基于plc機(jī)械手控制的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、金華職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（ 2008 屆）設(shè)計(jì)（論文）題目 基于PLC的機(jī)械手控制的設(shè)計(jì) 辦 學(xué) 點(diǎn) （系） 金華職業(yè)學(xué)院 專 業(yè) 電氣技術(shù) 班級(jí) 08電氣 學(xué)號(hào) 087051276 學(xué)生姓名 保密 起訖日期 2008年09月01日至2012年6月18日 地點(diǎn) 校內(nèi) 指導(dǎo)教師 保密 職稱 講師 2012年 3月 5日金華職業(yè)學(xué)院教務(wù)處制目 錄摘 要1第一章 引言2第二章 PLC相關(guān)概念32.1 PLC的簡(jiǎn)介與定義32.2 PLC的基本構(gòu)成3中央處理單元CPU是PLC系統(tǒng)的核心3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分4輸入/輸出部件4編程工具52.3 PLC的特點(diǎn)52.4 PLC的

2、功能62.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域6開關(guān)量的邏輯控制6模擬量控制6運(yùn)動(dòng)控制7過程控制7數(shù)據(jù)處理72.6 PLC的發(fā)展過程及趨勢(shì)7小結(jié)9第三章 PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則103.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般步驟103.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容103.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟113.2.3 PLC程序設(shè)計(jì)的步驟與內(nèi)容113.3 PLC機(jī)型的選擇11.1規(guī)模要適當(dāng)12功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理12輸入、輸出功能及負(fù)載能力的選擇12使用環(huán)境條件12第四章 PLC的機(jī)械手設(shè)計(jì)14工業(yè)機(jī)械手的簡(jiǎn)介14機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)14機(jī)械手的動(dòng)作流程圖15控制電機(jī)

3、的選擇15光電開關(guān)的簡(jiǎn)介與選擇16光電編碼器的簡(jiǎn)介與選擇17同步帶的選擇17報(bào)警系統(tǒng)17機(jī)械手的控制系統(tǒng)174.4 PLC機(jī)械手的工藝過程和控制要求184.5 PLC機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)19輸入輸出端子地址分配19機(jī)械手PLC控制的SFC圖及分段程序214.5.3 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PLC總指令表及其注釋284.6 小結(jié)32第五章 PLC機(jī)械手系統(tǒng)的組態(tài)王演示335.1 仿真軟件-組態(tài)王簡(jiǎn)介33簡(jiǎn)要介紹機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)演示動(dòng)畫的制作335.3 對(duì)機(jī)械手的模擬演示34機(jī)械手系統(tǒng)演示的動(dòng)畫軟件包與命令語言程序（附件）34小結(jié)34結(jié) 論35致 謝36參考文獻(xiàn)36摘 要本文主要講述機(jī)械手系統(tǒng)針對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)化過

4、程的設(shè)計(jì)方案。文中遵循理論和實(shí)際相結(jié)合的原則，在PLC的控制規(guī)律下進(jìn)行機(jī)械手的檢測(cè)與程序設(shè)計(jì)，由淺入深地介紹整個(gè)機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程及各工程實(shí)現(xiàn)。并按設(shè)計(jì)要求對(duì)機(jī)械手進(jìn)行動(dòng)畫演示。全文分為五章節(jié)。第一章介紹機(jī)械手的應(yīng)用范圍和功能意義。第二章主要講述PLC的一些相關(guān)概念。第三章講述了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則、主要內(nèi)容、一般步驟等。第四章主要講述機(jī)械手的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的核心部分PLC的程序設(shè)計(jì)，當(dāng)中有輸入輸出點(diǎn)所指的內(nèi)容介紹，梯形圖（SFC圖）和指令表。第五章是演示動(dòng)畫模擬軟件組態(tài)王6.5的簡(jiǎn)介及機(jī)械手的動(dòng)畫演示。關(guān)鍵詞 機(jī)械手控制系統(tǒng) PLC控制 程序設(shè)計(jì) 梯形（SFC）圖第一章 引言機(jī)械手是

