機(jī)械手畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；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，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；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)技術(shù)有效抑制外部干擾源對(duì)PL

2、C的影響，此外PLC還可在強(qiáng)、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小。本設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。</p><p>　　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)械手問世以來，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)械手一般由

3、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

4、控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(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)</p><p>　　關(guān)鍵詞　意義；應(yīng)用；前景；編程語言；設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Summary<

5、/b></p><p>　　plc with modern technology is the microprocessor controller as a general control of the industry, its reliability and anti-interferenceability ； plc with the use of modern lsi adopt strict pr

6、oduction process and internal circuit adopted advanced anti-interference technology, with very high reliability, in addition, plc with a hardware failure and detection capabilities, the failure of information to the time

7、ly alarm；plc the photoelectric isolation and technical skills filtering is effective in t</p><p>　　Keywords：　significance, application, prospect，the programming language，designed.</p><p>　　不要?jiǎng)h除行

8、尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　SummaryII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 本設(shè)計(jì)的意義

9、1</p><p>　　1.2 本文主要做的工作1</p><p>　　1.2.1 問題提出1</p><p>　　1.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1</p><p>　　第2章 可編程控制器的概述3</p><p>　　2.1.1 PLC的類型3</p><p>　　2.1.2 PLC

10、檔次4</p><p>　　2.1.3 按I/O點(diǎn)數(shù)分類4</p><p>　　2.2 可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景5</p><p>　　2.2.1 強(qiáng)量邏輯運(yùn)算5</p><p>　　2.2.2 國外PLC發(fā)展概況6</p><p>　　第3章 可編程控制器的編程語言7</p><

11、p>　　3.1 可編程控制器的幾種編程語言7</p><p>　　3.1.1 梯形圖編程語言(LD-Ladder Diagram)7</p><p>　　3.1.2 功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram)8</p><p>　　第4章 PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 各

12、電器設(shè)備的控制方式及控制要求9</p><p>　　4.1.1 機(jī)械手的技能和特性9</p><p>　　4.1.2 軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)9</p><p>　　4.2 電器元件、設(shè)備的選擇10</p><p>　　4.2.1 PLC機(jī)型的選擇10</p><p>　　4.2.2 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)11</p

13、><p>　　4.2.3 電源模塊的選擇11</p><p>　　4.2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇12</p><p>　　4.3 控制流程圖13</p><p>　　4.4 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4.2 控

14、制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4.3 梯形圖設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.5 功能表圖設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5.1 步的劃分27</p><p>　　4.5.2 轉(zhuǎn)換條件的確定28</p><p>　　4.5.3 功能表圖的繪制29</p><p>　

15、　4.5.4 梯形圖的編制29</p><p>　　4.5.5 功能表圖的繪制方法29</p><p>　　4.5.6 功能表圖的基本結(jié)構(gòu)31</p><p><b>　　結(jié) 論36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><

16、;b>　　附 錄38</b></p><p><b>　　指令表39</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p>　　千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行&

17、lt;/p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　本設(shè)計(jì)的意義</b></p><p>　　機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個(gè)重要組成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生

18、產(chǎn)過程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無法滿足該行業(yè)的需要。</p><p>　　機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近

19、代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。</p><p><b>　　本文主要做的工作 </b></p><p><b>　　問題提出 </b></p><p>　　PLC控制的機(jī)械手最主要是應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)中，如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控

20、制器控制系統(tǒng)的一般方法。 </p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 </p><p>　?。?1 ）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來確定，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)； </p><p>　?。?2 ）選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)； </p><p>　?。?3 ）選定 PLC 的型號(hào)； </p&g

21、t;<p>　?。?4 ）編制 PLC 的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖； </p><p>　?。?5 ）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)； </p><p>　?。?6 ）了解并遵循用戶認(rèn)知心理學(xué)，重視人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)人與機(jī)器之間的友善關(guān)系； </p><p><b&

22、gt;　　可編程控制器的概述</b></p><p>　　2.1可編程控制器的基本知識(shí)</p><p><b>　　PLC的類型</b></p><p>　　PLC的種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同，對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類.根PLC的結(jié)構(gòu)形式可將PLC分為整體式和模塊式兩類&

