MPS機(jī)械手站單元設(shè)計(jì)與PLC控制

1、封面作者：PanHongliang僅供個(gè)人學(xué)習(xí)陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目專(zhuān)業(yè)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師二零一二年陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院二O二屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)題目：MPS 系統(tǒng)加工檢測(cè)站單元的設(shè)計(jì)與 PLC 控制設(shè)計(jì)條件：要求采用西門(mén)子 PLC 作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件，設(shè)計(jì) MPS 系統(tǒng)加工檢 測(cè)站單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。設(shè)計(jì)任務(wù)：1氣動(dòng)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型； 2利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試；3加工檢測(cè)站的電氣接線(xiàn)設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)

2、計(jì)；4. PLC 的 I/O 分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)；5完成對(duì)加工檢測(cè)站的安裝、連接、調(diào)試、運(yùn)行； 6.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括：1） 課題的來(lái)源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明。2） 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明。3） 系統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)。起止日期：2011年 月 日2011年 月 日（共 周） 指導(dǎo)教師：劉龍江審核（教研室主任）： 批準(zhǔn)（系主任）：設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日答 辯：考核組長(zhǎng)：總 成 績(jī)：MPS 系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與 PLC 控制摘要MPS（modular production system 模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng) ） 是模擬實(shí)際生產(chǎn)加工操 作過(guò)程的開(kāi)放式教案系統(tǒng)，主

3、要是針對(duì)學(xué)生不能經(jīng)常在實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行培訓(xùn)而設(shè)計(jì) 的，該系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的縮微模型， 可以提供一個(gè)實(shí)際自動(dòng)化制造， 加工生產(chǎn) 線(xiàn)的模擬教案環(huán)境，可根據(jù) I/O 分配編寫(xiě)程序達(dá)到系統(tǒng)的控制，提高實(shí)際操作的能力， 本文涉及的系統(tǒng)為上海英集斯公司生產(chǎn)的 MPS 模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng)，它采用西門(mén)子 公司生產(chǎn)的小型可編程序控制器S7-200 對(duì) MPS 各個(gè)工作站的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本次設(shè)計(jì)是以 MPS 系統(tǒng)中機(jī)械手站單元為研究，采用德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 S7- 226 系列可編程控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行編程，使用 傳感器進(jìn)行位置控制，并使用 FluidSIM-P

4、 軟件設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)控制和仿真模擬，完成機(jī) 械手站的控制任務(wù)。關(guān) 鍵 詞 ： MPS ； 機(jī) 械 手 站 單 元 ； PLC ； 傳 感 器目錄1 緒論 11.1 MPS 模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介 11.2MPS 的基本組成 11.3 MPS 的基本功能 21.4 設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù) 22 機(jī)械手站單元的控制硬件 42.1 可編程控制器（ PLC）42.1.1 PLC 的簡(jiǎn)況及特點(diǎn) 42.1.2 PLC 結(jié)構(gòu)及基本配置： 42.1.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 62.1.4 S7-200PLC 的介紹 62.2 傳感器 92.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類(lèi) 92.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用 103 機(jī)械手

5、123.1 機(jī)械手的簡(jiǎn)介： 123.2MPS 系統(tǒng)中機(jī)械手工作站的結(jié)構(gòu)功能3.2.1 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖 143.2.2 氣動(dòng)部件的選用 14 3.2.3 氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析 153.2.4 電器元件的簡(jiǎn)介 164 機(jī)械手站單元的 PLC 設(shè)計(jì) 174.1 機(jī)械手站單元的控制要求 17 4.2 機(jī)械手站單元順序功能流程圖 18 4.3 機(jī)械手站單元的I/O 分配表 184.4 梯形圖 194.5 指令表 194.6 模擬調(diào)試 195 總結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21致謝 22131.1 MPS模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介模塊化加工系統(tǒng)（MPS, Modular ProductionSysten）體現(xiàn)了機(jī)電一體化

