柔性制造系統(tǒng)中裝配單元的設(shè)計(jì)

1、陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（或畢業(yè)論文）題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)（或畢業(yè)論文）題目： 柔性制造系統(tǒng)中裝配單元的設(shè)計(jì) 系（部）系（部） 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 * 班級(jí)學(xué)號(hào)班級(jí)學(xué)號(hào) * 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 * 2012 年年 4 月月 2 日日 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 機(jī)電工程 系 機(jī)電一體化技術(shù) 專業(yè) 學(xué)生姓名 * 學(xué)號(hào) * 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 柔性制造系統(tǒng)中裝配單元的設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間 2012 年 4 月 2 日 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 陜西 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 指導(dǎo)教師 * 20

2、12 年 4 月 2 日 目目 錄錄 第一章第一章 裝配單元簡(jiǎn)介裝配單元簡(jiǎn)介.1 1.1 裝配單元概述裝配單元概述 .1 1.21.2 裝配單元的結(jié)構(gòu)組成裝配單元的結(jié)構(gòu)組成 .2 第二章第二章 裝配單元的設(shè)計(jì)與裝配單元的設(shè)計(jì)與選選用用.6 2.12.1 機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .6 2.22.2PLCPLC 的選用的選用.8 .1 可編程序控制器的選型及工作過程可編程序控制器的選型及工作過程.8 2.32.3 PLCPLC 程序的實(shí)現(xiàn)程序的實(shí)現(xiàn) .11 2.42.4 可編程序控制器的連接可編程序控制器的連接.13 2.52.5 可編程序控制器的工作過程可編程序

3、控制器的工作過程.14 2.62.6 可編程序控制器的使用步驟可編程序控制器的使用步驟.14 2.72.7 可編程序控制器的輸入輸出保護(hù)可編程序控制器的輸入輸出保護(hù).15 第三章第三章 裝配單裝配單元元的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì).17 3.03.0 裝配單元機(jī)械手裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案裝配單元機(jī)械手裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.17 .1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng).17 .2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì).17 .3 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度.17 .4 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì)機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì).1

4、8 .5 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表.19 3.13.1 機(jī)械手可編程序控制器控制方案機(jī)械手可編程序控制器控制方案.20 3.23.2 可編程控制器的抗干擾措施可編程控制器的抗干擾措施.23 3.33.3 PLCPLC 應(yīng)注意的問題及解決方法應(yīng)注意的問題及解決方法 .25 .1 工作環(huán)境工作環(huán)境.25 .2 安裝與布線安裝與布線.25 .3 外部安全外部安全.26 第四章第四章 電、氣路的設(shè)電、氣路的設(shè)計(jì)計(jì)與調(diào)試與調(diào)試.27 4.14.1 裝配單元的氣路設(shè)計(jì)與連接裝配單元的氣路設(shè)計(jì)與連接.27 4.24.2 裝配單元

5、的電路設(shè)計(jì)與接線裝配單元的電路設(shè)計(jì)與接線.29 4.34.3 裝配單元的程序編制與系統(tǒng)調(diào)試裝配單元的程序編制與系統(tǒng)調(diào)試 .30 結(jié)結(jié) 論論.31 致致 謝謝.32 參考資料參考資料.33 第一章 裝配單元簡(jiǎn)介 1.1 裝配單元裝配單元概述概述 裝配單元是將生產(chǎn)線中分散的兩個(gè)物料進(jìn)行裝配的過程。主要是通過對(duì)自身物料 倉(cāng)庫(kù)的物料按按生產(chǎn)需要進(jìn)行分配，并使用機(jī)械手將其插入來自加工單元的物料中心 孔的過程。裝配單元總裝實(shí)物圖如下。 豎直料倉(cāng)中的物料在重力作用下自動(dòng)下落，通過兩直線氣缸的共同作用，分別對(duì) 底層相鄰兩物料加緊與松開，完成對(duì)連續(xù)下落的物料的分配，被分配的物料按指定的 路徑 落入由氣動(dòng)擺臺(tái)構(gòu)成

6、的物料位置轉(zhuǎn)換裝置，由擺臺(tái)完成 180 度位置變換后，由前 后移動(dòng)氣缸，上下移動(dòng)氣缸，氣動(dòng)手指所組成的機(jī)械手夾持后位移，并插入以定位的 半成品工作中。 1.21.2 裝配單元的結(jié)構(gòu)組成裝配單元的結(jié)構(gòu)組成 由于裝配單元不僅要完成對(duì)分散的物料的裝配過程，而且配有自身的物料倉(cāng) 庫(kù)，因此它的結(jié)構(gòu)組成包括：簡(jiǎn)易物料倉(cāng)庫(kù)，物料分配機(jī)構(gòu)氣動(dòng)系統(tǒng)及其閥組，信號(hào) 采集及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，以及用于電器連接的端子排組件，整條生產(chǎn)線狀態(tài)指示燈和 用于其他機(jī)構(gòu)安裝的鋁型材支架及底板，傳感安裝支架等其他附件。 簡(jiǎn)易物料倉(cāng)庫(kù)簡(jiǎn)易物料倉(cāng)庫(kù) 簡(jiǎn)易物料倉(cāng)庫(kù)是由塑料圓棒加工而成，它直接插裝在物料分配機(jī)構(gòu)的底座連接孔 中，并在頂端放置

7、加強(qiáng)金屬環(huán)，用以防止空心塑料圓柱的破壞。物料豎直放入料倉(cāng)的 空心圓柱內(nèi)，由于二者之間有一定的間隙，使其能在重力作用下自由下落。 為了能對(duì)料倉(cāng)缺料時(shí)及時(shí)報(bào)警，在料倉(cāng)的外部安裝漫反射光電傳感器，并在料倉(cāng) 塑料圓柱上縱向銑槽，以使光電傳感器的紅外光斑能可靠照射到被檢測(cè)的物料上。如 下圖： 簡(jiǎn)易物料倉(cāng)庫(kù)中的物料外型一致，顏色分為黑色和白色。 2.物料分配機(jī)構(gòu) 它的動(dòng)作過程是由上下安裝水平動(dòng)作的兩直線氣缸在 PLC 的控制下完成的。當(dāng)供 氣壓力達(dá)到規(guī)定氣壓后，打開氣路閥門，此時(shí)分配機(jī)構(gòu)底部氣缸在單電控電磁閥的作 用下，恢復(fù)到初始狀態(tài)-該氣缸活塞桿伸出，因重力下落的物料被阻擋，系統(tǒng)上電 并正常運(yùn)行后，當(dāng)位