23、lt;/p><p><b>　　整體式PLC </b></p><p>　　整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等各件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式機(jī)構(gòu)。</p><p>　　整體PLC由不同PLC點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展

24、口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電等，沒有CPU，基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展</p><p><b>　　模塊式PLC </b></p><p>　　模塊式PLC是將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、

25、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及其他模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成，模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活、可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用這種模塊式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU，電源，I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊。但它們之間是非電纜進(jìn)

26、行聯(lián)接，并且各模塊可以應(yīng)地疊裝，這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。</p><p><b>　　PLC檔次</b></p><p>　　根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低，中，高檔次</p><p>　?。?）低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷監(jiān)控等基本功能還可以少量模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和

27、比較等功能，主要用于邏輯控制，順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）中檔PLC出具有低檔PLC的功能外，還具有模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程I/O，子程序，通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還可增設(shè)中斷控制，PID控制等功能，適應(yīng)于復(fù)雜控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號(hào)算術(shù)運(yùn)算，矩陣運(yùn)算，位邏輯

28、運(yùn)算，平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。</p><p><b>　　按I/O點(diǎn)數(shù)分類</b></p><p>　　根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類</p><p>　?。?）.型PLC——I/

29、O點(diǎn)數(shù)<256點(diǎn)，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下</p><p>　　CE-I型 美國通用電氣（GE）公司</p><p>　　TI100 美國德洲儀器公司</p><p>　　F、F1、F2 日本三菱電氣公司</p><p>　　C20 C40

30、 日本歐姆龍公司</p><p>　　SF200 德國西門子公司</p><p>　　EX20 EX40 日本東芝公司</p><p>　　SR-20/21 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司</p><p>　　（2）．中型——點(diǎn)數(shù)256-2048點(diǎn)，雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2-8K&l

31、t;/p><p>　　S7-300 德國西門子</p><p>　　SR-400 中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司</p><p>　　SU-5 SU-6 德國西門子公司</p><p>　　C-500 日本立石公司</p><p>　　

32、CE-Ш GE公司</p><p>　　（3）. 大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)>2048點(diǎn)，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量8-16K</p><p>　　S7-400 德國西門子公司</p><p>　　GE-IV GE公司</p><p>　　C-2

33、000 立石公司</p><p>　　K3 三菱公司</p><p>　　可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景</p><p>　　目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金，石油，化工，剪彩，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 的不斷提高，器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾

34、個(gè)方面：</p><p><b>　　強(qiáng)量邏輯運(yùn)算</b></p><p>　　1.利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)收等功能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，科取代傳統(tǒng)的繼電器控制用于單片機(jī)控制，多機(jī)群控制，生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例：機(jī)床，注塑機(jī)印刷機(jī)械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　

35、　2. 大多數(shù)PLC都有拖動(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，這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備。例如：各種機(jī)床，裝配機(jī)械。機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。</p><p>　　3.大，中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能。有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出，所以PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置控制和

36、速度控制等方面。</p><p>　　4.現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳遞，轉(zhuǎn)換，排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，分析和處理，同時(shí)的通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：CNC設(shè)備進(jìn)行處理。</p><p>　　5.PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)，PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過通信處理單元，通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，已實(shí)現(xiàn)

37、信息的交換和構(gòu)成。集中管理分散控制的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。</p><p><b>　　國外PLC發(fā)展概況</b></p><p>　　PLC在問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展。在美、德國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)

38、廠家生產(chǎn)PLC。較多的有美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司。韓國：三星、LG公司等</p><p><b>　　PLC的發(fā)展前景</b></p><p>　?。?）產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個(gè)方向發(fā)展</p><p>　　大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)，32位微處理器，多CPU并行工作

39、，大容量存儲(chǔ)器，掃描速度快高速；</p><p>　　小：整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本；</p><p>　?。?）PLC在閉環(huán)過程中應(yīng)用日益廣泛；</p><p>　?。?）不斷加強(qiáng)通訊功能；</p><p>　　（4）新器件和模塊不斷推出</p><p>　　可編程控制器的編程語言&