6、的 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用。MPS 設(shè)備是一套開(kāi)放式的設(shè)備，用戶(hù)可根據(jù)身產(chǎn)需要選擇 設(shè)備組成單元的數(shù)量、類(lèi)型，最少時(shí)一個(gè)單元亦可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系 統(tǒng)，而由多個(gè)單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制特點(diǎn)。在由多個(gè) MPS 工作單元組成的系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如 氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、電工電子技術(shù)、傳感 應(yīng)用技術(shù)、PLC 控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)、信息技術(shù)等。利用該系統(tǒng)可以 模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過(guò)程，使學(xué)員在一個(gè)非常接近于實(shí) 際的教案設(shè)備環(huán)境，使學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中很自然地就將理論應(yīng)用到了實(shí)際 中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，從而縮短了理論教案與實(shí)際應(yīng)用

7、之間的 距離。1.2MPS的基本組成多個(gè)單元組成的 MPS 系統(tǒng)可以較為真實(shí)地模擬出一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)加工流 水線(xiàn)的工作過(guò)程。其中，每個(gè)工作單元都可以自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，同時(shí)也都 是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電機(jī) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置都可以通過(guò)安裝在其上面的傳感器的信 號(hào)來(lái)判斷。在 MPS 設(shè)備上應(yīng)用多種類(lèi)型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位 置、物體的通過(guò)狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質(zhì)、物體的高度等。傳感器技 術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工作實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提 之一。在控制方面，MPS 設(shè)備采用 PLC 進(jìn)行控制，用戶(hù)可根據(jù)需要原則不同 廠(chǎng)

8、家的 PLC（例如三菱公司的 FX2N 系列 PLC、西門(mén)子公司的 S7-200 系列 PLC 和 S7-300 系列PLC）。MPS 設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的，但學(xué)員可 以根據(jù)自己對(duì)設(shè)備的理解、對(duì)生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫(xiě)一定的生產(chǎn)工藝過(guò) 程，然后再通過(guò)編寫(xiě) PLC 控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) MPS 設(shè)備 的控制。圖1.1多單元組成的MPS系統(tǒng)1.3 MPS的基本功能MPS 設(shè)備給學(xué)員提供了一個(gè)開(kāi)放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，雖然各個(gè)組成單元的 結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是，設(shè)備的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照什么樣的動(dòng)作順序執(zhí)行、各 個(gè)單元之間如何配合、最終使 MPS 模擬一個(gè)什么樣的生產(chǎn)加工控制過(guò)程、 MPS 作為

9、一條自動(dòng)生產(chǎn)流水線(xiàn)具有怎么樣的操作運(yùn)行模式等，學(xué)員都可根 據(jù)自己的理解，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出 PLC控制程序，使 MPS 設(shè)備實(shí) 現(xiàn)一個(gè)最符合實(shí)際的自動(dòng)控制過(guò)程。MPS 系統(tǒng)中每個(gè)單元都具有最基本的功能，學(xué)員可在這些基本功能的 基礎(chǔ)上進(jìn)行流程編排設(shè)計(jì)和發(fā)揮。1）、MPS 系統(tǒng)的基本組成單元：上料件檢測(cè)單元操作手單元加工單元安裝單元安裝搬運(yùn)單元立體存儲(chǔ)單元機(jī)械手單元（如圖 1.2 所示）2）、機(jī)械手站單元功能簡(jiǎn)介：該單元是一個(gè)六個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手，它可 以用來(lái)完成抓取動(dòng)作，可以進(jìn)行工件的組裝，產(chǎn)生一個(gè)完整的產(chǎn)品。手臂本體：日本莫托曼 HP3、 二菱等圖1.2機(jī)械手單元擴(kuò)展模塊：控制器、變壓器。組