8、置變換機(jī)構(gòu)料盤旁的光電傳感器檢測(cè)到位置變換機(jī)構(gòu)需要物料時(shí)， 物料分配機(jī)構(gòu)中的上部氣缸在電磁閥的作用下活塞桿伸出，將與之對(duì)應(yīng)的物料夾緊， 使其不能下落，底部氣缸活塞桿縮回，物料掉入位置變換機(jī)構(gòu)的料盤中，底部氣缸復(fù) 位伸出，上部的氣缸縮回，物料連續(xù)下落，為下一次分料做好準(zhǔn)備。在兩直線氣缸上 均裝有檢測(cè)活塞桿伸出與縮回到位的磁性開官，用于動(dòng)作到位檢測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)正常工作 并檢測(cè)到活塞磁鋼的時(shí)候，磁性開關(guān)的紅色指示燈點(diǎn)亮，并將檢測(cè)到的信號(hào)傳送給控 制系統(tǒng)的 PLC。物料分配機(jī)構(gòu)的底部裝有用于檢測(cè)有無物料的光電傳感器，使控制過程 更準(zhǔn)確可靠。 3. 物料位置變換機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)擺臺(tái)和料盤構(gòu)成，氣動(dòng)擺臺(tái)驅(qū)動(dòng)

9、料盤旋轉(zhuǎn) 180 度，并將擺動(dòng)到位信 號(hào)通過磁性開關(guān)傳給 PLC，在 PLC 的控制下，實(shí)現(xiàn)有序，往復(fù)循環(huán)動(dòng)作。見下圖： 4. 機(jī)械手 機(jī)械手是整個(gè)裝配單元的核心，變換機(jī)構(gòu)有物料的信號(hào)傳送至 PLC，在半成品工件 定位機(jī)構(gòu)傳感器檢測(cè)到該機(jī)構(gòu)有工件的情況下，機(jī)械手從初始狀態(tài)執(zhí)行 裝配操作過程。整體外型如圖所示： PLC 驅(qū)動(dòng)與豎直氣缸相連的電磁換向閥動(dòng)作，由豎直移動(dòng)帶導(dǎo)桿氣缸驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手指 向下移動(dòng)，磁性開關(guān)檢測(cè)到下移到位后，氣動(dòng)手指驅(qū)動(dòng)手爪夾緊物料，并將加緊信號(hào) 通過磁性開關(guān)傳送給 PLC，在 PLC 控制下，豎直移動(dòng)氣缸復(fù)位，被夾緊的物料隨氣動(dòng)手 指一并提起，離開位置變換機(jī)構(gòu)的料盤，提升到最高

10、位后，水平移動(dòng)氣缸在與之對(duì)應(yīng) 的換向閥的驅(qū)動(dòng)下，活塞桿伸出，移動(dòng)到氣缸前端位置后，豎直移動(dòng)氣缸再次被驅(qū)動(dòng) 下移，移動(dòng)到最下端位置，氣動(dòng)手指松開，經(jīng)短暫延時(shí)，豎直移動(dòng)氣缸和水平移動(dòng)氣 缸縮回，機(jī)械手恢復(fù)初始狀態(tài)。 在整個(gè)機(jī)械手動(dòng)作過程中，除了氣動(dòng)手指松開到位無傳感器檢測(cè)外，其余動(dòng)作的 到位信號(hào)檢測(cè)均采用與氣缸配套的磁性開關(guān)，將采集到的信號(hào)輸入 PLC，由 PLC 輸出信 號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥換向，使由氣缸及手指組成的機(jī)械手按程序自動(dòng)運(yùn)行。 5.半成品工件的定位機(jī)構(gòu) 輸送單元送來的半成品工件直接放置在該機(jī)構(gòu)的料斗定位孔中，由定位孔與工件 之間的較小的間隙配合實(shí)現(xiàn)定位，從而完成準(zhǔn)確的裝配動(dòng)作和定位精度。如圖

11、所示。 6.電磁閥組 就是將多個(gè)閥集中在一起組成的一組閥，每一個(gè)閥的功能是彼此獨(dú)立的。裝配單 元的閥組 6 個(gè)二位五通單電控電磁換向閥組成，如下圖所示。這些閥分別對(duì)物料分配， 位置變換和裝配動(dòng)作氣路進(jìn)行控制，以改變各自的動(dòng)作狀態(tài)。 第二章第二章 裝配單元的設(shè)計(jì)與選用裝配單元的設(shè)計(jì)與選用 隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù) 領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更 好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲 勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械

12、手已受到許多部門的重 視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： 1.機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 2.在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行 業(yè)中 它可以用來組裝零部件。 3.可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。 4.可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。 5.宇宙及海 2.12.1 機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手腕部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)器人的手臂運(yùn)動(dòng)（包括腰座的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在其工作 空間中的運(yùn)動(dòng)位置，而安裝在機(jī)器人手臂末端的手腕，則給出了機(jī)器人末端執(zhí)行器在 其工作空間中

13、的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。機(jī)器人手腕是機(jī)器人操作機(jī)的最末端，它與機(jī)器人手臂配 合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝在手腕上的末端執(zhí)行器的空間運(yùn)動(dòng)軌跡與運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，完成所需要的 作業(yè)動(dòng)作。 1.機(jī)器人手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)作業(yè)需要來設(shè)計(jì)。機(jī)器人手腕自由度數(shù)目愈多， 各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度愈大，則機(jī)器人腕部的靈活性愈高，機(jī)器人對(duì)對(duì)作業(yè)的適應(yīng)能力也 愈強(qiáng)。但是，自由度的增加，也必然會(huì)使腕部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，機(jī)器人的控制更困難，成 本也會(huì)增加。因此，手腕的自由度數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求來確定。在滿足作業(yè)要求 的前提下，應(yīng)使自由度數(shù)盡可能的少。一般的機(jī)器人手腕的自由度數(shù)為 2 至 3 個(gè)，有 的需要更多的自由度，而有的機(jī)器人手腕不需要自由度，僅憑受臂和

14、腰部的運(yùn)動(dòng)就能 實(shí)現(xiàn)作業(yè)要求的任務(wù)。因此，要具體問題具體分析，考慮機(jī)器人的多種布局，運(yùn)動(dòng)方 案，選擇滿足要求的最簡(jiǎn)單的方案。 2.機(jī)器人腕部安裝在機(jī)器人手臂的末端，在設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(shí)，應(yīng)力求減少其重 量和體積，結(jié)構(gòu)力求緊湊。為了減輕機(jī)器人腕部的重量，腕部機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器采用分離 傳動(dòng)。腕部驅(qū)動(dòng)器一般安裝在手臂上，而不采用直接驅(qū)動(dòng)，并選用高強(qiáng)度的鋁合金制 造。 3.機(jī)器人手腕要與末端執(zhí)行器相聯(lián)，因此，要有標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)接法蘭，結(jié)構(gòu)上要便于 裝卸末端執(zhí)行器。 4.機(jī)器人的手腕機(jī)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證力與運(yùn)動(dòng)的傳遞。 5.要設(shè)有可靠的傳動(dòng)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減小空回間隙，提高傳動(dòng)精度。 6.手腕各關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)