5、工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用PLC控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡(jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的刺激下，許多商家為了取得更大的利益，不斷要求要提高生產(chǎn)效率，所以需要把PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)得更加完善、更加有效率、更加安全和耐用。本設(shè)計(jì)為平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)，共分為五章：第一章引言部分，簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)在我國(guó)機(jī)械手的狀況。第二章PLC的一些相關(guān)概念，內(nèi)容包括PLC的定義，主要特點(diǎn)，以及其應(yīng)用范圍和發(fā)展趨勢(shì)。第三章介紹PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括PLC設(shè)計(jì)的基本原則，主要內(nèi)容及一般步驟，PLC機(jī)

6、型的選擇。第四章PLC機(jī)械手的設(shè)計(jì)內(nèi)容。第五章介紹系統(tǒng)組態(tài)王演示，主要是仿真軟件-組態(tài)王6.5的簡(jiǎn)介及機(jī)械手動(dòng)作動(dòng)畫的演示。在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到PLC機(jī)械手的特點(diǎn)和要求，充分注意到了在生產(chǎn)過程中遇到突發(fā)性事件時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)作出的動(dòng)作，各個(gè)環(huán)節(jié)都可以獨(dú)立出來運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試，做到安全生產(chǎn)，把生產(chǎn)中有可能遇到的危險(xiǎn)減到最低。本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)和寫論文時(shí)得到了指導(dǎo)老師張老師的指導(dǎo)，他耐心地，詳盡地講述了PLC機(jī)械手系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，和現(xiàn)代PLC機(jī)械手系統(tǒng)的要求，使機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和論文得以順利完成。由于我們的水平有限，設(shè)計(jì)和論文中難免存在不當(dāng)之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。第二章 PLC相關(guān)概念2.1 PLC的簡(jiǎn)介與定義

7、可編程控制器(Programmable Controller)是在硬接線邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工業(yè)控制器。其早期稱為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Cotroller)，簡(jiǎn)稱PLC1。世界上第一臺(tái)可編程控制器是1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)為美國(guó)通用汽車自動(dòng)裝配線而研制的，主要用于替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能不斷增強(qiáng)，從最初的邏輯運(yùn)算發(fā)展到能實(shí)現(xiàn)過程控制、智能控制及網(wǎng)絡(luò)通訊等的多功能控制器，因此普遍改稱為可編程控制器。但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC相混淆，所以仍簡(jiǎn)稱為PLC。1987年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC

8、1131-1)對(duì)PLC的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?PLC具有通用靈活、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、易于編程、使用方便、安裝簡(jiǎn)單、便于維修、體積小等特點(diǎn)，它的采用，大大縮短了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。2.2 PLC的基本構(gòu)成PLC以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，其構(gòu)成基本與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖2-1所示。由中央處

9、理單元(CPU)、存儲(chǔ)器(RAM, ROM )、輸入/輸出部件(I/O接口)、編程工具和外圍設(shè)備等組成。中央處理單元CPU是PLC系統(tǒng)的核心它按生產(chǎn)廠家預(yù)先編好的系統(tǒng)程序(操作系統(tǒng))指定的功能，接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù):診斷電源、PLC內(nèi)部各電路的狀態(tài)和用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入vo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)過命令解釋器后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入vo映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存區(qū)內(nèi)。在所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將vo映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)

10、的輸出裝置，實(shí)現(xiàn)輸出控制、打印或數(shù)據(jù)通訊等外部功能。圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)示意圖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分PLC中常用的存儲(chǔ)器類型有：(1)讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM)讀寫方便，存取速度快，但需后備電池支持。(2)紫外線可擦除的只讀存儲(chǔ)器(EPROM)斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。一般用以存放系統(tǒng)程序以及需永久保持的用戶程序。 (3)電可擦除的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)兼有RAM和EPROM的優(yōu)點(diǎn)，不足之處主要有兩點(diǎn):必須先擦除該存儲(chǔ)單元的內(nèi)容后才能寫入:執(zhí)行讀/寫操作的次數(shù)有限，約10000次。(4)按塊擦除存儲(chǔ)器(FLASH Memory)在功能上類似