40、lt;/p><p>　　可編程控制器的幾種編程語言</p><p>　　可編程控制器的編程語言按IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)來分主要包括圖形化編程語言和文本化編程語言。圖形化編程語言包括:梯形圖(LD-Ladder Diagram)、功能塊圖(FBD-Function Block Diagram)、順序功能圖(SFC-Sequential Function Chart)。文本化編程語言包括:指

41、令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本(ST-Structured Text)。這些語言是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的編程語言.而SFC編程語言則在兩類編程語言中均可使用。下面分別來介紹這幾種編程度語言。</p><p>　　梯形圖編程語言(LD-Ladder Diagram) </p><p>　　梯形圖來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛

42、使用的一種圖形化語言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護(hù)人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級(jí)通過各個(gè)觸點(diǎn)、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點(diǎn)是右側(cè)的電力軌線。每一個(gè)觸點(diǎn)代表了一個(gè)布爾變量的狀態(tài)，每一個(gè)線圈代表了一個(gè)實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)，一個(gè)簡單的梯形圖程序如圖3.1所示:&l

43、t;/p><p>　　圖3.1    梯形圖程序示例</p><p>　　梯形圖的每個(gè)梯級(jí)表示一個(gè)因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級(jí)的右面。</p><p>　　梯形圖編程語言具有如下特點(diǎn):</p><p>　　(1) 與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;</p>

44、<p>　　(2) 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí);</p><p>　　(3) 對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰;</p><p>　　(4) 可讀性仍不夠好。</p><p>　　幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒有右邊的電力軌線。有時(shí)

45、在有此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。</p><p>　　功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram)</p><p>　　功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來表示，每一個(gè)功能模塊的左側(cè)有不少于一個(gè)的輸入端，右側(cè)有不少于一個(gè)的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點(diǎn)對(duì)

46、應(yīng)的地方。</p><p>　　功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊。基本功能模塊如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時(shí)，脈沖輸出，計(jì)數(shù)器等等。功能塊編程語言具有以下特點(diǎn):</p><p>　　(1) 以功能模塊為單位,從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變的容易;</p><p>　　(2) 功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌

47、握，方便組態(tài)，易操作。是有發(fā)展前途的一種編程語言;</p><p>　　(3) 對(duì)較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時(shí)間;</p><p>　　(4) 因?yàn)槊恳粋€(gè)功能模塊要占用一定程序存儲(chǔ)空間，對(duì)功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此，這種語言在大中型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。</p><p>　　PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)

48、設(shè)計(jì)</p><p>　　各電器設(shè)備的控制方式及控制要求</p><p><b>　　機(jī)械手的技能和特性</b></p><p>　　根據(jù)古典力學(xué)觀點(diǎn)，物體在三維空間的靜止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機(jī)械手，其機(jī)能要接近人的上肢，則需要具有27個(gè)自

49、由度，而每一個(gè)自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉”。就目前的技術(shù)狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機(jī)械手的功能搞得那么復(fù)雜，動(dòng)作彼此嚴(yán)重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機(jī)械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機(jī)、本體、手臂和手指都得有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，總共就要有24個(gè)自由度。這在實(shí)際上也是不必要的，這樣會(huì)使機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用增多。因此，不應(yīng)盲目模仿人手的動(dòng)作，增加過渡的

50、自由度，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要的動(dòng)作，設(shè)計(jì)出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動(dòng)作。所以一般專用的機(jī)械手（不包括握緊動(dòng)作）通常具有二到三個(gè)自由度。而通用機(jī)械手一般取四到五個(gè)自由度。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有五個(gè)自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動(dòng)、手臂左右擺動(dòng)、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。</p><p><b>　　軀干和傳動(dòng)系統(tǒng)</b></p>

51、<p>　　機(jī)械手的傳動(dòng)分為液壓、氣壓、電氣和機(jī)械四種，本設(shè)計(jì)采用綜合傳動(dòng)方式，即手臂采用電氣傳動(dòng)，而手爪則采用氣壓傳動(dòng)。 </p><p><b>　　夾緊機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　機(jī)械手手爪使用來抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——手爪時(shí)，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式、運(yùn)行速度和加速度的情況來考慮。