15、動(dòng)要有限位開關(guān)，并設(shè)置硬限位，以防止超限造成機(jī)械損壞。 通過對(duì)數(shù)控機(jī)床上下料作業(yè)的具體分析，考慮數(shù)控機(jī)床加工的具體形式及對(duì)機(jī)械 手上下料作業(yè)時(shí)的具體要求，在滿足系統(tǒng)工藝要求的前提下提高安全和可靠性，為使 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，降低控制的難度，本設(shè)計(jì)手腕不增加自由度，實(shí)踐證明這是 完全能滿足作業(yè)要求的，3 個(gè)自由度來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的上下料完全足夠。具體的手腕（手臂 手爪聯(lián)結(jié)梁）結(jié)構(gòu)見圖 2-1。 水平液壓缸支承板 手臂手 爪聯(lián)結(jié) 梁 執(zhí)行手爪 圖 2-1 手爪聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu) 圖 2-2 機(jī)械手控制圖 1在傳輸帶 A 端部，安裝了光電開關(guān) PS，用以檢測(cè)洋的開發(fā)。 2.機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，

16、傳送帶 A 運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開關(guān)檢測(cè) 到物品后，傳送帶 A 停。 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。 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)。 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。 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。 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。 8.機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限開關(guān)控制。 9.抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，

17、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）。 2.2PLC 的選用 2.2.1 可編程序控制器的選型及工作過程 一、可編程序控制器的選型 PLC 選型的基本原則是在滿足基本控制功能和容量的前提下，盡量保證工作可靠、 維護(hù)使用方便以及最佳的性價(jià)比。 1、對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱?chǎng)合，選用整體式結(jié) 構(gòu) PLC； 2、PLC 一般是根據(jù)其輸入輸出點(diǎn)數(shù)及存儲(chǔ)器容量的大小分類，在 PLC 選型之前首 先確定系統(tǒng) I/O 點(diǎn)數(shù)利存儲(chǔ)器容量。 3、PLC 一般可以通過三種方式進(jìn)行編程。一種是廠家提供的普通手持式編程器編 程，一般只能用于廠家規(guī)定的語句表中的

18、語句進(jìn)行編程；另一種是在普通計(jì)算機(jī)上運(yùn) 行專用的編程軟件來編程，支持的編程語言多編程操作非常方便；第三種是廠家專用 圖形編程器編程，這類編程器采用梯形圖編程，方便直觀，我們此次設(shè)計(jì)就是采用梯 形圖編程。 裝配單元所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)較多。其中，輸入信號(hào)包括來自按鈕指示燈模塊的按 鈕、開關(guān)等主令信號(hào)，單元各構(gòu)件的傳感器信號(hào)燈；輸出信號(hào)包括輸出到抓取機(jī)械手 裝置各電磁閥的控制信號(hào)和輸出到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)和驅(qū)動(dòng)方向信號(hào)。此 外尚須考慮在需要時(shí)輸出信號(hào)到按鈕指示燈模塊的指示燈、蜂鳴器等，以顯示本單 元或系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 由于需要輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的高速脈沖，因此 PLC 應(yīng)采用晶體管輸出型。

19、 基于上述考慮，選用西門子 S7-226ACDCDC 型 PLC，共 24 點(diǎn)輸入，16 點(diǎn)晶體 管輸出。PLC 安裝在模盒中。PLC 引出線連接到面板上的安全插孔處。面板上每一輸入 插孔旁都設(shè)有一個(gè)鈕子開關(guān)，該開關(guān)的 2 根引出線分別連接到 PLC 輸入端的公共參考 點(diǎn)和相應(yīng)的輸入點(diǎn)，開關(guān)扳倒接通位置時(shí)，使該輸入點(diǎn) ON，可以用于程序調(diào)試。須注 意的是，在調(diào)試后要把開關(guān)扳回 OFF 位置，以免影響程序正常進(jìn)行。 除了 CPU221 外，S7-200 的其他 CPU 型號(hào)都可以附加擴(kuò)展模塊，以增加 I/O 點(diǎn)數(shù)、 擴(kuò)展通信能力和一些特殊功能。 S7-200 的擴(kuò)展模塊包括： 數(shù)字量 I/O 擴(kuò)

20、展模塊 模擬量 I/O 模塊 通信模塊 功能模塊 不同類型的模塊可以組合搭配，一起做 S7-200 CPU 的擴(kuò)展模塊。 二、數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊 數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊有： EM221：數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊。包括 8 點(diǎn) x 24VDC 8 x 120/230VAC 16 x 24VDC EM222： 數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊 4 x 24VDC/5A 4 x 繼電器/10A 8 x 24VDC/0.75A 8 x 繼電器/2A 8 x 120/230VAC/0.5A EM223：數(shù)字量輸入/輸出混合模塊 4 x 24VDC 輸入；4 x 24VDC/0.75A 輸出 4 x 24VDC 輸入

21、；4 x 繼電器/2A 輸出 8 x 24VDC 輸入；8 x 24VDC/0.75A 輸出 8 x 24VDC 輸入；8 x 繼電器/2A 輸出 16 x 24VDC 輸入；16 x 24VDC/0.75A 輸出 16 x 24VDC 輸入；16 x 繼電器/2A 輸出 不同類型的數(shù)字量模塊可以同時(shí)連接到 CPU 后面，只要注意各自的電源連接就可 以了。 三、模擬量擴(kuò)展模塊 除了 CPU224 XP 外有兩通道輸入/1 通道輸出的簡(jiǎn)單模擬量 I/O 組外，其他 CPU 都 需要加模擬量擴(kuò)展模塊才能獲得模擬量 I/O 能力。 EM231：4 通道電源/電流模擬量輸入 EM231 RTD：2 通

22、道熱電阻溫度輸入模塊 EM231 TC：4 通道熱電偶溫度輸入模塊 EM235：4 通道電壓、電流輸入/1 通道電壓、電流輸出模塊 四、通信模塊 除 CPU 本體上的通信口可以支持 PPI/MPI 和自由口通信之外，S7-200 系列使用擴(kuò) 展模塊支持更多的通信模式。 這些通信模塊有： EM277：PROFIBUS-DP/MPI 通信模塊。帶 DB-9 插座，可連接到 PROFIBUS-DP 和 MPI 網(wǎng)絡(luò)上。EM277 也可以用于連接西門子的 HMI 產(chǎn)品 EM241：模擬音頻調(diào)制解調(diào)器（Modem）模塊，帶 RJ11 電話插口。支持自動(dòng)電話撥 號(hào)等功能 CP243-1：以太網(wǎng)模塊，帶 R