11、于EEPROM不同之處在于:它是按塊擦除的，其優(yōu)點(diǎn)是讀出的速度高，集成度高。 一般常用EPROM等存儲(chǔ)芯片固化系統(tǒng)程序，用戶不能夠直接讀取。用戶程序或數(shù)據(jù)通常存放在RAM, EEPROM或FLASH Memory中，便于維修。輸入/輸出部件（1）基本I/O接口。I/O是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與CPU之間傳輸信息的接口。 輸入部件是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)入PLC的橋梁。該部件接收來自主令元件、檢測(cè)元件的信號(hào)，主令元件是指操作臺(tái)(屏)上的功能鍵，如啟動(dòng)、停止等按鍵。檢測(cè)元件有行程開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等。 輸入有兩種方式，一種是數(shù)字輸入(也稱開關(guān)量的輸入或接點(diǎn)輸入)，另一種是模擬量的輸入(也稱電平輸入)，模擬量的

12、輸入要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入PLC。為了提高PLC的抗干擾能力，輸入部件的內(nèi)部有光電禍合、濾波等電路。 輸出部件是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，如電磁閥、微電機(jī)、接觸器、指示燈等。輸出的形式通常有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出等。 (2)特殊功能模塊為了滿足復(fù)雜控制功需要，PLC配有多種智能模塊，如PID調(diào)節(jié)模塊、通訊模塊、步進(jìn)模塊以及伺服模塊等。編程工具編程工具用以將用戶程序?qū)懭隤LC的用戶程序存儲(chǔ)器中，它即可編制、調(diào)試程序，又可用于在線監(jiān)控及故障查詢。編程工具有以下兩種: (1)便攜式編程器帶有幾行液晶顯示，體積小，重量輕，一般用于小型PLC的程序編制以及PLC的現(xiàn)

13、場(chǎng)調(diào)試和監(jiān)控。(2)帶顯示器的編程工具帶顯示器的編程工具由于它可以直接用梯形圖、指令表或其它語言編制和監(jiān)控用戶程序，而且具有很強(qiáng)的文件管理功能，因此，目前己使用得越來越多。一般說來，帶顯示器的編程工具分成兩類:一類是帶顯示器的專用編程器。另一類是由PC機(jī)加編程軟件組成的編程工具。目前世界上各主要的PLC生產(chǎn)廠商都開發(fā)了適于本公司PLC的編程軟件，例如西門子公司的STEP 7-Micro/WIN 32編程軟件適用于SIMATIC S7-200系列可編程控制器用戶程序的編制及監(jiān)控;FESTO公司開發(fā)的FST編程軟件適用于該公司所有PLC的用戶程序編制和監(jiān)控9。 2.3 PLC的特點(diǎn)1、高可靠性 （

14、1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。（5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。2、豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I

15、/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員

16、所理解和掌握。5、安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行4。2.4 PLC的功能1、邏輯控制2、定時(shí)控制3、計(jì)數(shù)控制4、步進(jìn)(順序)控制5、PID控制6、數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。7、通信和聯(lián)網(wǎng)8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)

17、外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D

18、/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)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。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般

19、是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通訊及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商

20、都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.6 PLC的發(fā)展過程及趨勢(shì)世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于但是的元件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其依然可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電接觸控制系統(tǒng)的電氣工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用了和繼電接觸器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算的計(jì)算

21、機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。因而人們稱可編程控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物12。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能以及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，在世界上第一抬可編程控制器的誕生地美國(guó)，權(quán)威情報(bào)機(jī)構(gòu)1982年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，大量應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)廠家占美國(guó)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)廠家總數(shù)的82%，可編程控制器的應(yīng)用數(shù)量已位于眾多的工業(yè)自控設(shè)備之

22、首。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升，許多可編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。如美國(guó)Rockwell自動(dòng)化公司所屬的A-B（Allen-Bradley）公司，CE-Fanuc公司，日本的三菱公司合乎立石公司，德國(guó)的西門子（Siemens）公司等15。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各種控制

23、場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 中國(guó)是20世紀(jì)80年代初引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)可編程控制器的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。后來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，中國(guó)已能夠生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣 生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模，并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外無錫華

