湖北黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人概述3</p><p>　　2

2、機(jī)械手和PLC的基本概述5</p><p>　　2.1 機(jī)械手的概述5</p><p>　　2.2 PLC概述7</p><p>　　3 機(jī)械手電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1機(jī)械手電路的設(shè)計(jì)任務(wù)13</p><p>　　3.2 機(jī)械手電路設(shè)計(jì)的要求13</p><p>　

3、　3.3 機(jī)械手集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4 機(jī)械手電路的方案確定14</p><p>　　3.5 機(jī)械手系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.6 機(jī)械手電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.7 抗干擾的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.8 機(jī)械電路系統(tǒng)的調(diào)試21&

4、lt;/p><p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p>　　謝辭錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附錄124</b></p><p>　　機(jī)械手控制電路的設(shè)計(jì)</p&g

5、t;<p>　　【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運(yùn)和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運(yùn)方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問(wèn)題。它集成自動(dòng)控制技術(shù)

6、、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。本設(shè)計(jì)就PLC在機(jī)械手控制上的應(yīng)用作了詳細(xì)闡述。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 可編程控制器（PLC） 機(jī)械手 自動(dòng)控制</p><p>　　Design of

7、manipulator control circuit</p><p>　　Abstract：Along with science's and technology's changing with each new day, the automaticity request is getting higher and higher, market competition intense, labo

8、r cost rise, formerly the manual control the transporting and the stationary conveyor belt tradition thing mode of transport primarily, not only takes the space not to be easy to change the production line structure, in

9、addition needs the manpower monitor operation, increases the production cost, the original production feeds the instal</p><p>　　key words: programmable controller manipulator automatic control </p>

10、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 機(jī)器人概述</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)

11、械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　“工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。</p><p>　　機(jī)器人是一

12、種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。</p><p>　　機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一

13、些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。</p><p>　　要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。</p><

14、;p>　　圖1-1 機(jī)器人的一般組成</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它

15、們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p>　　機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足

16、機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。</p><p>　　2 機(jī)械手和PLC的基本概述</p><p>　　2.1 機(jī)械手的概述</p><p>　　2.1.1 機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況</p><p>

17、　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。</p><p>　　但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在5

18、0件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，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。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面：</p><p>　　1.熱加工方面的應(yīng)用</p&

19、gt;<p>　　熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。</p><p>　　2.冷加工方面的應(yīng)用</p><p>　　冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上

20、應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用，成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。</p><p><b>　　3.拆修裝方面</b></p><p>　　拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高

21、了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車車內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。</p><p>　　近些年，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。</p><p>　　2.1.2 機(jī)械手的應(yīng)用意義</p><p>　　在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)

22、用意義可以概括如下：</p><p>　　1.可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　2.可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性

23、或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>　　3.可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)

24、面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　2.1.3 機(jī)械手的發(fā)展概況</p><p>　　專用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)

25、入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷地修改，品種在不斷地增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。</p><

26、;p>　　早在40年代，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。</p><p>　　50～60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱第二代機(jī)械手。如尤尼曼特(UniMate)機(jī)械手即屬于這種類型。</p><p>　　60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車車身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階

27、段。</p><p>　　80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。</p><p>　　90年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展，除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外，農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。</p><p>　　90年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。<

28、/p><p>　　總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：</p><p>　　第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)

29、展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。</p><p>　　2.1.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重

30、點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。</p><p>　　將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)

31、用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。</p><p>　　在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)

32、付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。</p><p>　　視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給

33、計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。</p><p>　　觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用，然后伸向前方，抓住工件。</p><p>　　手的抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一

34、步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車由機(jī)械手裝配。</p><p>　　現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。</p><p><b>　　2.2 PLC概述</b></p><p>　　2.2.1 PLC簡(jiǎn)介</p><p>　　自二

35、十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。<

36、;/p><p>　　作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 </p>&l

37、t;p>　　PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)

38、行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量

39、的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。</p><p>　　相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易

40、一些。 近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 </p><p>　　通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采

41、用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。</p><p>　　2.2.2 PLC內(nèi)部原理</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的,如圖2-1所示。</p><p>　　圖 2-1 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.中央處理單元（CPU）</p