23、J45 接口，可連接到支持 TCP/IP 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)中，與 西門子的其他 CP243 模塊、CP343/CP443 模塊，或西門子軟件（OPC Server）通信 CP243-1 IT：帶因特網(wǎng)功能的以太網(wǎng)模塊，除 CP243-1 的功能外，還支持 FTP、HTTP、E-mail 等 IT 功能 CP243-2：AS-Interface（執(zhí)行器傳感器接口）主站模塊。AS-Interface 從站可 以連接到端子上。一個(gè)完整的系統(tǒng)還需要 AS-Interface 電源等設(shè)備 五、功能模塊 S7-200 目前有一種特殊功能模塊： EM253：定位處理模塊，支持開環(huán)速度和定位控制。一般用于控制步進(jìn)

24、電機(jī)控制器 和伺服電機(jī)控制器。支持 RS422/RS-485 差動(dòng)輸出和漏極開路輸出。每個(gè)模塊可以控制 一個(gè)軸。使用多個(gè)模塊的情況下也不能進(jìn)行復(fù)雜的插補(bǔ)計(jì)算 2.32.3 PLCPLC 程序的實(shí)現(xiàn)程序的實(shí)現(xiàn) S7-200 的數(shù)據(jù)主要分為： 與實(shí)際輸入/輸出信號(hào)相關(guān)的輸入/輸出映象區(qū)： I：數(shù)字量輸入（DI） Q：數(shù)字量輸出（DO） AI：模擬量輸入 AQ：模擬量輸出 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) V：變量存儲(chǔ)區(qū)，可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取 V 區(qū)數(shù)據(jù) M：位存儲(chǔ)區(qū)，可以按位、字節(jié)、字或雙字來存取 M 區(qū)數(shù)據(jù) T：定時(shí)器存儲(chǔ)區(qū)，用于時(shí)間累計(jì)，分辨率分為 1ms、10ms、100ms 三種 C：計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)區(qū)

25、，用于累計(jì)其輸入端脈沖電平由低到高的次數(shù)。CPU 提供了三種 類 型的計(jì)數(shù)器：一種只能增計(jì)數(shù)；一種只能減計(jì)數(shù)；另外一種既可 以增計(jì)數(shù)，又可 以減計(jì)數(shù) 尋址格式 數(shù)據(jù)長(zhǎng) 度 （二進(jìn)制位） 數(shù)據(jù)類型取值范圍 BOOL（位） 1（位）布爾數(shù) （二進(jìn)制位） 真（1）；假（0） BYTE（字節(jié)） 8 （字節(jié)） 無符號(hào)整 數(shù) 0 255；0 FF（Hex） INT（整數(shù)）有符號(hào)整 數(shù) - 32768 32767； 8000 7FFF（Hex） WORD（字） 16 （字）無符號(hào)整 數(shù) 0 65535； 0 FFFF（Hex） DINT （雙整數(shù)） 有符號(hào)整 數(shù) - 8000 0000 7FFF FFFF（

26、Hex） DWORD （雙字） 無符號(hào)整 數(shù) 0 ； 0 FFFF（Hex） REAL （實(shí)數(shù)） 32 （雙字） IEEE 32 位 單精度浮點(diǎn)數(shù) -3.E+38 -1.E-38（負(fù)數(shù)）； +1.E-38 +3.E+38（正數(shù)）； 0.0 ASCII 字符列表 ASCII 字符、 漢字內(nèi)碼（每個(gè)漢字 2 字節(jié)） STRING （字符串） 8 個(gè) （字節(jié)） 字符串 1 254 個(gè) ASCII 字符、 漢字內(nèi)碼（每個(gè)漢字 2 字節(jié)） 圖 11 S7-200 支持的數(shù)據(jù)格式 2.4 可編程序控制器的連接 1、機(jī)與實(shí)現(xiàn)通信的條件 帶異步通信適配器的機(jī)與只有滿足如下條件，才能互聯(lián)通信： （）帶有異步通信

27、接口的才能與帶異步通信適配器的機(jī)互聯(lián)。還要 求雙方采用的總線標(biāo)準(zhǔn)一致，否則要通過“總線標(biāo)準(zhǔn)變換單元”變換之后才能互聯(lián)。 （）雙方的初始化，使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)都相同。 （）要對(duì)的通信協(xié)議分析清楚，嚴(yán)格地按照協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫 機(jī)的通信程序。中配有通信機(jī)制，一般不需用戶編程。 2 、機(jī)及與系列的串行通訊 21 硬件連接 機(jī)與系列不能直接連接，要經(jīng)過單元進(jìn)行 的變換。 22 系列的通信協(xié)議 在機(jī)中必須依據(jù)互聯(lián)的的通信協(xié)議來編寫通信程序，因此先介紹 系列的通信協(xié)議。 （）數(shù)據(jù)格式 系列采用異步格式，由位起始位、位數(shù)據(jù)位、位偶校驗(yàn)位及 位停止位組成，波特率為，字符為碼。 （）通信

28、命令 系列有個(gè)通信命令，它們是讀命令、寫命令、強(qiáng)制通命令、強(qiáng)制斷 命令。 （）通信控制字符 系列采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到個(gè)通信控制字符。 （4）傳輸過程 機(jī)與系列之間采用應(yīng)答方式通信，傳輸出錯(cuò)則組織重發(fā)。 2.5 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用 了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為 4 個(gè)階段。 第一階段是初始化處理。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機(jī)相連，CPU 對(duì)輸入輸出狀態(tài)的詢問是針 對(duì)輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為 I/0 狀態(tài)表.該表是一個(gè)專 門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)區(qū)。其中存放輸入

29、狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸入狀態(tài)暫存 器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲(chǔ)器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機(jī)時(shí)， CPU 首先使 I/0 狀態(tài)表清 零，然后進(jìn)行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進(jìn)入下一階段。 第二階段是處理輸入信號(hào)階段。 在處理輸入信號(hào)階段，CPU 對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行掃描，將獲得的各個(gè)輸入端子的狀態(tài)信 息送到 I/0 狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個(gè)輸入點(diǎn)的狀態(tài)在 I/0 狀態(tài)表中一 直保持不變，不會(huì)受到各個(gè)輸入端子信號(hào)變化的影響，因此不能造成運(yùn)算結(jié)果混亂， 保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第三階段是程序處理階段。 當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進(jìn)入 I/0 狀態(tài)表后，CPU 工作進(jìn)入到第三個(gè)階段。在這個(gè)階段