24、光公司、上海香島公司等中外合資企業(yè)也是中國(guó)比較著名的可編程控制器生產(chǎn)廠家11。 預(yù)計(jì)21世紀(jì)可編程控制器將會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)及制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型兩個(gè)方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格會(huì)更齊備。完美的人機(jī)界面、完備的通訊設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求。從市場(chǎng)上看，各國(guó)生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言。這將市有利于可編程技術(shù)的發(fā)展及可編程產(chǎn)品普及的

25、。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展的方向。目前的集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)或國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通訊技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，PLC的功能己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其定義所指的范圍，其概念也日趨模糊，現(xiàn)代PLC的發(fā)展趨勢(shì)將主要圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行： (1)用高性能器件，盡量縮小與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的差距。例如，德國(guó)FESTO公司的IPC （ Indu

26、strial PC）由一系列符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成，它與微機(jī)兼容且具有PLC的功能。 (2)用表面安裝技術(shù)，進(jìn)一步減小體積，改進(jìn)系統(tǒng)性能。 (3)豐富I/O模塊，使PLC在實(shí)時(shí)性、精度、分辨率、人機(jī)對(duì)話等性能方面進(jìn)一步得到改善和提高。 (4)進(jìn)一步強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)功能，以實(shí)現(xiàn)信息管理自動(dòng)化。例如IPC型控制器具備多種現(xiàn)場(chǎng)總線接口，如FESTO總線、Profibus, AS-I, CAN等，以及各種網(wǎng)絡(luò)連接模塊，如Novell等，從而使PLC與PLC, PLC與PC,PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間建立通訊聯(lián)網(wǎng)。(5)多種編程語言并存，互補(bǔ)不足。本章主要介紹PLC的定義，結(jié)構(gòu)組成，功能特點(diǎn)，以及其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)

27、。這樣從多方面來介紹PLC，可以使人更加明白可編程控制器的基本知識(shí)，可以從不同的角度來認(rèn)識(shí)可編程控制器。第三章 PLC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 設(shè)計(jì)任何一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，如同設(shè)計(jì)任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）來實(shí)現(xiàn)工藝要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則。（1）PLC控制系統(tǒng)控制被控對(duì)象最大限度地滿足工藝要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜索資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬訂控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。（2）在滿足工藝要求的前提下，力求使PLC

28、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。（4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在配置PLC硬件設(shè)備時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有一定的裕量。3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般步驟3.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括以下內(nèi)容。（1）選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、 傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)、電磁閥等）。（2）PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件。正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能

29、指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC，包括機(jī)型、容量的選擇以及I/O模塊、電源模塊等的選擇。（3）分配I/O點(diǎn)，繪制I/O連接圖。（4）控制程序設(shè)計(jì)。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語句表（即程序清單）等設(shè)計(jì)。 控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)的控制程序必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。（5）必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)（柜）。（6）編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電氣原理圖中

30、應(yīng)增加PLC的I/O連接圖。另外，在PLC控制系統(tǒng)中的電氣圖中還應(yīng)包括程序圖（梯形圖），通常稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分析和排除故障10。3.2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟（1）根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求，需要完成的動(dòng)作（工作順序、動(dòng)作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)；連續(xù)、單周期、單步等）。（2）根據(jù)控制要求確定所需要的輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。（3）選擇PLC機(jī)型及容量。（4）定義輸入、輸出點(diǎn)名稱，分配PLC的I/O點(diǎn)。設(shè)計(jì)I/O連接圖。（5）根據(jù)PLC所要完成的任務(wù)及應(yīng)

31、具備的功能，進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制臺(tái)（柜）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。（6）待控制臺(tái)（柜）設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。如不滿足要求，再修改程序或檢查接線，直到滿足要求為止。（7）編制技術(shù)文件。（8）交付使用3.2.3 PLC程序設(shè)計(jì)的步驟與內(nèi)容（1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，也可省去這一補(bǔ)。（2）設(shè)計(jì)梯形圖。這是程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。（3）根據(jù)梯形圖編制程序清單。（4）用計(jì)算機(jī)或編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢

32、查鍵入的程序是否正確。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。3.3 PLC機(jī)型的選擇這是PLC應(yīng)用設(shè)計(jì)中很重要的一步，目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。規(guī)模要適當(dāng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)以及軟件對(duì)PLC功能及指令的要求是選擇PLC機(jī)型規(guī)模大小的重要依據(jù)。首先要確保有足夠的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地（要有10%的備用量）。如果只有為了實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化，或機(jī)電一體化產(chǎn)品，可選用小型PLC。如果控制系統(tǒng)較大，輸入、輸出點(diǎn)數(shù)較多，被控設(shè)備較分散，可以選用中型或大型PLC。還應(yīng)確定用戶程序存儲(chǔ)器的容量。一般粗略的估計(jì)方法是：（輸入+輸出）×（1012）=指令

33、步數(shù)。特別要注意因控制較復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理量較大，可能出現(xiàn)存儲(chǔ)容量不夠的問題13。功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理對(duì)于以開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機(jī)就能滿足要求。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應(yīng)選用帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換，加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對(duì)于控制比較復(fù)雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，例如要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較小）的場(chǎng)合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC。其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC。輸入、輸出功能及

34、負(fù)載能力的選擇選擇哪一種功能的輸入、輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號(hào)的種類、參數(shù)要求和技術(shù)要求，選用具有相應(yīng)功能的模塊。為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應(yīng)選用具有光電隔離的模塊。對(duì)于輸出形式，分為無觸點(diǎn)和有觸點(diǎn)兩種形式。無觸點(diǎn)輸出大多使用大功率三級(jí)管（直流輸出）或雙向可控硅（交流輸出）電路，其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是價(jià)格高、過載能力差。有觸點(diǎn)輸出是使用繼電器觸點(diǎn)輸出，其優(yōu)點(diǎn)是適用電壓范圍寬、導(dǎo)通壓降損失小、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命短、響應(yīng)速度慢。使用環(huán)境條件在選擇PLC時(shí)，要考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件有：環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、電源允許波

35、動(dòng)范圍和抗干擾等指標(biāo)。本章主要對(duì)PLC的設(shè)計(jì)方法步驟進(jìn)行闡述，包括它的基本原則，基本內(nèi)容和一般步驟及PLC機(jī)型的選擇。這樣可以較為全面的了解PLC的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案可以形成一個(gè)大概的框圖，從而使設(shè)計(jì)趨于簡(jiǎn)單。 第四章 PLC的機(jī)械手設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和 性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景14。采用PLC控制技術(shù)，大大提高成產(chǎn)效率減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的

36、可靠性、安全性，對(duì)各種故障進(jìn)行報(bào)警顯示有效防止了人身意外的發(fā)生，這一先進(jìn)技術(shù)， 不但可提高工藝控制的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，降低事故率而且對(duì)于提高電氣控制系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水品和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)起到積極的推動(dòng)作用，使PLC在機(jī)械手自動(dòng)化系 統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)械手是指能夠自動(dòng)抓取、操作的裝置。多用在自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。主要完成移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、抓取等動(dòng)作。其氣壓技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì).以氣源為動(dòng)力的能源傳遞技術(shù).其工作可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境沒有污染.所以在機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常采用氣壓技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)械手的指揮

37、系統(tǒng)。它通過控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作?？删幊炭刂破? PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它將邏輯運(yùn)算、順序控制、時(shí)序、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等控制程序。用指令形式存放在存儲(chǔ)器中，通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。與繼電器控制線路相比，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，使用方便，設(shè)計(jì)、安裝容易，維護(hù)工作量少，功能完善、通用性強(qiáng)，體積小、能耗低等特點(diǎn)。因此.機(jī)械手控制系統(tǒng)越來越多的由可編程控制器(即PLC)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手的控制系統(tǒng)如圖4-1所示。為平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手。其包括三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（分別控制機(jī)械大臂和小臂旋轉(zhuǎn)以及手抓張合）和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)（控制手腕伸