52、其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計(jì)算。同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化，為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活和動(dòng)作可靠。</p><p>　　夾緊機(jī)構(gòu)形式多樣

53、，有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機(jī)構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式的夾緊機(jī)構(gòu)。</p><p>　　機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用二指式氣動(dòng)手爪。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作

54、，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在180度。</p><p><b>　　軀干</b></p><p>　　軀干由底盤和手臂兩大部分組成。</p><p>　　底盤是支撐機(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械

55、手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)270度。</p><p>　　手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手臂采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，完成

56、手臂的運(yùn)動(dòng)。改變發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，可控制手臂的兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的距離。同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。</p><p>　　電器元件、設(shè)備的選擇</p><p><b>　　PLC機(jī)型的選擇</b></p><p>　　根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行PLC型號(hào)的選定

57、。</p><p>　　進(jìn)行PLC選型時(shí)，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時(shí)，一般的PLC都可以滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號(hào)等情況時(shí)，要考慮輸入/輸出點(diǎn)的形式，最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。</p><p><b>　　輸

58、入/輸出的點(diǎn)數(shù)</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用點(diǎn)數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機(jī)模塊與輸入模塊、功能模式塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修

59、更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。</p><p>　　此外，還應(yīng)考慮用戶儲(chǔ)存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實(shí)時(shí)控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。</p><p>　　本設(shè)備控制的對(duì)象是一個(gè)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，同時(shí)利用脈沖控制步進(jìn)店動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。松下FPO系列小型PLC具有性價(jià)比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，能滿足本對(duì)

60、象各項(xiàng)控制性能要求，因此，本系統(tǒng)采用松下FPO系列的FPO——C16T作為基本模塊，能輸出兩路脈沖信號(hào)進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。</p><p><b>　　電源模塊的選擇</b></p><p>　　采用Dm150系列開關(guān)電源。其特點(diǎn)是輸出功率大，體積小，重量輕，可靠性高，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓波動(dòng)，具有完備的過電壓、

61、過電流保護(hù)功能。</p><p><b>　　主要參數(shù)：</b></p><p>　　輸入交流電壓：110~220V/50Hz、60Hz</p><p>　　輸出直流電壓：24V/6.5A</p><p><b>　　最大功率：156W</b></p><p>　　工作環(huán)境：

62、-10~40度</p><p><b>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p>　　采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)。型號(hào)：42BYGH101。</p><p>　　快接線插頭中的紅色表示A相，藍(lán)色表示B相。</p><p>　　使用時(shí)如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向

63、不對(duì)時(shí)可以將A相或B相兩根線對(duì)調(diào)。</p><p><b>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　采用中美合資SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。如下圖所示。</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　電源輸入部分由電源模塊提

64、供，用兩根導(dǎo)線連接，注意極性。</p><p>　　信號(hào)輸入部分：信號(hào)源由FPO主機(jī)提供。由于FPO提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，中間加了保護(hù)電路。</p><p>　　輸出部分：與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接，注意相序。</p><p><b>　　傳感器</b></p><p>　　采用接近開關(guān)作為手爪旋轉(zhuǎn)和底盤旋轉(zhuǎn)

65、限位檢測(cè)用;采用微動(dòng)開關(guān)作為橫軸、縱軸限位檢測(cè)用。</p><p>　　接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、藍(lán)、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。</p><p>　　微動(dòng)開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作（常開點(diǎn)閉合）。 </p><p><b>　　FPO模塊

66、 </b></p><p>　　由松下FPO系列PLC晶體管輸出的主機(jī)，具有高速運(yùn)算能力、PID調(diào)節(jié)功能，同時(shí)可以輸出兩路脈沖控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。輸出兩路脈沖梯形圖及f/t。 </p><p><b>　　直流電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　采用36ZY5-12型直流電動(dòng)機(jī)。輸入電壓為12~24V,由FPO模塊控制電動(dòng)機(jī)正

67、反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)碼盤</b></p><p>　　機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖。</p><p><b>　　控制流程圖</b></p><p>　　機(jī)械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機(jī)上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開

68、始運(yùn)轉(zhuǎn)（橫軸向手爪那邊移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng)）。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電動(dòng)機(jī)得電帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測(cè)到限位磁頭時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，PLC控制電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪加緊；延時(shí)過后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動(dòng)作。</p>

