用，提高管理效率，從成本來看，也可以降低成本，并可以利用先進技術(shù)實現(xiàn)戰(zhàn)斗力。同時，除傳感器系統(tǒng)外，當機械手的手在工作時，人員工作不正確或必須停止機械手的操作。此時，操縱器通過觸摸傳感器的傳感器區(qū)域立即停止。報警系統(tǒng)也會發(fā)出警報。解決問題的員工不僅可以保護人，還可以拯救人，一旦操縱者焦慮，它可以輕松處理。此外，在設備以及產(chǎn)品等財產(chǎn)受到可能的威脅時，報警系統(tǒng)就會被觸發(fā)，并開始響應，這樣就可以避免產(chǎn)品設備的遭到損害，從而可以毫不費力地完成機械臂的效率。這次設計的機械臂報警系統(tǒng)，主要有7個光電開關(guān)，可以自動檢測危險問題，3S后發(fā)出報警。如圖3-6所示。圖3-6報警系統(tǒng)原理圖反射電路從振蕩電路產(chǎn)生脈沖反射，光脈沖由熒光燈產(chǎn)生。當檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)目標的時候，光電晶體管就會對光脈沖進行反射。電脈沖信號用放大器將接收到的光電脈沖進行放大。最后，燈開關(guān)被激活，信號被延遲或不被延遲。光電開關(guān)可以在復位操作上發(fā)揮很大的作用，它可以通過自診斷系統(tǒng)檢測光狀態(tài)，確保工作流程的進行，并隨時記錄光電開關(guān)的運行情況。比如哪里出現(xiàn)故障，則該信號就可以傳輸?shù)絇LC的輸入端口。在出現(xiàn)故障的時候，故障燈就會因此響應，故障被排除后，故障燈就會為之熄滅。當繼續(xù)呼叫只需要一個脈沖信號，所以要鎖定呼叫電路。如果出現(xiàn)錯誤且指示燈閃爍，則必須使用諧振電路。如果燈鈴一直沒有消失，則振蕩電路同時斷開，并且圓因振動而斷開。緊急電路優(yōu)先。因此，如果一個錯誤發(fā)生而另一個錯誤出現(xiàn)，系統(tǒng)不會響應。為了實現(xiàn)此功能，就需要電路聯(lián)鎖機制ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴紅</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴紅</author></authors></contributors><titles><title>康復醫(yī)學</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民衛(wèi)生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]?；赑LC有著抗干擾的安全特性和蜂鳴器并不適合長時間使用，我們可以使用相同類型的LED和蜂鳴器及時更換它們，大大提高系統(tǒng)性能。系統(tǒng)的I/O分配顯示在表3-2中。表3-2報警系統(tǒng)I/O地址分配檢測電源AI2.2報警1Q1.3檢測電源BI2.1安全報警2Q1.1檢測電源CI2.2指示燈（1）Q1.5檢測電源DI2.4指示燈（2）Q1.4檢測電源EI2.5指示燈（3）Q1.4檢測電源FI3.3指示燈（4）Q1.3檢測電源GI3.1檢測控制開始I0.0檢測控制終結(jié)I0.2檢測燈AQ2.3控制終止I0.2檢測燈BQ2.4檢測燈CQ2.5檢測燈DQ2.4報警系統(tǒng)開始I1.0檢測燈EQ2.5報警系統(tǒng)停止I2.1檢測燈FQ2.7檢測燈GQ2.9（五）本章小結(jié)本章重點介紹了西門子PLC機械手控制系統(tǒng)的硬件設計，主要從系統(tǒng)的硬件概述來描述機械臂的工作軌跡，并對一些可能的動作進行了改進。此外，對歷史數(shù)據(jù)和以往資料的查詢，對傳統(tǒng)的機械臂進行了創(chuàng)新，并添加了更先進的安全傳感器和光電傳感器。