30、中，可編程序控制器對(duì)用戶程序進(jìn)行依次掃描，并根據(jù)各 I/0 狀態(tài)和有關(guān)指令進(jìn)行運(yùn) 算和處理，最后將結(jié)果寫入 I/0 狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。 第四階段是輸出處理階段。 CPU 對(duì)用戶程序已掃描處理完畢，并將運(yùn)算結(jié)果寫入到 I/0 狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。 此時(shí)將輸入信號(hào)從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動(dòng)輸出繼電器線圈， 控制被控設(shè)備進(jìn)行各種相應(yīng)的動(dòng)作。然后，CPU 又返回執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)的掃描周期。 2.6 可編程序控制器的使用步驟 在可編程序控制器與被控對(duì)象(機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系 統(tǒng)時(shí)，通常以七個(gè)步驟進(jìn)行: (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 即確定被控對(duì)象的動(dòng)作及動(dòng)作順序。 (2)

31、 I/0 分配 即確定哪些信號(hào)是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號(hào);哪些信號(hào) 是由可編程序控制器送到被控對(duì)象的，并分配相應(yīng)的輸出端號(hào).此外，對(duì)用到的可編程 序控制器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等也要進(jìn)行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號(hào)來識(shí)別 信號(hào)的。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達(dá)了系統(tǒng)中全部動(dòng)作的相互關(guān)系。如 果使用圖形編程器(LCD 或 CRT)，則畫出梯形圖相當(dāng)于編制出了程序，可將梯形圖直接 送入可編程序控制器。對(duì)簡(jiǎn)易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (4)助記符機(jī)器程序 相當(dāng)于微機(jī)的助記符程序，是面向機(jī)器的(即不同廠家的可編程序控制器，助記 符

32、指令形式不同)，用簡(jiǎn)易編程器時(shí)，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到 可編程序控制器中。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語法錯(cuò)誤，若有則修改。這項(xiàng)工作在編程器上進(jìn)行。 (6)調(diào)試程序 即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修改。程序設(shè) 計(jì)(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試)也可在別的工具上進(jìn)行。如 IBM-PC 機(jī)，只要這個(gè)機(jī)器配有相應(yīng)的軟件。 (7)保存程序 調(diào)試通過的程序，可以固化在 EPROM 中或保存在磁盤上備用。 2.7 可編程序控制器的輸入輸出保護(hù) 類別保護(hù)措施 直流輸入 在需要保護(hù)的輸入口反并接穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓值低于輸入 口的 電壓額定值 交流

33、輸入在需要保護(hù)的輸入口并接電阻與電容串聯(lián)的組合 交流感性負(fù) 載 在負(fù)載兩端并聯(lián)壓敏電阻,或并聯(lián)電阻與電容串聯(lián)的組合 (C=0.1UF;R:0.5W,100-200 歐) 直流感性負(fù) 載 在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管(額定電流為 1 安左右)或齊 納二管 第三章 裝配單元的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì) 3.0 裝配單元機(jī)械手裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 對(duì)氣動(dòng)機(jī)械手的基本要求是能快速、準(zhǔn)確地拾一放和搬運(yùn)物件，這就要求它們 具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意 位置都能自動(dòng)定位等特性。設(shè)計(jì)氣動(dòng)機(jī)械手的原則是:充分分析作業(yè)對(duì)象(工件)的作業(yè) 技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系

34、統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件;明確工件 的結(jié)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運(yùn)時(shí)的受力特性、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等， 從而進(jìn)一步確定對(duì)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及運(yùn)行控制的要求，盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡(jiǎn)化設(shè) 計(jì)制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實(shí)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制. 3.0.1 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 機(jī)械手以及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，由臂部、腕部等組成 部件以及整機(jī)的各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的合成來確定。如圖 2 所示，機(jī)械手通?？蓪?shí)現(xiàn)如下的 基本動(dòng)作： 手臂的運(yùn)動(dòng)：伸縮運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)（即俯仰）、升降運(yùn)動(dòng)。 手腕的運(yùn)動(dòng)：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、上下擺動(dòng)、左右擺動(dòng)。 手部的運(yùn)動(dòng)：夾緊和松開。 整機(jī)主體的運(yùn)動(dòng)：整機(jī)行走。 機(jī)

35、械手的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)，必須要配有一個(gè)原動(dòng)件，當(dāng)各原動(dòng)件按一定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)， 機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)部件隨之作確定的運(yùn)動(dòng)，從而使機(jī)械手具有運(yùn)動(dòng)和位置的確定性。 所以通過上述我采取了下列設(shè)計(jì)方案。 3.0.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 由于氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此 本機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)方式。 3.0.3 機(jī)械手的坐標(biāo)型式與自由度 按機(jī)械手手臂的不同運(yùn)動(dòng)形式及其組合情況，其坐標(biāo)型式可分為直角坐標(biāo)式、圓 柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)式。 按坐標(biāo)系分類： （1)直角坐標(biāo)機(jī)械手 主機(jī)架由三個(gè)相互正交的平移軸組成，手臂可作前后伸縮、上下升降和左右橫移 三個(gè)動(dòng)作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高的

36、特點(diǎn)。 (2）圓柱坐標(biāo)機(jī)械手 由立柱和一個(gè)安裝在立柱上的水平臂組成，手臂可作前后伸縮、上下升降和繞立 柱轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)動(dòng)作，這種結(jié)構(gòu)占據(jù)空間位置小，活動(dòng)范圍大。 (3）球坐標(biāo)機(jī)械手 由回轉(zhuǎn)機(jī)座、俯仰鉸鏈和伸縮臂組成，手臂可作前后伸縮、上下擺動(dòng)（俯仰和左 右擺動(dòng)三個(gè)動(dòng)作，該結(jié)構(gòu)能以簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)得到較大的工作范圍。 (4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)械手 由大小兩手臂和立柱等機(jī)構(gòu)組成，大小臂間的聯(lián)結(jié)為肘關(guān)節(jié)，大臂和立柱間的聯(lián) 結(jié)為肩關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、動(dòng)作范圍大 等優(yōu)點(diǎn)。 由于本機(jī)械手在上下料時(shí)手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，采用圓柱坐標(biāo) 型式。相應(yīng)的機(jī)械手具有三個(gè)自由度，為了彌補(bǔ)