10、成模塊：手臂本體、手臂控制器、氣爪。圖1.3機(jī)械手單元在MPS中的應(yīng)用1.4設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)條件：要求采用西門(mén)子 S7-226PLC 作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件, 設(shè)計(jì) MPS 系統(tǒng)機(jī)械手戰(zhàn)單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。2、設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）氣動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型；（2）利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試；（3）機(jī)械手站的電氣接線(xiàn)設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)；（4）PLC 的 I/O 分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)；（ 5）完成對(duì)機(jī)械手站的硬件和軟件的安裝、連線(xiàn)、調(diào)試、運(yùn)3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括：（1）課題的來(lái)源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說(shuō)明；（2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明；（3）系

11、統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)2 機(jī)械手站單元的控制硬件2.1可編程控制器（PLC）2.1.12.1.1PLCPLC 的簡(jiǎn)況及特點(diǎn)可編程序控制器（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的一門(mén)先進(jìn)控制技術(shù)，它已成為 現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，其應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成 為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。PLC 具有可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線(xiàn)修改控制程序、遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)、易于與計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)及位 控等一系列優(yōu)異性能。1 1） PLCPLC 的分類(lèi)可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，是以微處理器為基 礎(chǔ)

12、，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型、通用的自動(dòng) 控制裝置。可編程序控制器發(fā)展到今天，已經(jīng)有多種形式，而且功能也不盡相同。按不同的原 則可有不同的分類(lèi)。a、根據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)（1）整體式（箱體式）整體式 PLC 的基本組成框圖如圖 2.1 所示。（2）組合式（機(jī)架模塊式）組合式 PLC 的基本組成框圖如圖 2.2 所示。b、按控制規(guī)模分類(lèi)一般而言，處理的 I/O 點(diǎn)數(shù)愈多，則控制關(guān)系愈復(fù)雜，用戶(hù)要求的程序存儲(chǔ)器容量 愈加大、PLC 指令及其他功能也愈加多、指令執(zhí)行的速度也愈加快。按PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)可將 PLC 分為以下三類(lèi)：小型 PLC、中型 PLC、大型 PLC。

13、2 2） PLCPLC 的特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；編程方便；使用方便；維護(hù)方便；設(shè)計(jì)、施工調(diào)試周期 短；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。c “口甘*亦囲圖22組合式PLC的基本組成框圖2.1.22.1.2PLCPLC 結(jié)構(gòu)及基本配置一般講，PLC 分為箱體式和模塊式兩種?體式它們的組成是相同的，對(duì)箱體式 PLC，有一塊 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按 CPU 性能分成若 干型號(hào)，并按 I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式 PLC，有 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、 電源模塊、底板或機(jī)架。1)CPU 的構(gòu)成PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PL

14、C 至少有一個(gè) CPU， 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn) 場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部 電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀 取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路， 與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制 及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成，還有外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工 作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC 不可缺少的組成單元。CPU 的控制器控制

15、 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏 由震蕩信號(hào)控制。 CPU 的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 CPU 的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但 PLC 中的 CPU 芯片實(shí)際上就是微處理器。CPU 模塊的外 部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開(kāi)關(guān)。一般講，CPU 模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式 PLC 的主 箱體也有這些顯示。它的總線(xiàn)接口，用于接 I/O 模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi) 存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有

16、通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU 模塊上還有許多設(shè)定開(kāi)關(guān)，用以對(duì) PLC 作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。2)I/O 模塊PLC 的對(duì)外功能，主要是通過(guò)各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，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。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸 入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。3)電源模塊有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開(kāi)的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 2

17、4V 的工作電 源。電源以其輸入類(lèi)型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC ，直流電源，加 的為直流電壓，常用的為 24V。4)底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系， 使 CPU能訪(fǎng)問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè) 整體5)PLC 的外部設(shè)備外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類(lèi)a、 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、 監(jiān)控PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是 PLC 開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查 維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控

18、制運(yùn)行。b、 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫(huà)面監(jiān)視數(shù)據(jù)。c、 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤(pán)或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用 戶(hù)數(shù)據(jù)，使用戶(hù)程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫(xiě)入器等。d、 輸入輸出設(shè)備： 用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)， 一般有條碼讀人器，輸入模擬量的 電位器，打印機(jī)等。6）PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智 能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的 PLC 新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有 RS-232 接口，通過(guò)雙絞線(xiàn)、