對過去搖動機械臂的條件進行了優(yōu)化，并加載制動電機以減少機械臂的搖動。集成PLC屏幕顯示裝置的完成以及報警和緊急停機系統(tǒng)的添加確保了機械手的安全和質(zhì)量。四、氣動機械臂的控制系統(tǒng)軟件設計西門子軟件依賴于中央處理單元（CPU）、系統(tǒng)程序存儲單元、I.O地址范圍、用戶程序存儲范圍和子項目進行管理。程序由壓縮機啟動，PLC隨即操控壓縮機的功率，并提供控制模式的選擇，其原始狀態(tài)是自動模式。在少數(shù)條件下，通過LCD控制面板手動控制。在機械臂操作過程中，光電傳感器檢測到緊急情況，實現(xiàn)快速停機報警。報警位置被發(fā)送到屏幕，以觀察操作員的解決方案?？焖偻C后，系統(tǒng)返回其原始位置繼續(xù)運行。如圖4-1所示程序流程圖。圖4-1軟件系統(tǒng)程序圖（二）軟件設計概述（1）中央處理單元（CPU）一般來說，中央計算單元（CPU）包含三個部分，這三個部分分別是寄存器、控制器和運算器。處理器一般通常由數(shù)據(jù)總線、地址總線與存儲單元連接到輸入和輸出端的。與大多數(shù)民用計算機一樣，其主體部分是中央處理器，而系統(tǒng)的工作原理就是實現(xiàn)對各功能進行分配。用戶程序和存儲器中的數(shù)據(jù)在PLC運行時預先存儲，可執(zhí)行程序由處理器掃描。處理器是需要將數(shù)據(jù)總線、地址簿和總線作為傳輸工具以連接到存儲設備、輸入和輸出接口。這一點與普通計算機并無區(qū)別，PLC的核心部分是處理器，其工作的重點就是實現(xiàn)系統(tǒng)級的分配指令。當PLC運行且處理器掃描要執(zhí)行的程序時，預先存儲用戶程序和存儲器中的數(shù)據(jù)。處理器通過對輸入輸出的內(nèi)容來控制程序和數(shù)據(jù)的接收以及儲存，用以保持其數(shù)據(jù)內(nèi)容的作用。同時，處理器也將錯誤的信息進行存儲，檢測內(nèi)部電路和編譯用語，并讀取PLC中的程序命令，傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)指令執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算。基于這些結(jié)果，更新標記狀態(tài)和輸出圖像選項卡的內(nèi)容，然后導出組件以執(zhí)行輸出控制、表格打印或數(shù)據(jù)傳輸功能。根據(jù)PLC，CPU芯片的類型不同：傳統(tǒng)的CPU芯片由制造商開發(fā)。PLC控制信號的處理能力和速度決定了處理器中晶體的質(zhì)量和性能。系統(tǒng)處理的信息計算得越快，處理器的數(shù)量就越高。近年來，CPU芯片技術(shù)不斷改進和發(fā)展，PLC功能不斷完善（2）系統(tǒng)程序存儲器PLC制造商使用它將其開發(fā)的系統(tǒng)程序存儲在用戶無法修改的系統(tǒng)存儲庫中。這允許PLC執(zhí)行基本功能并完成PLC設計者定義的任務。（3）I/O地址范圍PLC的I/O的模塊特性主要代表模塊電路的電氣特性，如電流、電壓、閉合時間、絕緣等。（4）用戶存儲字段程序存儲器和功能存儲器構(gòu)成用戶存儲器?？蛻魧Ｓ么鎯^(qū)域用于存儲執(zhí)行特定任務的PLC程序。根據(jù)所選存儲器模塊的類型，用戶的存儲器可能由RAM（低電壓保護）、EPROM或EPROM存儲器組成。用戶可以隨意更改、添加或刪除其內(nèi)容。（5）次級方案的組成危險收集程序和LCD顯示程序以及機械臂快速停止程序。（二）急?？刂葡到y(tǒng)系統(tǒng)采用緊急停機控制系統(tǒng)，包括集電模塊、傳感器工作模塊和緊急停機控制模塊，其中集電模塊和傳感器工作模塊電連接，傳感器工作模塊與緊急停機控制單元、報警系統(tǒng)和緊急停機控制模塊，在傳感器工作期間，報警系統(tǒng)接收故障新號的指示，立即中斷控制系統(tǒng)的繼續(xù)運行。