42、><p>　　中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū), 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入

43、I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。</p><p><b>　　2.存儲(chǔ)器</b></p><p>　　與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器

44、稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。</p><p>　?。?）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算

45、機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。</p><p>　?。?）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。</p>

46、<p><b>　　1）I/O映象區(qū)</b></p><p>　　由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)

47、bit)。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開(kāi)關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。</p><p>　　2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供

48、電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。</p><p>　?。?）用戶程序存儲(chǔ)區(qū) </p><p>　　用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。</p><p>　　

49、（4）常用的I/O分類</p><p>　　常用的I/O分類如下：</p><p>　　開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16b

50、it等。</p><p>　　除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　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。</p><p><b>　　3.PLC電源</b></p><p>　

51、　PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　可編程序控制器一般使用220V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部

52、電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。</p><p>　　可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。</p><p>　　2.2.3 PLC的工作原理<

53、;/p><p>　　可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到STOP工作狀態(tài)。</p><p>　　除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可如

54、上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 PLC的工作原理圖</p><p>　　在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，

55、以及完成一些別的內(nèi)部工作。</p><p>　　在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作。可編程序控制起處于（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。</p><p>　　在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸

56、入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。</p><p>　　外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的

57、輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。</p><p>　　可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映

58、像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。</p><p>　　在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)

59、的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。</p><p>　　若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。</p><p>　　掃描周期可

60、編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 PLC的掃描運(yùn)行方式</p><p><b>　　1

61、.輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，將它們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p&g

62、t;　　2.用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。</p><p><b>　　3.輸出刷新階段</b></

63、p><p>　　在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。</p><p>　　4.輸入/輸出滯后時(shí)間</p><p>　　輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)

64、間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。</p><p>　　輸入模塊的CPU濾波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。</p><p>　　輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接

65、通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。</p><p>　　3 機(jī)械手電路的設(shè)計(jì)</p><p>

66、;　　3.1機(jī)械手電路的設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　機(jī)械手電路的控設(shè)計(jì)任務(wù)用歐姆龍型PLC技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)械手控制電路，模擬機(jī)械手工作過(guò)程，每次循環(huán)動(dòng)作均從原位開(kāi)始如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 機(jī)械手控制電路</p><p>　　3.2 機(jī)械手電路設(shè)計(jì)的要求</p><p>　　1.在傳輸帶A端部，安裝了光電開(kāi)關(guān)PS，用以檢測(cè)物

67、品的到來(lái)。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物品時(shí)為ON狀態(tài)。</p><p>　　2.機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物品后，傳送帶A停。</p><p>　　3.傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）上。</p><p>　　4.機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)再起動(dòng)傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。</p

68、><p>　　5.按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。</p><p>　　6.機(jī)械手的上升／下降和左移／右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。</p><p>　　7.抓緊／放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置完成，線圈通電時(shí)執(zhí)行抓緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。</p><p

69、>　　8.械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限開(kāi)關(guān)控制。</p><p>　　9.抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放松動(dòng)作為時(shí)間控制（設(shè)為2s）。</p><p>　　3.3 機(jī)械手集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)</p><p>　　機(jī)械手的主要結(jié)構(gòu)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。</p><p>　

70、　3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.手部 既于直接與工件接觸的部分，一般是回轉(zhuǎn)型或平動(dòng)型（多為回轉(zhuǎn)型，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）。手指多為兩指（也有多指）；根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板）和電磁吸盤。</p><p>　　傳力機(jī)構(gòu)形式較多，常用的有：滑槽杠桿式、連桿杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母式、彈簧式和重力式。<

71、;/p><p>　　2.腕部 是連接手部和臂部的部件，并可才用來(lái)調(diào)節(jié)被抓的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動(dòng)作范圍，并使機(jī)械手變得更靈巧，適應(yīng)更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。一般腕部沒(méi)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在增加一個(gè)上下運(yùn)動(dòng)的即可滿足工作要求，有些動(dòng)作較為簡(jiǎn)單的專用機(jī)械手，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)手部搬用工件。</p><p>　　目前，應(yīng)用最為廣泛的手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為回