69、<p>　　圖4.1機(jī)械手控制流程圖</p><p>　　控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PLC硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括

70、PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)電器原理圖。</p><p>　　可編程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作為基本模塊，由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。由于接近開關(guān)有三根線，接線時(shí)注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負(fù)極，藍(lán)色的線接PLC的輸入端子。</p>&

71、lt;p><b>　　控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫工藝流程圖，即將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時(shí)、計(jì)數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　I/O地址分配</b></p><p>　　I/O地址分配

72、一覽表</p><p>　　確定輸入輸出接點(diǎn)的總數(shù)</p><p>　　輸入接點(diǎn)：啟動(dòng)按鈕SB、行程開關(guān)SQ1——SQ4、光電開關(guān)SQ5，一共6個(gè)。</p><p>　　輸出接點(diǎn)：YV1——YV2總共5個(gè)。</p><p>　　估算PC內(nèi)存總數(shù) </p><p>　　選取PC類型，PC內(nèi)存總數(shù)取決于程序指令總條數(shù)。

73、PC內(nèi)存總數(shù)又是選取PC類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)指令總條數(shù)進(jìn)行估算。</p><p>　　指令總條數(shù)=（10——20）*（輸入點(diǎn)數(shù)+輸出點(diǎn)數(shù)）</p><p>　　本例中指令總條數(shù)為（10——20）*（6+5）=110——220條。</p><p>　　輸入輸出點(diǎn)分配 </p><p>　　如4.2圖是機(jī)械手輸入和輸出

74、信號(hào)與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機(jī)械手回到原位時(shí)的指示燈，為了防止誤按啟動(dòng)按鈕引起機(jī)械手的誤動(dòng)作，增加了復(fù)位按鈕，啟動(dòng)時(shí)需要先按復(fù)位按鈕在按啟動(dòng)按鈕，否則機(jī)械手不會(huì)動(dòng)作。</p><p>　　圖4.2機(jī)械手PC輸入/輸出端子的分配</p><p><b>　　方案選擇 </b></p><p>　　考慮到機(jī)械手在工作時(shí)

75、間時(shí)可能發(fā)生誤動(dòng)作行程開關(guān)而引起的不安全動(dòng)作，各個(gè)輸入開關(guān)信號(hào)只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如，SQ1的閉合信號(hào)只能當(dāng)機(jī)械手位于原位而且按下SB2后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態(tài)時(shí)SQ1不起作用。為了達(dá)到這一目的，選擇使用移位寄存器來完成順序控制。</p><p><b>　　梯形圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)械手的控制屬順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說

76、明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　單步操作”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序; “自動(dòng)”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自動(dòng)”程序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。</p><p>　　圖4.3

77、機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成</p><p><b>　　各部分梯形圖的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　A狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（X501接通）時(shí)，按下返回復(fù)位按鈕（X505）時(shí)被置位;在“單步操作”（X500接通）時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步

78、操作”或 “返回復(fù)位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）狀態(tài)器初始化梯形圖。</p><p>　　B狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。

79、另一方面，采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如圖4.4。</p><p>　　圖4.4狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖</p><p>　　C狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換就被禁止。</p><p>　　在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)

80、被激勵(lì)并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。</p><p>　　在“步進(jìn)”工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。</p><p>　　在“手動(dòng)”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁

81、止解除，M574復(fù)位。</p><p>　　PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如圖4.5。</p><p>　　圖4.5狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖</p><p>　　通過對(duì)上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；

82、執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。</p><p>　　D

83、單步操作梯形圖 手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來設(shè)計(jì)梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r(shí)，按下夾持按鈕時(shí)，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時(shí)，Y431才會(huì)復(fù)位；按下上升按鈕，上升輸出Y432保持接通；按下下降按鈕，Y430保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出Y434保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y433保持接通。單步操作是梯形圖如圖4.6。</p><p>　　圖

84、4.6機(jī)械手單步操作梯形圖</p><p>　　E返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如圖4.7。</p><p>　　圖4.7機(jī)械手返回原位梯形圖</p><p>　　F “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 如圖4.8表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)