38、縮）。每個(gè)關(guān)節(jié)上都有電機(jī)的帶動(dòng)，來控制機(jī)械手的運(yùn)轉(zhuǎn)與張合。在機(jī)械大臂和小臂的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上還裝配有增量式光電編碼器，提供控制所需要的反饋信號(hào)。圖4-1 平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手的系統(tǒng)組成圖注釋：1機(jī)身；2大臂電機(jī)；3光電編碼器；4大臂；5小臂電機(jī)；6同步帶；7光電編碼器；8小臂；9手腕升降電機(jī)；10手抓電機(jī)；11手抓機(jī)械手的動(dòng)作流程圖通電啟動(dòng)大臂電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)光電編碼器檢測(cè)大臂位移驅(qū)動(dòng)小臂電機(jī)同步帶帶動(dòng)小臂光電編碼器檢測(cè)小臂位移驅(qū)動(dòng)手腕升降電機(jī)手抓電機(jī)動(dòng)作機(jī)械手開始張合圖4-2 機(jī)械手的動(dòng)作流程圖控制電機(jī)的選擇按設(shè)計(jì)要求可知.機(jī)械手有3個(gè)移動(dòng)自由度。其主要工作過程均由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制。故對(duì)電機(jī)的選擇是很重要的本

39、設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)是萊州市玉龍橡塑制品 生產(chǎn)的60KTY(J)系列單相可逆永磁同步電機(jī)，它是一種電機(jī)與減速箱可分合，能控制正反運(yùn)轉(zhuǎn)的永磁爪極式同步電機(jī)。該產(chǎn)品具有體積小、重量輕、功耗小、力矩大、安裝方便等特點(diǎn)。電機(jī)在額定頻率下轉(zhuǎn)速不受電壓的影響，保持恒定不變。該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于：電動(dòng)窗簾、電動(dòng)晾衣架、冷暖通閥門、電動(dòng)廣告、監(jiān)控設(shè)備、自動(dòng)化儀器儀表等。60KTY（J）的技術(shù)參數(shù)見表4-1。表4-1 60KTY（J）技術(shù)參數(shù)額定電壓AC/V24，220電源頻率Hz50適配電容uf1525/450V ， 起動(dòng)電壓AC/V 18，150 額定功率 W25

40、空載電流 mA300，80絕緣耐壓 ACV/1S  1500  5815203050130 704525 18 127光電開關(guān)的簡(jiǎn)介與選擇光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。工作原理如圖4-3所示。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見光的紅外線光波型。本設(shè)計(jì)選用對(duì)射式光電開關(guān)。它

41、包含了在結(jié)構(gòu)上互相分離且光軸相對(duì)放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收器，當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)物體為不透明時(shí)，對(duì)射式光電開關(guān)是最可靠的檢測(cè)裝置。本光電開關(guān)用于檢測(cè)工作系統(tǒng)的傳送帶上是否有物體到達(dá)，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作。圖4-3 光電開關(guān)光電編碼器的簡(jiǎn)介與選擇光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出600個(gè)脈沖，五線制。其中兩根為電源線，三根為脈沖線(A相、B相、Z)。電源的工作電壓為 （+5+24V）直流電源。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定

42、直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號(hào)。工作原理:當(dāng)光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)A、B兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出A、B兩相脈沖相差90度相位角，由此可測(cè)出光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)方向與電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果A相脈沖比B相脈沖超前則光電編碼器為正轉(zhuǎn)，否則為反轉(zhuǎn)。Z線為零脈沖線,光電編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖.主要用作計(jì)數(shù)。A線用來測(cè)量脈沖個(gè)數(shù),B線與A線配合可測(cè)量出轉(zhuǎn)動(dòng)方向。同步帶的選擇

43、同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的帶輪所組成。它綜合了帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過帶齒與帶輪的齒槽相 合來傳遞動(dòng)力。同步帶傳動(dòng)具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動(dòng)平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動(dòng)范圍大，一般可達(dá)1：10，允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜多軸傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)選用恒龍公司生產(chǎn)的，型號(hào)為67L，節(jié)線長(zhǎng)（MM）171.45，齒數(shù)為18的同步帶。報(bào)警系統(tǒng)機(jī)械手的報(bào)警系統(tǒng)用于機(jī)械手運(yùn)作時(shí)，機(jī)械手是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到位。若超過規(guī)定時(shí)間，則系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。報(bào)警系統(tǒng)用定時(shí)器加外設(shè)擴(kuò)音器