72、轉(zhuǎn)液壓（氣）缸，它的結(jié)構(gòu)緊湊，靈巧但回轉(zhuǎn)角?。ㄒ话阈∮?70度），并且要求嚴(yán)格密封，否則就難保穩(wěn)定的輸出扭矩。因此在要求較大的回轉(zhuǎn)角的情況下，采用齒條傳動(dòng)做空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.臂部 手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用支撐腕部和手部（包括工作或夾具），并帶動(dòng)他們做空間運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　臂部運(yùn)動(dòng)的目的：把手部送到空間運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)。如果改變手部的姿態(tài)（方位）

73、，則用腕部的自由度加以實(shí)現(xiàn)。因此，它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小的定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能。</p><p>　　4.行走機(jī)構(gòu) 有的工業(yè)機(jī)械手帶有行走機(jī)構(gòu)，我國(guó)的正處于仿真階段。</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)是機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動(dòng)力源的不同，工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)大致可以分為液壓、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械

74、驅(qū)動(dòng)等四類。采用液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便。</p><p>　　3.3.3 控制系統(tǒng)分類</p><p>　　在機(jī)械手的控制上，有點(diǎn)動(dòng)控制和連續(xù)控制方式。大多數(shù)的插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制是坐標(biāo)位置，并注意其加速度特性。</p><p>　　3.4 機(jī)械手電路

75、的方案確定</p><p><b>　　3.4.1 方案</b></p><p>　　機(jī)械手控制電路采用PLC控制，PLC控制的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　方式: PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯是以程勛方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中。要改變控制邏輯，只需改變程序即可。</p><p>　　速度：是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，

76、速度快，微秒級(jí)，嚴(yán)格同步，無(wú)抖動(dòng)。</p><p>　　控制：PLC用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。</p><p>　　PLC控制可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)化。</p><p>　　PLC控制方式可分為集中控制和分散控制兩塊。集中控制就是一臺(tái)多個(gè)I/O點(diǎn)PLC控制多臺(tái)設(shè)備,實(shí)行的是一對(duì)多的控制方式；分散控制是多臺(tái)PLC

77、，而每臺(tái)的PLC的I/O點(diǎn)相當(dāng)說(shuō)就比較少,實(shí)現(xiàn)的多對(duì)多的控制方式。</p><p><b>　　如表3-1所示：</b></p><p>　　表3-1兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較</p><p>　　考慮到控制成本，占地等綜合因數(shù)還是采用PLC集中控制方式較為合理。</p><p>　　結(jié)合PLC控制與集中控制，本篇論文對(duì)機(jī)械手控制

78、電路就采用PLC集中控制方案。</p><p>　　3.5 機(jī)械手系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 PLC選型及I/O表的分配</p><p><b>　　輸入信號(hào)：</b></p><p>　　啟動(dòng)開(kāi)關(guān) 需要1個(gè)輸入端</p><p>　　停車開(kāi)關(guān) 需要2個(gè)輸入端<

79、;/p><p>　　上限位開(kāi)關(guān) 需要4 個(gè)輸入端</p><p>　　下限為開(kāi)關(guān) 需要3個(gè)輸入端</p><p>　　左限位開(kāi)關(guān) 需要4 個(gè)輸入端</p><p>　　右限位開(kāi)關(guān) 需要4 個(gè)輸入端</p><p>　　光電開(kāi)關(guān)PS需要1個(gè)輸出端</p><p>　　原點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)需要2個(gè)輸入端<

80、/p><p>　　以上共需21個(gè)輸入信號(hào)，考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充，留有15%的備用點(diǎn)，共需22個(gè)輸入點(diǎn)。</p><p><b>　　輸出點(diǎn)：</b></p><p>　　傳動(dòng)帶A電動(dòng)機(jī) M1 需要1個(gè)輸出端</p><p>　　傳動(dòng)帶B電動(dòng)機(jī) M7 需要0個(gè)輸出

81、端</p><p>　　雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)上升M2 需要1個(gè)輸出端</p><p>　　雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)下降M3 需要1個(gè)輸出端 </p><p>　　雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)左移M4 需要1個(gè)輸出端</p><p>　　雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)右移M5 需要1個(gè)輸出端</p><p>　