37、升降運(yùn)動(dòng)行程較小的缺點(diǎn)，增加手臂 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而增加一個(gè)手臂上下擺動(dòng)的自由度。 3.0.4 機(jī)械手的控制方案設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)械手的通用性，同時(shí)使用點(diǎn)位控制，因此我們采用可編程序控制器(PLC) 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制。當(dāng)機(jī)械手的動(dòng)作流程改變時(shí)，只需改變 PLC 程序即可實(shí)現(xiàn)，非常 方便快捷。 1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。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。例 如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。

38、從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)， 和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之 一，故障也就大大降低。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。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng) 中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠 性也就不奇怪了。 2.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建 造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序

39、改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 3.體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗 僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 根據(jù)以上特點(diǎn)，我選擇了 PLC 作為我此次設(shè)計(jì)機(jī)械手的軟件。 3.0.5 機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途: 用于自動(dòng)輸送線的上下料。 二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù): 1、抓重 10 公斤 (夾持式手部) 5 公斤（氣流負(fù)壓式吸盤） 2、自由度數(shù)：3 個(gè)自由度 3、坐標(biāo)型式：圓柱坐標(biāo) 4、最大工作半徑：1500mm 5、手臂最大中心高：1380mm 6、手臂運(yùn)動(dòng)參

40、數(shù)： 升降行程 200mm 升降速度 300mm/s 回轉(zhuǎn)范圍 0 180 回轉(zhuǎn)速度 90 7、手腕運(yùn)動(dòng)參數(shù)：回轉(zhuǎn)范圍 0 180 回轉(zhuǎn)速度 180/s 8、手指夾持范圍：棒料 : 80150mm 片料 : 面 積不大于 0.5m Z 9、定位方式：行程開關(guān)或可調(diào)機(jī)械擋塊等 10、定位精度：士 0.5mm l1,緩沖方式：液壓緩沖器 12.驅(qū)動(dòng)方式：氣壓傳動(dòng) 13、控制方式：點(diǎn)位程序控制 3.1 機(jī)械手可編程序控制器控制方案 1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介 控制對(duì)象為圓柱坐標(biāo)氣動(dòng)機(jī)械手。它的手臂具有兩個(gè)自由度，即豎直方向的上、 下;繞豎直軸的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)及逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。另外，其末端執(zhí)行裝置機(jī)械手，還 可完成

41、抓、放功能。 以上動(dòng)作均采用氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，即用五個(gè)二位五通電磁閥(每個(gè)閥有兩個(gè)線圈，對(duì) 應(yīng)兩個(gè)相反動(dòng)作)分別控制五個(gè)氣缸，使機(jī)械手完成伸、縮、上、下、旋轉(zhuǎn)及機(jī)械手抓 放動(dòng)作。其中旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用一組齒輪齒條，使氣缸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 這樣，可用 PLC 的 8 個(gè)輸出端與電磁閥的 8 個(gè)線圈相連，通過編程，使電磁閥各 線圈按一定序列激勵(lì)，從而使機(jī)械手按預(yù)先安排的動(dòng)作序列工作.如果欲改變機(jī)械手的 動(dòng)作，不需改變接線，只需將程序中動(dòng)作代碼及順序稍加修改即可。 另外 ，除抓放外，其余六個(gè)動(dòng)作末端均放置一個(gè)限位開關(guān)，以檢測(cè)動(dòng)作是否到位， 如果某動(dòng)作沒有到位，則出錯(cuò)指示燈亮。 2、工業(yè)機(jī)械手的工作流程

42、 此機(jī)械手用于 AB 傳送帶之間的取放貨物。 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕之后，有如下動(dòng)作: 按啟動(dòng)后，傳送帶 A 運(yùn)行，直到觸動(dòng)光電開關(guān)才停止，同時(shí)機(jī)械手下降。下降到 位觸動(dòng)行程開關(guān)，機(jī)械手夾緊物體，2s 后開始上升，面機(jī)械手保持夾緊。上升到位觸 動(dòng)行程開關(guān)后左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)到位后下降，下降到位機(jī)械手松開，2s 后機(jī)械手上升。上升 到位后，傳送帶 B 開始運(yùn)動(dòng)，同時(shí)機(jī)械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位，傳送帶 B 停止，此時(shí)傳送 帶 A 開始運(yùn)行直到按下光電開關(guān)才停止，再次循環(huán)。 3 I/0 分配 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目，選用 OMRONC 28P 型 PC，它有 16 個(gè)輸入點(diǎn)， 標(biāo)號(hào)為 00000015; 12 個(gè)輸出點(diǎn)

43、，標(biāo)號(hào)為 0500-0511. I/0 分配 輸入輸出 啟動(dòng) X0 A 帶運(yùn)動(dòng) Y1 停止 X6 B 帶運(yùn)動(dòng) Y2 A 帶限位開關(guān) X1 機(jī)械手下降 Y3 上升到位左限 位開關(guān) X2 機(jī)械手上升 Y4 上升到位右限 位開關(guān) X4 機(jī)械手右轉(zhuǎn) Y5 下降到位左限 位開關(guān) X3 機(jī)械手左轉(zhuǎn) Y6 下降到位右限 位開關(guān) X5 夾緊/松開 Y7 夾緊延時(shí)開關(guān) T0 松開延時(shí)開關(guān) T1 機(jī)械手 I/O 接線圖 5、梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械手的邏輯時(shí)序圖及 1/0 分配可看出： (1)手臂下降的條件:帶觸動(dòng)限位開關(guān)（Y1 為 OFF,X1 為 ON），或機(jī)械手右轉(zhuǎn)到位 （X4 為 ON）并且機(jī)械手保持夾緊狀態(tài)

44、（Y7 為 ON）. (2)手臂上升的條件:機(jī)械手處于下限位開關(guān)處（X3 或 X5 任意一個(gè)為 ON）,延時(shí)開 關(guān)接通（T0 或 T1 任意一個(gè)為 ON）. (3)手臂夾緊或松開的條件：機(jī)械手處于下限位開關(guān)處（X3 或 X5 任意一個(gè)為 ON）， 延時(shí)開關(guān)閉合（T0 或 T1 為 OFF）. (4)手臂右轉(zhuǎn)的條件:機(jī)械手上升到位觸動(dòng)左限位開關(guān)（X2 為 ON）. (5)手臂左轉(zhuǎn)的條件: 機(jī)械手上升到位觸動(dòng)右限位開關(guān)（X4 為 ON）. 6、機(jī)械手控制程序 來源：(http:/ - 畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械 手的 PLC 自動(dòng)控制(續(xù))_歐陽(yáng)若無_新浪博客地址 指令 數(shù)據(jù) 0 LD M8002 1 AND