44、組成。在規(guī)定時(shí)間沒有到達(dá)時(shí)，定時(shí)器驅(qū)動(dòng)報(bào)警。機(jī)械手的控制要通過控制面板來完成。按照設(shè)計(jì)的要求，機(jī)械手的PLC控制面板如圖4-4所示：機(jī)械手具有手動(dòng)與自動(dòng)兩種工作方式。手動(dòng)方式時(shí)，有“各別操作”與“返回原位”兩種情況?！案鲃e操作”情況下，用各按鈕來接通或斷開各負(fù)載：“返回原位” 狀態(tài)時(shí)，按下“返回原位”按鈕，機(jī)械手自動(dòng)回到原位狀態(tài)。自動(dòng)方式時(shí)，有“單步步進(jìn)操作”、“單周期一次循環(huán)操作”和“連續(xù)循環(huán)操作”三種情況。單步步進(jìn)操作時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕，向前執(zhí)行一步動(dòng)作：“單周期一次循環(huán)操作”時(shí)，機(jī)械手在原位，按下啟動(dòng)按鈕，自動(dòng)地執(zhí)行一個(gè)操作周期的操作，操作完成后停留在原位（如果在操作過程中按下停 止按

45、鈕，機(jī)械手停在該工序上，圖4-4 工件傳送機(jī)構(gòu)操作面板再按下啟動(dòng)按鈕，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位）：“連續(xù)循環(huán)操作”時(shí)機(jī)械手在原位，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手就連續(xù)重復(fù)進(jìn)行 工作（如果按下停止按鈕，機(jī)械手運(yùn)行到原位后停止）。接通/切斷負(fù)載電源的外部電路專用按鈕。4.4 PLC機(jī)械手的工藝過程和控制要求由于機(jī)械手要應(yīng)用到生產(chǎn)場(chǎng)合，所以本設(shè)計(jì)的機(jī)械手將根據(jù)自身的特點(diǎn)，來完成生產(chǎn)中的搬運(yùn)工作。機(jī)械手的搬運(yùn)系統(tǒng)動(dòng)作過程如圖4-5所示。此機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)由兩條傳送帶A、B來運(yùn)送物品。傳送帶A用來傳送需要搬運(yùn)的物品，故傳送帶A有光電開關(guān)，用來檢測(cè)傳送帶上物品是否到位，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作。機(jī)械手用來搬運(yùn)A的

46、物品到B上面。傳送帶B用來運(yùn)送從A搬運(yùn)過來的物品，將它運(yùn)送到下一個(gè)生產(chǎn)加工的地方。控制要求如下：從原點(diǎn)開始，機(jī)械手的光電編碼器均按照設(shè)定好的位置，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行啟動(dòng)控制，從而固定機(jī)械手的起始動(dòng)作。按下啟動(dòng)按鈕，傳送帶A、B電機(jī)得電運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)A上的物體觸及到光電開關(guān)時(shí)，傳送帶A停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)械手電源接通，機(jī)械手手腕升降電機(jī)開始啟動(dòng)，機(jī)械手手腕下降。下降到位時(shí)，碰到下限位行程開關(guān)，手腕下降電機(jī)斷電，下降停止；同時(shí)接通手抓電機(jī)，機(jī)械手開始夾緊物品。延時(shí)2秒后手腕升降電機(jī)啟動(dòng)，開始上升，機(jī)械手腕保持夾緊。（在上升的過程中，若機(jī)械手能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)上限位，則執(zhí)行下步動(dòng)作；若不能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成上升，

47、則系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。）上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，手腕升降電機(jī)斷電，上升停止；延時(shí)1秒后接通大臂轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，機(jī)械手大臂開始左移，當(dāng)大臂移動(dòng)到光電編碼器設(shè)定好的位移時(shí)，大臂電機(jī)停止，同時(shí)驅(qū)動(dòng)小臂電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。小臂在同步帶的作用下向左方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)小臂的光電編碼器測(cè)定小臂運(yùn)轉(zhuǎn)的位移。同時(shí)傳送帶B停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)小臂運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定點(diǎn)后，驅(qū)動(dòng)左限位開關(guān)，左移電磁閥斷電，左移停止。（在左移的過程中，機(jī)械手手也必須在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成動(dòng)作，否則系統(tǒng)將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)）。延時(shí)1秒后接通手腕升降電機(jī)，機(jī)械手下降。下降到下限位開關(guān)時(shí)延時(shí)1秒后驅(qū)動(dòng)手抓電機(jī)，機(jī)械手放松。2秒后機(jī)械手腕開始上升，到達(dá)上限位時(shí)，傳送帶B被驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)