82、　單線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)抓緊M6 需要 1個(gè)輸出端</p><p>　　單線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)放松M6 需要 1個(gè)輸出端</p><p>　　以上共需7個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到對(duì)以后系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充，應(yīng)該留有15%的備用點(diǎn)，共需8個(gè)輸出點(diǎn)。所以我們選用日本的歐姆龍（ORMON）公司CPM2A系列40點(diǎn)I/O(輸入點(diǎn)24個(gè), 輸出點(diǎn)16 個(gè) )可編程控制器,它具有以下幾個(gè)特點(diǎn): <

83、/p><p><b>　　1.同步控制</b></p><p>　　CPM2A/2C的高速計(jì)數(shù)功能可以和脈沖輸出功能結(jié)合起來(lái)，依照輸入脈沖頻率按比例產(chǎn)生一個(gè)特定的出脈沖。</p><p><b>　　2.高速處理</b></p><p>　　高速處理包括50ms的快速響應(yīng)輸入，更短的掃描周期（0.64m

84、s/LD）和1ms的定時(shí)器,高速處理可以在很大的程度上提高生產(chǎn)效率，以包裝機(jī)械為例,這可以顯著縮短檢測(cè)記號(hào)和檢測(cè)產(chǎn)品之間的時(shí)間間隔。</p><p><b>　　3.高速計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　CPM2A/2C支持單軸高速計(jì)數(shù)器20kHz單相或5kHz，線性計(jì)數(shù)方式（加/減）從-8388608到388607四軸高速計(jì)算（中斷計(jì)數(shù)方式）2kHz單相加或減從0

85、000到FFFF</p><p>　　4.脈沖輸出位置控制</p><p>　　CPM2A/2C支持4種脈沖方式2點(diǎn)：10-10kHz（加/減速定位）脈沖輸出2個(gè)點(diǎn)：PWM輸出0.1-999.9Hz 0-100% I點(diǎn)：同步控制功能，較好的完成任務(wù)。</p><p><b>　　5.RS232端口</b></p><p&g

86、t;　　CPM2A/2C提供一個(gè)內(nèi)置RS232端口能方便地連接可編程控制器終端，確定操作環(huán)境和調(diào)試時(shí)能實(shí)現(xiàn)可視化。</p><p><b>　　6.價(jià)格低廉</b></p><p>　　在價(jià)格方面PLC也比較便宜，我們有所論述，因?yàn)?個(gè)PLC就可以控制整個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　一般情況下輸入點(diǎn)與輸出信號(hào)，輸出點(diǎn)于輸出控制一一對(duì)應(yīng)。分配好后

87、，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出點(diǎn)信號(hào)如表3-2所示：</p><p>　　表3-2輸入信號(hào)和輸出點(diǎn)信號(hào)表</p><p>　　3.5.2 PLC外圍硬件電路設(shè)計(jì)與硬件電路圖</p><p>　　SB1為啟動(dòng)按鈕,SB2為停車按鈕，PS為光電開(kāi)關(guān)，SB3—SB6為限位開(kāi)關(guān)（電機(jī)正常時(shí)為常開(kāi)，出故障時(shí)為常閉）。</p><p>

88、;　　圖3-2 PLC 外圍硬件電路設(shè)計(jì)與硬件電路圖</p><p>　　3.5.3 硬件電路的接線要求 </p><p>　　在一些硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)一些相關(guān)的控制接線做一些要求：</p><p>　　1.采用“遠(yuǎn)程集中”控制，完全由PLC按照工藝來(lái)啟動(dòng)生產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備。</p><p>　　2.電動(dòng)機(jī)容量小于10KW或其容量不超過(guò)電源變壓器

89、15%～20%，可實(shí)行直接啟動(dòng)。</p><p>　　3.交流接觸器的容量根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率來(lái)選取，所有接觸器線圈電壓均為220V。</p><p>　　4.所有接觸器配有相應(yīng)的低壓保護(hù)器：具有短路，過(guò)載，過(guò)電流，斷相等保護(hù)功能。</p><p>　　5.電控系統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng)。</p><p>　　6.PLC的故障輸出端直接到AC20