85、執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時(shí)，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431置位，同時(shí)驅(qū)動(dòng)T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個(gè)初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。這種控制過程

86、用繼電器符號(hào)程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4.8機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖</p><p>　　用狀態(tài)器替代自動(dòng)工作流程圖中的各工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。</p><p>　　圖4.9機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖</p><p>　　根據(jù)圖4.9所示的功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖，如圖4.10所

87、示。</p><p>　　圖4.10機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖</p><p>　　繪制機(jī)械手PLC將控制梯形圖</p><p>　　將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構(gòu)成圖的形式作何在一起，得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖，如圖4.11所示。</p><p>　　圖4.11機(jī)械手PLC控制梯形圖</p><p>　　該機(jī)械

88、手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(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關(guān)放至自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置。</p><p><b>　　功能表圖設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　步的劃分 </b></p><p>

89、　　分析被控對(duì)象的工作過程及控制要求，將系列的工作過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進(jìn)入新的步。如下圖所示，某液壓動(dòng)力滑臺(tái)的整個(gè)工作過程可劃分為四步，即：0步A、B、C均不輸出；1步A、B輸出；2步B、C輸出；3步C輸出。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變。</p><p>　　步也可根據(jù)被控對(duì)象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控

90、對(duì)象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如下圖所示，初始狀態(tài)是停在原位不動(dòng)，當(dāng)?shù)玫狡饎?dòng)信號(hào)后開始快進(jìn)，快進(jìn)到加工位置轉(zhuǎn)為工進(jìn)，到達(dá)終點(diǎn)加工結(jié)束又轉(zhuǎn)為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺(tái)的整個(gè)工作過程可以劃分為停止（原位）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四步。但這些狀態(tài)的改變都必須是由PLC輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)與PLC輸出無關(guān)，那么快進(jìn)、工進(jìn)只能算一步。</p><p

91、>　　總之，步的劃分應(yīng)以PLC輸出量狀態(tài)的變化來劃分，因?yàn)槲覀兪菫榱嗽O(shè)計(jì)PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態(tài)沒有變化時(shí)，就不存在程序的變化。</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換條件的確定</b></p><p>　　確定各相鄰步之間的轉(zhuǎn)換條件是順序控制設(shè)計(jì)法的重要步驟之一。轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)

92、的動(dòng)作（通/斷）等。</p><p>　　如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺(tái)由停止（原位）轉(zhuǎn)為快進(jìn)，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動(dòng)按鈕SB1（即SB1的動(dòng)合觸點(diǎn)接通）；由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是行程開關(guān)SQ2動(dòng)作；由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是終點(diǎn)行程開關(guān)SQ3動(dòng)作；由快退轉(zhuǎn)為停止（原位）的轉(zhuǎn)換條件是原位行程開關(guān)SQ1動(dòng)作。轉(zhuǎn)換條件也可以是若干個(gè)信號(hào)的邏輯（與、或、非）組合。如：A1*A2、B1+B2。</p>

93、<p><b>　　功能表圖的繪制</b></p><p>　　根據(jù)以上分析畫出描述系統(tǒng)工作過程的功能表圖，是順序控制設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟。繪制功能表圖的具體方法將在下面介紹。</p><p><b>　　梯形圖的編制</b></p><p>　　根據(jù)功能表圖，采用某種編程方式設(shè)計(jì)出梯形圖程序。有關(guān)編程方式建

94、在下一節(jié)中介紹。</p><p><b>　　功能表圖的繪制方法</b></p><p><b>　　功能表圖概述</b></p><p>　　功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特征的一種徒刑。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)

95、交流。</p><p>　　功能表圖是設(shè)計(jì)順序控制程序的有力工具。在順序控制設(shè)計(jì)法中，功能表圖的繪制是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。它直接決定用戶設(shè)計(jì)的PLC程序的質(zhì)量。</p><p>　　各個(gè)PLC廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國也動(dòng)制定了功能表圖的國家標(biāo)準(zhǔn)。我國于1986年也頒布了功能圖的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB6988.6——86）。</p><p><b>　　功能表