45、X006 2 SET S0 3 STL S0 4 LD X000 5 SET S20 6 STL S20 7 OUT Y001 8 LD X001 9 SET S21 10 STL S21 11 OUT Y003 12 LD X003 13 SET S22 14 STL S22 15 OUT Y007 16 OUT T0 K20 17 LD T0 18 SET S23 19 STL S23 20 OUT Y004 21 OUT Y007 22 LD X002 23 SET S24 24 STL S24 25 OUT Y005 26 OUT Y007 27 LD X004 28 SET S25

46、29 STL S25 30 OUT Y003 31 OUT Y007 32 LD X005 33 SET S26 34 STL S26 35 OUT T1 K20 36 NOP 37 LD T1 38 SET S27 39 STL S27 40 OUT Y004 41 LD X004 42 SET S28 43 STL S28 44 OUT Y006 45 OUT Y002 46 LD X002 47 OUT S20 48 RET 49 END 3.2 可編程控制器的抗干擾措施 自動(dòng)化系統(tǒng)中所使用的各種類型 PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝 在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各單機(jī)設(shè)備上，雖然它們大多

47、處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電 磁環(huán)境中，但 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，在設(shè)計(jì)和制造過程中采 用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn) 定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用， 但是由于它直接和現(xiàn)場(chǎng)的 I/O 設(shè)備相連，外來干擾很容易通過電源線或 I/O 傳輸線侵 入，從而引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。PLC 受到的干擾可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。在實(shí)際 的生產(chǎn)環(huán)境下，外部干擾是隨機(jī)的，與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，且干擾源是無法消除的，只能 針對(duì)具體情況加以限制；內(nèi)部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有關(guān)，主要通過系統(tǒng)內(nèi)交流主電路，模 擬量

48、輸入信號(hào)等引起，可合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)線路來削弱和抑制內(nèi)部干擾和防止外部干擾。 要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，就要從多方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 分析硬件電路，提出硬件抗干擾措施 1、PLC 控制系統(tǒng)的安裝和使用環(huán)境 PLC 是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。 但是在 PLC 控制系統(tǒng)中，如果環(huán)境過于惡劣，或安裝使用不當(dāng)，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。 PLC 使用環(huán)境溫度通常在 0 55范圍內(nèi)，應(yīng)避免太陽(yáng)光直接照射，安裝位置應(yīng)遠(yuǎn) 離發(fā)熱量大的器件，同時(shí)應(yīng)保證有足夠大的散熱空間和通風(fēng)條件。環(huán)境濕度一般應(yīng)小 于 85%，以保證 PLC 有良好的絕緣。在含有腐蝕性氣體、濃

49、霧或粉塵的場(chǎng)合，需將 PLC 封閉安裝。此外，如果 PLC 安裝位置有強(qiáng)烈的振動(dòng)源，系統(tǒng)的可靠性也會(huì)降低，所以 應(yīng)采取相應(yīng)的減振措施。 2 、PLC 的電源與接地 PLC 本身的抗干擾能力一般都很強(qiáng)。通常，只能將 PLC 的電源與系統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備電源分 開配線，對(duì)于電源線來的干擾，一般都有足夠強(qiáng)的抑制能力。但是，如果遇上特殊情 況，電源干擾特別嚴(yán)重，可加接一個(gè)帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干 擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)中含有擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元共 用一個(gè)開關(guān)控制，也就是說，它們的上電與斷電必須同時(shí)進(jìn)行。良好的接地是保證 PLC 安全可靠運(yùn)行的重要條件。為了抑制附加在

50、電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給 PLC 接專用地線，并且接地點(diǎn)要與其它設(shè)備分開。若達(dá)不到這種要求，也可采用公共接地 方式。但是禁止采用串聯(lián)接地方式，因?yàn)樗鼤?huì)使各設(shè)備間產(chǎn)生電位差而引入干擾。此 外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近 PLC 。 接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng) 是 PLC 控制系統(tǒng)抗干擾的重要措施之一。接地在消除干擾上起很大的作用。這里的接 地是指決定系統(tǒng)電位的地，而不是信號(hào)系統(tǒng)歸路的接地。在 PLC 控制系統(tǒng)中有許多懸 浮的金屬架，它們是懼空中干擾的空中線，需要有決定電位的地線。交流地是 PLC 控 制系統(tǒng)供電所必需的，它

51、通過變壓器中心點(diǎn)構(gòu)成供電兩條回路之一。這條回路上的電 流、各種諧波電流等是個(gè)嚴(yán)重的干擾源。因此交流地線、直流地線、模擬地和數(shù)字地 等必須分開。數(shù)字地和模擬地的共點(diǎn)地最好置懸浮方式。地線各點(diǎn)之間的電位差盡可 能小，盡量加粗地線，有條件可采用環(huán)形地線。系統(tǒng)地端子(LG)是抗干擾的中性端子， 通常不需要接地，可是，當(dāng)電磁干擾比較嚴(yán)重時(shí)，這個(gè)端子需與接大地的端子(GR)連 接。 3 、PLC 的輸入、輸出設(shè)備 輸入電路是 PLC 接受開關(guān)量、模擬量等輸入信號(hào)的端口，其元器件質(zhì)量的優(yōu)劣、 接線方式及是否牢靠也是影響控制系統(tǒng)可靠性的重要因素。以開關(guān)量輸入為例，按鈕、 行程開關(guān)的觸點(diǎn)接觸要保持在良好狀態(tài)，接

52、線要牢固可靠。機(jī)械限位開關(guān)是容易產(chǎn)生 故障的元件，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的接近開關(guān)代替機(jī)械限位開關(guān)。此外，按 鈕觸點(diǎn)的選擇也影響到系統(tǒng)的可靠性。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)盡量選用可靠性高的元器件， 對(duì)于模擬量輸入信號(hào)來說，常用的有 420mA、020mA 直流電流信號(hào)； 05V、010V 直流電壓信號(hào)，電源為直流 24V。 對(duì)于開關(guān)量輸出來說，PLC 的輸出有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出三種形 式，具體選擇哪種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求來決定，選擇不當(dāng)會(huì)使系統(tǒng)可靠性降低， 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。如晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，晶體管輸出只能用 于直流負(fù)載。此外，PLC 的輸出端子帶負(fù)載能力是

53、有限的，如果超過了規(guī)定的最大限值， 必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作。外接繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件 的質(zhì)量，是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。常見的故障有線圈短路、機(jī)械故障造成觸點(diǎn) 不動(dòng)或接觸不良。這一方面可以通過選用高質(zhì)量的元器件來提高可靠性，另一方面， 在對(duì)系統(tǒng)可靠性及智能化要求較高的場(chǎng)合，可以根據(jù)電路中電流異常的情況對(duì)輸出單 元的一些重點(diǎn)部位進(jìn)行診斷，當(dāng)檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)按程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入故障處理， 從而提高系統(tǒng)工作的可靠性。若 PLC 輸出端子接有感性元件，則應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措 施，以保護(hù) PLC 的輸出觸點(diǎn)。 3.3 PLC 應(yīng)注意的問題及解決方法 3.3.1 工作環(huán)境 1、溫