90、0V報(bào)警器。</p><p>　　3.6 機(jī)械手電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 軟件設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)加工工藝要求和用戶使用需要，同時(shí)考慮到各設(shè)備的安全性、故障保護(hù)與報(bào)警運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行顯示的要求，以及實(shí)現(xiàn)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作功能，用梯形圖語(yǔ)言編制整個(gè)控制程序。在考慮皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每臺(tái)皮帶機(jī)運(yùn)行的時(shí)隔用定時(shí)器控制。在集控方式下，系統(tǒng)啟動(dòng)后，通

91、過(guò)定時(shí)器控制，依次啟動(dòng)各臺(tái)電機(jī)。</p><p>　　3.6.2 程序流程圖與梯形圖</p><p>　　首先PLC上電初始化，按下啟動(dòng)按鈕SB1（00000），傳動(dòng)帶A 啟動(dòng)。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)PS（00002）檢測(cè)到物料時(shí)，傳動(dòng)A停止運(yùn)動(dòng)，并且機(jī)械手下降M3得電，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位置時(shí)，下限開(kāi)關(guān)SB4動(dòng)作，機(jī)械手下降停止。 同時(shí)下限位開(kāi)關(guān)SB4和左限位開(kāi)關(guān)SB5啟動(dòng)機(jī)械手M6動(dòng)作，M6得電執(zhí)行抓緊動(dòng)

92、作。這時(shí)計(jì)時(shí)器TIM 000 得電，開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束后。開(kāi)始啟動(dòng)機(jī)械手上升M2。當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位置時(shí)，機(jī)械手上升停止，同時(shí)開(kāi)始機(jī)械手右移M5得電，右移開(kāi)始，當(dāng)?shù)竭_(dá)右限位置時(shí)，右限開(kāi)關(guān)動(dòng)作，右移停止。開(kāi)始下降，在到達(dá)下限位置時(shí)，下限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，下降停。同時(shí)由下限位開(kāi)關(guān)SB4和右限位開(kāi)關(guān)SB7啟動(dòng)放松M6動(dòng)作，M6失電以后變成常開(kāi)，完成放松動(dòng)作。再啟動(dòng)計(jì)時(shí)器TIM001 ，延時(shí)2S后。開(kāi)始上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位時(shí),上升動(dòng)作停止，左移開(kāi)始，當(dāng)?shù)竭_(dá)原

93、點(diǎn)限位（00008），整個(gè)動(dòng)作完成。同時(shí)在各級(jí)互鎖的作用下，不會(huì)出現(xiàn)個(gè)動(dòng)作的干涉情況，如圖3-3、3-4所示：</p><p><b>　　圖3-3程序流程圖</b></p><p><b>　　圖3-4梯形圖</b></p><p>　　3.6.3 PLC 指令語(yǔ)句表</p><p>　　表3-3

94、 PLC 指令語(yǔ)句表</p><p>　　3.7 抗干擾的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.7.1 設(shè)備選型</p><p>　　在設(shè)備選擇時(shí)，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（EMC）,尤其是抗外部干擾能力，如采用浮池技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；再其次還應(yīng)用了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾能力指標(biāo)，如共模擬制比、差模抑制比、耐壓能力、允許在多大電場(chǎng)強(qiáng)度和多

95、高頻率的磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境漲工作；另外是考察其在類似工作中的應(yīng)用狀況，在選擇國(guó)外產(chǎn)品要注意；我國(guó)是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)式，而歐美地區(qū)采用是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國(guó)的電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)漂移大，低電位變化大，工企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力要求更高，在國(guó)外能正常工作PLC產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)工業(yè)不一定可靠運(yùn)行，這就要在采用國(guó)外產(chǎn)品時(shí)，按我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)（GB/TI3926）合理選擇。</p><p>　