19、同軸 電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當(dāng)然，PLC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠(chǎng)家專(zhuān)用的， PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠(chǎng)家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)， 并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間可以方便地 進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。2.1.32.1.3 PLCPLC 的應(yīng)用領(lǐng)域最初， PLC 主要用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。隨著 PLC 技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不 斷擴(kuò)大，主要用于開(kāi)關(guān)量控制；用于模擬量控制；用于數(shù)字量控制；用于數(shù)據(jù)采集；用 于進(jìn)行監(jiān)控；用于聯(lián)網(wǎng)、通訊。事實(shí)上，PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化 工、輕工、食品、建材

20、等等，幾乎沒(méi)有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過(guò) 程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到 它。PLC 能有上述幾個(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是 PLC 自身特點(diǎn)決定的，也是 PLC 技術(shù)不 斷完善的結(jié)果。2.1.42.1.4 S7-200PLCS7-200PLC 的介紹德國(guó)的西門(mén)子（SIEMENS ）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的 SIMATIC可編程序控制器歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程控制器是 1975 年投放市 場(chǎng)的 SIMATICS3 系列的控制系統(tǒng)。在 1979 年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程控制器 中，產(chǎn)生了 SIMATICS5 系

21、列，取代了 S3 系列，之后在二十世紀(jì)末又推出了 S7 系列產(chǎn) 品。最新的 SIMATIC 產(chǎn)品為 SIMATIC S7、M7 和 C7 等幾大系列。從 CPU 模塊的功能來(lái)看，SIMATIC S7-200 系列小型 PLC 發(fā)展經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其 CPU 模塊為 CPU 21X，主機(jī)都可以進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元：CPU212, CPU214, CPU215 和 CPU216。第二代產(chǎn)品其 CPU 模塊為 CPU 22X，是在二十一世紀(jì)初投放市場(chǎng)的，速度快，具 有較強(qiáng)的通訊能力，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU 單元：CPU221，CPU222，CPU224 和

22、CPU226，除 CPU221 之外，其他都可以加擴(kuò)展模塊。SIMATIC S7-200 系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分組成如圖 2.3 所示：1） 硬件基本單元、擴(kuò)展單元、特殊功能模塊、相關(guān)設(shè)備2） 工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之配套的程序、文檔及其規(guī)則 的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾類(lèi)構(gòu)成。a CPU 介紹及 I/O 系統(tǒng)（如表 2.1）表 2.1 不同種類(lèi) CUP 的 I/O 對(duì)比型號(hào)主機(jī)輸出類(lèi)型主機(jī)輸入點(diǎn)數(shù)主機(jī)輸出點(diǎn)數(shù)（0）可擴(kuò)展模塊數(shù)CPU221DC繼電器圖$.3 S7-200PLC組成框圖無(wú)CPU222DC繼電器82CPU224D

23、C繼電器14107CPU226DC繼電器24167b、主機(jī)外形SIMATIC S7-200 系統(tǒng) CPU22X 系列 PLC 主機(jī)（CPU 模塊）的外形如圖 2.4 所示c、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4 種 CPU 各有晶體管輸出（直流輸出）和繼電器輸出（交、直流輸出）兩種類(lèi)型，具 有不同電源電壓和控制電壓。各類(lèi)型的型號(hào)如下表2.2：表 2.2 各種 CPU 輸出電壓、電流的對(duì)比CPU類(lèi)型電源電壓圖2.4 CPU結(jié)構(gòu)輸入電壓外形圖輸出電壓輸出電流DC輸出DC輸入24VDC24VDC24VDC0.75A，晶體管CPU221繼電器輸出DC輸入85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC2A，繼電器D