96、圖的組成要素</b></p><p>　　如下圖所是為功能表圖的一般形式。它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動(dòng)作等要素組成。</p><p><b>　　步與動(dòng)作 </b></p><p>　　前面已介紹過，用順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)的工作過程劃分成若干個(gè)狀態(tài)不變的階段，這些階段稱為“

97、步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如，框內(nèi)的數(shù)字是該步的編號(hào)。如下圖所示各步的編號(hào)為n-1、n、n+1。編程時(shí)一般用PLC內(nèi)部軟繼電器來代表各步，因此經(jīng)常直接用相應(yīng)的內(nèi)部軟繼電器編號(hào)作為步的編號(hào)，如。當(dāng)系統(tǒng)正工作于某一步時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱為“活動(dòng)步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，如，每個(gè)功能表圖至少應(yīng)該有一個(gè)初始步。</p><p>　　所謂“動(dòng)作”是指某步活動(dòng)時(shí)，PLC向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令，或被控系統(tǒng)

98、應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。動(dòng)作用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)步的矩形框相連接。如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，可用下圖中的兩種畫法來表示，但并不隱含這些動(dòng)作間的任何順序。</p><p>　　當(dāng)步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行。但應(yīng)注意表明動(dòng)作是保持型還是非保持型的。保持型的動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行該動(dòng)作，該步變?yōu)椴换顒?dòng)后繼續(xù)執(zhí)行該動(dòng)作；非保持型動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行，該步變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)動(dòng)作也停止執(zhí)行。一般保持型的動(dòng)作在

99、功能表圖中應(yīng)該用文字或助記符標(biāo)注，而非保持型動(dòng)作不要標(biāo)注。</p><p>　　有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件 </p><p>　　如上圖“功能表圖的一般形式”所示，步與步之間用有向連線連接，并且用轉(zhuǎn)換將步分隔開。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是按有向連線規(guī)定的路線進(jìn)行。有向連線上無箭頭標(biāo)注時(shí)，其進(jìn)展方向是從上倒下、從左到右。如果不是上述方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換來完

100、成的。轉(zhuǎn)換是用與有向連線垂直的短劃線來表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉(zhuǎn)換隔開，而轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換之間也同樣不能直接相連，必須由步隔開。轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注表示轉(zhuǎn)換的短劃線旁邊。</p><p>　　轉(zhuǎn)換條件和，分別表示當(dāng)二進(jìn)制邏輯信號(hào)為“1”和“0”狀態(tài)時(shí)條件成立；轉(zhuǎn)換條件和分別表示的是，當(dāng)從“0”（斷開）到“1”（接通）和從“1”到“0”狀態(tài)條件

101、成立。</p><p>　　功能表圖中轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　步與步之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換應(yīng)同時(shí)具備兩個(gè)條件：①前幾步必須是“活動(dòng)步”；②對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立。</p><p>　　當(dāng)同時(shí)具備以上兩個(gè)條件時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)步的轉(zhuǎn)換，即所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)，而所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前幾步都變?yōu)椴换顒?dòng)。</p><p&

102、gt;<b>　　功能表圖的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)步與步之間轉(zhuǎn)換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結(jié)構(gòu)形式。</p><p><b>　　單序列結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　功能表圖的單序列結(jié)構(gòu)形式最為簡單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。，每一步的后面只有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換后面

103、只有一步。</p><p><b>　　選擇序列結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　選擇序列有開始和結(jié)束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結(jié)束稱為合并；選擇序列的分支是指一個(gè)前級(jí)步后面緊接著有若干個(gè)后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉(zhuǎn)換條件。分支中表示轉(zhuǎn)換的短劃線只能標(biāo)在水平線之下。</p><p>　　如下圖所示為選擇序列的分支。假設(shè)

104、步4為活動(dòng)步，如果轉(zhuǎn)換條件a成立，則步4向步5實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件b成立，則步4向步7轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則步4向步9轉(zhuǎn)換。分支中一般同時(shí)只允許選擇其中一個(gè)序列。</p><p>　　選擇序列的合并是指幾個(gè)選擇分支合并到一個(gè)公共上。各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)在水平線之上。</p><p>　　如下圖所示為選擇序列的合并。如果步6為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件d成立，則由步6向步