96、　3.7.2 綜合抗干擾設(shè)計(jì)</p><p>　　主要考慮來(lái)自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內(nèi)容：對(duì)PLC系統(tǒng)外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對(duì)外線進(jìn)行進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動(dòng)力電纜，分層布置，以防止通過(guò)外線引導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計(jì)接地點(diǎn)和接地裝置，完善基地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。</p><p>　　3.8 機(jī)械電路系統(tǒng)的調(diào)試</p>

97、<p>　　用CX-PROGRAMMER編程的基本操作有：建立一個(gè)新工程，創(chuàng)建一個(gè)程序，編譯程序，將PC機(jī)上的程序傳送到PLC。將PLC中的程序傳到PC機(jī)，將PC機(jī)的程序與PLC中的程序進(jìn)行比較，然后執(zhí)行PLC程序進(jìn)行監(jiān)視，接著進(jìn)行在線編譯等。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　很多場(chǎng)合對(duì)機(jī)械手的控制需求很大，不論是機(jī)床使用

98、的小型系統(tǒng)還是流水線上的設(shè)備，其基本動(dòng)作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。</p><p>　　對(duì)于控制程序的編寫(xiě)，這里給出的只是一種實(shí)現(xiàn)的手段，使用可編程控制器還有其他方法實(shí)現(xiàn)這樣的控制，針對(duì)所用的具體的系統(tǒng)的情況，設(shè)計(jì)人員可以選用不同的方法來(lái)編程寫(xiě)程序。同時(shí)可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高的可靠性，可以在機(jī)械手的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到了十分重要的作用。</p><p>

99、　　本文就設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾項(xiàng)關(guān)鍵的問(wèn)題提出自己的看法，可以有效地提高系統(tǒng)的抗干擾能力，對(duì)PLC讀寫(xiě)，事件響應(yīng)等時(shí)間可進(jìn)行精確的控制，取得了良好的效果。</p><p>　　機(jī)械手的高效的工作效率，準(zhǔn)確的定位精度， 以及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制方式是人不能代替的，機(jī)械手的使用也將越來(lái)越廣泛。隨著機(jī)械手的應(yīng)用的普及，機(jī)械手的動(dòng)作更加靈活多樣，其控制方式也在向著多元化，在PLC控制的過(guò)程中，還有許多的問(wèn)題要解決，PLC在機(jī)械手開(kāi)

100、發(fā)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用還有很大的空間。</p><p><b>　　致 辭</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)是在倪濤老師的悉心指導(dǎo)下完成的。倪老師為論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見(jiàn)，為論文的撰寫(xiě)、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。倪老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文結(jié)束之際，特向我敬愛(ài)的

101、導(dǎo)師致以最崇高的敬意和深深的感謝！</p><p>　　通過(guò)此次設(shè)計(jì)，一方面讓我認(rèn)識(shí)到自己的不足，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處；另一方面可以積累比較豐富的知識(shí)，吸取別人好的方法和經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的解決能力，摸索出一套解決綜合問(wèn)題的方法，為自己以后的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)這次的努力，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。這份畢業(yè)設(shè)計(jì)既是對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，又是自己知識(shí)的積

102、累，也使我加深了對(duì)機(jī)械手控制電路的了解。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)中既動(dòng)腦又動(dòng)手，是一個(gè)理論與實(shí)際結(jié)合的過(guò)程。僅僅有理論是不夠的，更重要的是實(shí)際的，我們所設(shè)計(jì)的實(shí)物，具有設(shè)計(jì)合理，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)者考慮問(wèn)題是要仔細(xì)、周密，不能有絲毫的大意。對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)越化，也需要我們綜合各方面的因素考慮，尤其是實(shí)際。再次像教育指導(dǎo)我的老師及幫助我的同學(xué)表示誠(chéng)摯的感謝！</p><p>

103、;　　鑒于本人所學(xué)知識(shí)有限，經(jīng)驗(yàn)不足，又是初次研究這種復(fù)雜的設(shè)計(jì)，在此過(guò)程中難免存在一些錯(cuò)誤和不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予批評(píng)和指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王也房.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[2] 廖常初.可編程控制器的編程方法與過(guò)程應(yīng)用

104、[M].重慶： 重慶大學(xué)出版社，2002. </p><p>　　[3] 王兆義.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[4] 袁任光.可編程控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[5] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)

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