24、C輸出24VDC24VDC24VDC0.75A，晶體管CPU221CPU221CPU221繼電器輸出85-264VAC24VDC24VDC24-230VAC2A，繼電器d、S7-200 之間的 PPI 通信PPI 協(xié)議是專(zhuān)門(mén)為 S7-200 開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議。S7-200CPU 的通信口（ PortO、Portl） 支持 PPI 通信協(xié)議，S7-200 的一些通信模塊也支持 PPI 協(xié)議。Micro/WIN 與 CPU 進(jìn)行 編輯通信也通過(guò) PPI 協(xié)議。S7-200CPU 的 PPI 網(wǎng)絡(luò)通信是建立在 RS-485 網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)上，因此其連接屬性 和需要的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與其它 RS-485 網(wǎng)

25、絡(luò)一致。S7-200 CPU 之間的 PPI 網(wǎng)絡(luò)通信只需要兩條簡(jiǎn)單的指令，它們是網(wǎng)絡(luò)讀（NETR）和網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)（NETW）指令。在網(wǎng)絡(luò)讀/寫(xiě)通信中，只有主站需要調(diào)用 NETR/NETW 指 令，從站只需編輯處理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（取用或準(zhǔn)備數(shù)據(jù)）。在 S7-200 系統(tǒng)中，無(wú)論是組成 PPI、MPI、還是 Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)用到的主要部件 都是一樣的。e、擴(kuò)展模塊以及功能模塊（1）功能模塊擴(kuò)展當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制系統(tǒng)， CPU 主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊，一般是 特殊功能模塊有 SM253 位置控制模塊，EM241 調(diào)制解調(diào)器模塊等。輸入輸出擴(kuò)展S7-200PLC 的 CPU 所提供的本

26、機(jī) I/O 點(diǎn)和 I/O 地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)可以在 CPU 右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊連接。每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類(lèi)型和該模塊在I/O 鏈中所處的位置。編制方法就是同種類(lèi)型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增，其他類(lèi) 型模塊的有無(wú)及所處的位置不影響本類(lèi)型模塊的編號(hào)。最大 I/O 配置的預(yù)算需考慮映像寄存器數(shù)量及電流提供能力。各CPU 能提供的最大 5VDC 電流如下表。表 2.3 各種 CPU 的最大擴(kuò)展電流的對(duì)比CPU型號(hào)221222224226最大擴(kuò)展電流（mA）03406601000SIMATIC S7-200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)

27、測(cè)及控制的自 動(dòng)化。S7-200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控 制功能。因此S7-200 系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能； 實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼 電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自 動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保 護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械

28、，中央空調(diào)，電梯控制， 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用 CPU226,CPU226 集成 24 輸入/16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。13 字節(jié)程序 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具 有 PID 控制器。2 個(gè) RS485 通訊/編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式 通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸 入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的內(nèi)部集成特

29、殊功能。可完全 適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，如圖2.5 所示。圖2.5 CPU226的外形圖2.2傳感器2.2.12.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類(lèi)人是靠視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)這些感覺(jué)器官來(lái)接受外界信息的，而一臺(tái)光 機(jī)電一體化的自動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行中也有大量的信息需要準(zhǔn)確地被“感受”，以使設(shè)備能按 照設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，自動(dòng)化設(shè)備用于“感受”信息的裝置就是傳感器。傳感器 是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。1 1） 傳感器的組成傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路及輔助電源部分組成。a 敏感元件，是傳感器中能直接感受或響

30、應(yīng)被測(cè)量的部分。b、 轉(zhuǎn)換元件，是傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適用于傳輸或測(cè) 量的電信號(hào)的部分。c、轉(zhuǎn)換電路，是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量的電路。d、 輔助電源，是用于提供傳感器正常工作能源的電源。傳感器的組成如圖2.6 所 示2 2）常用傳感器的分類(lèi)作為實(shí)現(xiàn)傳感功能的基本器件，傳感器的分類(lèi)方法很多，a 按傳感器能量變換關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)按能量變換關(guān)系，傳感器分為發(fā)電型傳感器和參量型傳感器。b、按傳感器輸入量（即被測(cè)參數(shù)）進(jìn)行分類(lèi)按輸人量分類(lèi)，傳感器以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感 器、壓力傳感器等。C、按傳感器的輸出量進(jìn)行分類(lèi)按輸出量分類(lèi)，傳感