105、11轉(zhuǎn)換；如果步8為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c成立，則步8向步11轉(zhuǎn)換；如果步10為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件f成立，則步10向步11轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　并列序列結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　并列序列也有開始與結(jié)束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結(jié)束也稱為合并。下圖（a）所示為并列序列的分支，它是指當(dāng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)后將同時(shí)使多個(gè)續(xù)步激活。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同

106、步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。如果步3為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c也成立，則4、6、8三步同時(shí)變成活動(dòng)步，而步3變?yōu)椴换顒?dòng)。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)步4、6、8被同時(shí)激活后，每一序列接下來的轉(zhuǎn)換將是獨(dú)立的。下圖（b）所示為并列序列的合并，當(dāng)直接在雙線上的所有前級(jí)步5、7、9都為活動(dòng)步時(shí)，轉(zhuǎn)換條件d成立，才能使轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)，即步10變?yōu)榛顒?dòng)步，而步5、7、9均變?yōu)椴换顒?dòng)步。</p><p><b>　　子步結(jié)構(gòu) </

107、b></p><p>　　在繪制復(fù)雜控制系統(tǒng)功能表圖時(shí)，為了使總體設(shè)計(jì)時(shí)容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，能更簡潔地表示系統(tǒng)的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結(jié)構(gòu)形式，可避免一開始就陷入某些細(xì)節(jié)中。</p><p>　　所謂子步的結(jié)構(gòu)是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子部和轉(zhuǎn)換。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結(jié)構(gòu)形式。功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個(gè)子步。</

108、p><p><b>　　子步結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　這些子步序列通常表示整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)完整子總能，類似于計(jì)算機(jī)編程中的子程序。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要先畫出簡單的描述整個(gè)系統(tǒng)的總功能表圖，然后再進(jìn)一步畫出更詳細(xì)的子功能表圖。子步中可以包含更詳細(xì)的子步。這種采用子步的結(jié)構(gòu)形式，邏輯性強(qiáng)，思路清晰，可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。</p><p>

109、　　功能表圖除以上四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際使用中還經(jīng)常碰到一些特殊序列，如跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等。</p><p>　　跳步、重復(fù)和循環(huán)序列 </p><p>　　除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常使用跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等特殊序列。這些序列實(shí)際上都是選擇序列的特殊形式。</p><p>　　如下圖（a）所示為跳步序列，當(dāng)步3

110、為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則跳過步4和步5直接進(jìn)入步6。</p><p>　　如下圖(b)所示為重復(fù)序列，當(dāng)步6為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件d步成立而條件e成立，則重復(fù)返回步5，重復(fù)執(zhí)行步5和步6。直到轉(zhuǎn)換條件d成立，重復(fù)結(jié)束，轉(zhuǎn)入步7。</p><p>　　如下圖（c）所示為循環(huán)序列，在序列結(jié)束后，即步3為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件e成立，則直接返回初始步0，形成系統(tǒng)的循環(huán)。</p&

111、gt;<p>　　跳步、重復(fù)和循環(huán)序列</p><p>　　在實(shí)際控制系統(tǒng)中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種系列，而經(jīng)常是上述各種序列結(jié)構(gòu)的組合。</p><p>　　千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p>

112、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)前夕最后也是最重要的一份作業(yè)，是對(duì)我們?nèi)昵髮W(xué)的一個(gè)總結(jié)，包含了我們?nèi)曛兴鶎W(xué)知識(shí)的積累，更是提升我們能力的一種方式。同時(shí)也是對(duì)我們學(xué)業(yè)的考核使我們的學(xué)業(yè)得以圓滿結(jié)束。</p><p>　　經(jīng)過一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，可編程控制器和機(jī)械手的設(shè)計(jì)完畢，機(jī)械手的模型已設(shè)計(jì)完畢，其功能基本達(dá)到要求。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且只要修改控制程序，就可以讓機(jī)械手作出不同的動(dòng)作，控制的柔性很好。系

113、統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)與探索的過程。在這個(gè)過程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和深刻的體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長了知識(shí)、豐富了經(jīng)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行于調(diào)試的過程來進(jìn)行。系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是一項(xiàng)既復(fù)雜又辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