當人為操作時，人只需要按下急停開關(guān)，機械臂就會中斷工作。圖4-2顯示。圖4-2急停梯形圖（三）液晶顯示屏系統(tǒng)作為帶有機械手的PLC操作終端（西門子PLC），機械手可以通過LCD屏幕發(fā)送命令。（1）屏幕功能（用戶界面、系統(tǒng)界面）和用戶界面功能（用戶屏幕）；（2）系統(tǒng)屏幕監(jiān)控功能；（3）數(shù)據(jù)選擇；（4）報警功能。鑒于LCD必須監(jiān)控所有組件并實現(xiàn)控制，任務相對困難。則系統(tǒng)使用mt506tv觸摸屏。（1）可以隨時監(jiān)控操縱器的狀況。（2）機器人可以操縱觸摸屏并在PLC中做出反應?？捎糜跈z測其他設備的控制器，如故障位置、報警位置和緊急停止狀態(tài)。（3）使用視頻屏幕或快照捕獲視頻或快照可能更具功能性。如圖4-3內(nèi)部接線圖。圖4-3PLC與顯示屏接線圖（四）機械臂抓取系統(tǒng)氣動機機械臂的抓夾系統(tǒng)：在初始狀態(tài)下，氣動機械臂處于初始位置（夾具處于釋放狀態(tài)，機械臂處于向上狀態(tài)和減小狀態(tài)）。按下開始按鈕i1.0后，首先對準機械臂，然后向下抓住加工部分，抓住穩(wěn)定性，然后在機械臂的位置左右移動，雙手向上和縮回后，用手掌松開加工部分，最后機械臂向上，縮回并返回到原始位置以執(zhí)行下一個周期性運動。如圖4-4所示機械臂抓取程序梯形圖。圖4-4機械臂抓取程序梯形圖（五）光電檢測系統(tǒng)七個光電檢測開關(guān)安裝在氣動機械手“西門子PLC”上，安裝在機械手的每個關(guān)鍵元件上。該系統(tǒng)連接到七個光電探測器。如果其中一個光電探測器有危險，系統(tǒng)則會在發(fā)出危險信號的同時中斷工作。如圖4-5所示。圖4-5光電檢測系統(tǒng)梯形圖（六）本章小結(jié)本章介紹了西門子PLC機械臂控制系統(tǒng)的軟件，并全面檢查中央處理單元、系統(tǒng)存儲器模塊、I.O地址映射、用戶存儲器程序和子程序。了解機器的功能。芯片的技術(shù)更新，相應地也對PLC的功能以及安全性方面有了巨大的提升。學習用PLC繪制導線電路程序，并添加快速停機控制軟件、LCD顯示程序和機械光電檢測系統(tǒng)，以提高氣動機器臂的性能，使PLC氣動機械臂更受社會歡迎。五、系統(tǒng)調(diào)試（一）開發(fā)工具（1）Micro/Win編程軟件，用于工程分發(fā)包的編譯。（2）STEP7-Micro/WINSMART，這是專門為S7-200SMART的應用開發(fā)的軟件，該軟件可以在WindowsXP以上的系統(tǒng)運行，支持LAD、FBD和STL語言。（3）STEP7V5.5+。（4）SIMATICWinCCflexible可視化組態(tài)軟件。（二）公共程序調(diào)試通用程序調(diào)試是編程的前提。氣動機械能臂依靠氣體為動力源，機械臂的啟動必須依靠壓縮機提供空氣，以便壓縮機能夠首先運行并按壓機械臂。圖5-1公共程序梯形圖（三）自動及手動操作程序調(diào)試PLC的工作原理是先從壓縮機開始的，壓縮機開啟后，則機械臂自動向左開始移動，這是默認的方向，這個時候機械臂不能往右轉(zhuǎn)移。想讓它停止移動的時候，則可以按下左按鈕。同時，如果想要機械臂向右移動，其原理與之前一樣。機械手的操作大致分為上下、左右、前后方向指令以及抓手伸開和閉合。該程序可實現(xiàn)自動和手動控制，工作原理與左偏移相同。程序梯形圖如圖5-2所示。圖5-2機械臂自動控制梯形圖（四）系統(tǒng)報警及復位程序調(diào)試在機械臂進行作業(yè)活動的時候，其中有7個光電傳感器會進行識別，在傳感器能夠感知到威脅的時候，系統(tǒng)便會第一時間進行報警操作，從而暫停一切生產(chǎn)活動。除非威脅或者故障被排除，確定不會發(fā)生危險