31、器可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩類(lèi)。模擬式傳感器是 指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為模擬量，數(shù)字式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為數(shù)字量。d、按傳感器工作原理進(jìn)行分類(lèi)按傳感器的工作原理為依據(jù)分類(lèi)，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感 式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等。2.2.22.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用1 1）電感式接近開(kāi)關(guān)a 電感式接近開(kāi)關(guān)的基本工作原理電感式傳感器為信號(hào)發(fā)生器，它被用于在加工機(jī)械，機(jī)器人，生產(chǎn)線(xiàn)以及傳送帶系 統(tǒng)中檢測(cè)和功能相關(guān)的動(dòng)作 ,并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是以非接觸的方式工作 的。當(dāng)有金屬物體接近規(guī)定的感應(yīng)距離時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)電信號(hào)。電感式接近開(kāi)關(guān) 就是利

32、用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。（1） 高頻振蕩型電感式接近開(kāi)關(guān)它以高頻振蕩器（ LC 振蕩器）中的電感線(xiàn)圈作為檢測(cè)元件，利用被測(cè)金屬物體接 近電感線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電 路將該變化轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。（2） 差動(dòng)線(xiàn)圈型電感式接近開(kāi)關(guān)它有兩個(gè)電感線(xiàn)圈，由其中一個(gè)電感線(xiàn)圈作為檢測(cè)線(xiàn)圈，另一個(gè)電感線(xiàn)圈作為比較 線(xiàn)圈；由于被測(cè)金屬物體接近檢測(cè)線(xiàn)圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而引起檢測(cè)線(xiàn)圈中磁通的 變化，檢測(cè)線(xiàn)圈的磁通與比較線(xiàn)圈的磁通進(jìn)行比較，然后利用比較后的磁通差，經(jīng)由傳 感器的信號(hào)調(diào)理電路將該磁通差轉(zhuǎn)換成電的開(kāi)關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。b、電

33、感式接近開(kāi)關(guān)的分類(lèi)（1） 按工作電源的性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)1流型：采用交流電源供電，用于交流控制回路。2流型：采用直流流電源供電，用于直流控制回路。（2） 按接線(xiàn)方式進(jìn)行分類(lèi)二線(xiàn)制三線(xiàn)制四線(xiàn)制五線(xiàn)制六線(xiàn)制（3） 按觸點(diǎn)的性質(zhì)分類(lèi)常開(kāi)式常閉式常開(kāi)與常閉混合式（4） 按輸出邏輯分類(lèi)正邏輯型負(fù)邏輯型浮空邏輯型混合型（5） 按外形分類(lèi)螺紋型圓柱型長(zhǎng)方體型 U 型等（6） 按防護(hù)方式分類(lèi)防水型防爆型耐高溫型耐高壓型等C、電感式接近開(kāi)關(guān)的圖形符號(hào)接近開(kāi)關(guān)通用符號(hào)如圖 2.7 所示，電感式接近開(kāi)關(guān)如圖 2.8 所示d、電感式傳感器的特點(diǎn)無(wú)機(jī)械磨損和撕扯動(dòng)作，因此使用壽命長(zhǎng)；不會(huì)因灰塵或觸點(diǎn)焊接在一起而出現(xiàn)故障；無(wú)觸

34、點(diǎn)反彈，因此無(wú)切換故障；切換頻率高達(dá)3000Hz;抗震；安裝位置隨意；黃色 LED 顯示切換狀態(tài)；完全密閉，防護(hù)等級(jí)高。e、電感式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用由于電感式傳感只能對(duì)金屬起作用，在自動(dòng)控制的應(yīng)用可以應(yīng)用在上例中進(jìn)行檢測(cè) 白色的金屬或紅色的塑近開(kāi)又可以應(yīng)用在流水生產(chǎn)線(xiàn)上檢測(cè)金屬工接是否到圖形符如圖 2.9 所示。當(dāng)工件到位后自動(dòng)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。用以控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或下一個(gè)加工 步驟等。圖2.9電感式傳感器的應(yīng)用3 機(jī)械手3.1機(jī)械手的簡(jiǎn)介1 1）機(jī)械手的概念機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的動(dòng)作的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡及其他要求， 實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)由于大多