48、機(jī)械手右移，到達(dá)右限位時(shí)，驅(qū)動(dòng)傳送帶A進(jìn)行循環(huán)操作，或者回到原點(diǎn)狀態(tài)，需要啟動(dòng)按鈕來啟動(dòng)機(jī)械手的動(dòng)作。圖4-5 機(jī)械手的動(dòng)作過程4.5 PLC機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)輸入輸出端子地址分配表4-21輸入輸出2啟動(dòng)按鈕SB1X026上升YV1Y0013停止按鈕SB2X027下降YV2Y0024上升限位SQ1X001左轉(zhuǎn)YV3Y0035下降限位SQ2X002右轉(zhuǎn)YV4Y0046左轉(zhuǎn)限位SQ3X003夾緊YV5Y0057右轉(zhuǎn)限位SQ4X004傳送帶AY0068光電開關(guān)SPX013傳送帶BY0079夾緊按鈕X012報(bào)警Y01010松開按鈕X00711上升按鈕X00512下降按鈕X01013左轉(zhuǎn)按鈕X00614右

49、轉(zhuǎn)按鈕X01115復(fù)原按鈕X02516單步按鈕X02217一次循環(huán)按鈕X02318各別操作按鈕X02019恢復(fù)原點(diǎn)按鈕X02120循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕X024PLC控制器有輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，如表4-2所示。本次設(shè)計(jì)，信號(hào)通過以下的輸入點(diǎn)輸入到PLC控制器內(nèi)部，然后發(fā)出控制信號(hào)從以下的輸出點(diǎn)輸出，從而達(dá)到PLC自動(dòng)化控制的目的。具體到每一個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的作用如下：PLC的輸入點(diǎn)：X026：為自動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)輸入點(diǎn)，用開接通系統(tǒng)的信號(hào)X027：為停止開關(guān)輸入點(diǎn)，用來停止系統(tǒng)的運(yùn)行X001：為上限位行程開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測(cè)機(jī)械手的上限位置X002：為下限位行程開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測(cè)機(jī)械手的下限位置X003：為左限

50、位行程開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測(cè)機(jī)械手的左限位置X004：為右限位行程開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測(cè)機(jī)械手的右限位置X005：為單步控制機(jī)械手上升的輸入點(diǎn)X006：為單步控制機(jī)械手左轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)X007：為手動(dòng)控制機(jī)械手松開輸入點(diǎn)X013：為光電開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測(cè)物體是否到位X010：為單步控制機(jī)械手下降的輸入點(diǎn)X011：為單步控制機(jī)械手右轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)X012：為手動(dòng)控制機(jī)械手夾緊輸入點(diǎn)X020：為轉(zhuǎn)換為各別操作輸入點(diǎn)X021：為恢復(fù)原點(diǎn)輸入點(diǎn)X022：為轉(zhuǎn)換為單步操作輸入點(diǎn)X023：為轉(zhuǎn)換為一次循環(huán)操作輸入點(diǎn)X024：為轉(zhuǎn)換為循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)X025：為復(fù)原開關(guān)輸入點(diǎn)PLC的輸出點(diǎn)：Y001：控制機(jī)械手上升Y002：控制機(jī)械手下降Y003：控制機(jī)械手左轉(zhuǎn)Y004：控制機(jī)械手右轉(zhuǎn)Y005：控制機(jī)械手夾緊Y006：控制傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)Y007：控制傳送帶B運(yùn)轉(zhuǎn)Y010：為報(bào)警信號(hào)輸出PLC控制器的內(nèi)部使用的定時(shí)器，繼電器和狀態(tài)軟元件T0，T1，T2，T3，T4，5個(gè)PLC內(nèi)部定時(shí)器，分別為1秒延時(shí)控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。T5，T6，T7，T8，4個(gè)PLC內(nèi)部定時(shí)器，分別為20秒延時(shí)，用于報(bào)警信號(hào)的控制