54、度 PLC 要求溫度在 0-55，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的 空間應(yīng)足夠大。 2、濕度 為了保證 PLC 的絕緣性，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于 85%。 3、震動(dòng) 應(yīng)使 PLC 遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止震動(dòng)頻率為 10-55Hz 的頻繁和連續(xù)震動(dòng)。 4、 空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并 安裝空氣凈化裝置。 3.3.2 安裝與布線 1、PLC 應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，不能與高壓電器安裝在同一個(gè)開關(guān)柜內(nèi)。 2、PLC 的輸入輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)的 傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地，接地電阻應(yīng)小于屏蔽

55、層的 1/10。 3、交流輸出線和直流輸出線不要同一根電纜，輸出線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高壓線和動(dòng)力線， 避免并行。 3.3.3 外部安全 為了確保整個(gè)系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下可靠工作，避免由于外部電源發(fā)生故障、PLC 出 現(xiàn)異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡事故，PLC 外部應(yīng)安裝必要 的保護(hù)電路。 1、 急停電路：使 PLC 在發(fā)生故障時(shí)能將引起傷害的負(fù)載電源可靠切斷。 2、 保護(hù)電路：正反向運(yùn)轉(zhuǎn)等可逆操作的控制系統(tǒng)，要設(shè)置外部電器互鎖保護(hù)； 往復(fù)運(yùn)動(dòng)及升降移動(dòng)的控制系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置外部限位保護(hù)電路。 3、 可編程控制器有監(jiān)視定時(shí)器等自檢功能，檢查出現(xiàn)異常時(shí)，輸出全部關(guān)閉。 4、 電源過負(fù)荷的保

56、護(hù)：對(duì)于一些易過負(fù)載的輸出設(shè)備應(yīng)設(shè)置必要的限流保護(hù)電 路。 第四章 電、氣路的設(shè)計(jì)與調(diào)試 4.1 裝配單元的氣路設(shè)計(jì)與連接 警示燈：警示燈： 本工作單元上安裝有紅、黃、綠三色警示燈，但它是作為整個(gè)系統(tǒng)警示用的。警示燈 有六根引出線，其中并在一起的兩根粗線是電源線（紅線接“+24” ，黑紅雙色線接 “GND” ） ，其余四根是信號(hào)控制線（棕色線為控制信號(hào)公共端，如果將控制信號(hào)線 中的紅色線和棕色線接通，則紅燈亮，將控制信號(hào)線中的綠色線和棕色線接通，則綠 燈亮，將控制信號(hào)線中的黃色線和棕色線接通，則黃燈亮） 。 氣動(dòng)擺臺(tái)氣動(dòng)擺臺(tái) 它是由直線汽缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)角度能在 0180 度之

57、間任意可調(diào)， 而且可以安裝磁性開關(guān)，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)到位信號(hào)，多用于方向和位置需要變換的機(jī)構(gòu)。 如圖 4-1 所示。 圖 4-1 導(dǎo)桿氣缸導(dǎo)桿氣缸 該汽缸由直線運(yùn)動(dòng)汽缸帶雙導(dǎo)桿和其它附件組成。外型 如圖 4-2 所示。 圖 4-2 安裝支架用于導(dǎo)桿導(dǎo)向件的安裝和導(dǎo)桿汽缸整體的固定，連接件安裝板用于固定其 它需要連接到該導(dǎo)桿汽缸上的物件，并將兩導(dǎo)桿和直線汽缸活塞桿的相對(duì)位置固定， 當(dāng)直線汽缸的一端接通壓縮空氣后，活塞被驅(qū)動(dòng)作直線運(yùn)動(dòng)，合塞桿也一起移動(dòng)，被 連接件安裝板固定到一起的兩導(dǎo)桿也隨活塞桿伸出或縮回，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿汽缸的整體 功能。安裝在導(dǎo)桿末端的行程調(diào)整板用于調(diào)整該導(dǎo)桿汽缸的伸出行程。具體調(diào)整方法

58、 是松開行程調(diào)整板上的緊定螺釘，讓行程調(diào)整板在導(dǎo)桿上移動(dòng)，當(dāng)達(dá)到理想的伸出距 離以后，再完全鎖緊緊定螺釘，完成行程的調(diào)節(jié)。 4.2 裝配單元的電路設(shè)計(jì)與接線 電路設(shè)計(jì)與接線圖： 整體外觀圖：整體外觀圖： 4.3 裝配單元的程序編制與系統(tǒng)調(diào)試 裝配單元的控制過程均為邏輯控制，編程時(shí)不僅要注意網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的讀取與寫入， 更要理清輸入繼電器與輸出繼電器之間的邏輯關(guān)系。讓整個(gè)裝配單元的動(dòng)作過程穩(wěn)定 可靠，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，與其他單元的配合井然有序，滿足該自動(dòng)生產(chǎn)線的需要。 結(jié) 論 1、 本次設(shè)計(jì)的是柔性制造系統(tǒng)的裝配單元，相對(duì)于其他裝配單元，通用機(jī)械手 的自由度可變，控制程序可調(diào)，因此適用面更廣。 2、該機(jī)械手可

59、以選擇配置普通的夾持手指，以抓取一般工件;也可更換噴射式氣 流負(fù)壓吸盤，以吸附玻璃、磁盤等薄型不透氣工件，使機(jī)械手的用途更多，使用范圍 更廣。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使用。 3、采用氣壓傳動(dòng)，動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。工作 環(huán)境適應(yīng)性好，不會(huì)因環(huán)境變化影響傳動(dòng)及控制性能。阻力損失和泄漏較小，不會(huì)污 染環(huán)境。同時(shí)成本低廉。 4、機(jī)械手采用 PLC 控制，具有可靠性高、改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)，無論是進(jìn)行時(shí)間 控制還是行程控制或混合控制，都可通過設(shè)定 PLC 程序來實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動(dòng) 作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。 致 謝 感謝王老師對(duì)我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的親臨指導(dǎo)，王老師能在繁忙的公務(wù)中抽出寶貴 的時(shí)間來指導(dǎo)我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我們 12 屆畢業(yè)生好生感動(dòng)，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和 精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向老師表示誠(chéng)摯的感謝，并致以崇 高的敬意。在陜航的這三年日常生活和學(xué)習(xí)中，院系各位老師以及全體同學(xué)給予我很 大的支持和幫助，在此，我向他們