35、數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的 工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱(chēng)做操作機(jī)械手。機(jī)械手可分為專(zhuān) 用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類(lèi)。專(zhuān)用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡(jiǎn)單，工作 對(duì)象單一，具有固定（有時(shí)可調(diào)）程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。如自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的上 料機(jī)械手，自動(dòng)換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立 的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活的機(jī)械手。它是適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自 動(dòng)化生產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線(xiàn)。機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車(chē)制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手延伸 和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危

36、險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣 環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目 前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車(chē)制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬 加工等工業(yè)。機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車(chē)與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系 統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功 能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。2 2）機(jī)械手的分類(lèi)a、 按驅(qū)動(dòng)方式分：液壓式、氣動(dòng)式、機(jī)械式b、 按適用范圍分：專(zhuān)用機(jī)械手、通用機(jī)械手c、按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制d、 按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)

37、式、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式3 3） 機(jī)械手主要組成 機(jī)械手主要是由執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三大部分組成。a、 執(zhí)行部分 執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部分。它包括手、手腕、手臂和機(jī)座等部件b、 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和機(jī) 械驅(qū)動(dòng)等方式。c、控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定程序動(dòng)作得到電氣控制裝置?？刂葡到y(tǒng)所控制的因素包括執(zhí)行系統(tǒng)各部的動(dòng)作、動(dòng)作順序、位置、時(shí)間、和速度等。如圖3.1 所示：4 4）機(jī)械手的特點(diǎn)a、 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有 害的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)

38、，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié) 構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線(xiàn)作用下，以 及沖壓，火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。b、 機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來(lái)，并擴(kuò)大和延伸 人的功能。c、由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人 為的操作錯(cuò)誤。d、 機(jī)械手的特點(diǎn)是通過(guò)用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的 不斷變化，以滿(mǎn)足柔性生產(chǎn)的需要。3 2MPS系統(tǒng)中機(jī)械手工作站的結(jié)構(gòu)功能機(jī)械手站單元主要由提取模塊、滑槽模塊、I/O 接線(xiàn)端口等組成，如圖 3.2 所示該單元主要為一氣動(dòng)機(jī)械手，此站完成提取工結(jié)構(gòu)靈要求將工件分流的過(guò)程

39、。1 ）提取模塊該模塊主要由兩個(gè)直線(xiàn)氣缸 （提取氣缸和擺臂氣缸） 、 一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸及手指氣動(dòng)夾 爪組成。提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，垂直方向運(yùn)動(dòng)，以便于提取工件。該氣 缸是一個(gè)桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，其活塞桿為六邊形，這樣桿就不能隨便轉(zhuǎn)動(dòng)，便于氣爪夾取 工件。擺臂氣缸構(gòu)成了氣動(dòng)機(jī)械手的“手臂”，可以實(shí)現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動(dòng)作。同時(shí)它還是一個(gè)雙聯(lián)氣缸（有的地方叫倍力缸），它擁有兩個(gè)壓力腔和兩個(gè)活塞桿，在 同等壓力下，雙聯(lián)氣缸的輸出力是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣 缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，用于判斷氣缸的動(dòng)作是否到位。轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸用于實(shí)現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)

40、動(dòng)角度為180。，在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)沖擊）和電感式接近開(kāi)關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否 到位）。氣動(dòng)夾爪則用于抓取工件。2）滑槽模塊此模塊在帶有組態(tài)操作的 MPS 系統(tǒng)上才會(huì)安裝?；勰K用于存放檢測(cè)不合格的工件321 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖1A 為旋轉(zhuǎn)氣缸；1B1 和圖B23為機(jī)械手站接近開(kāi)路圖；2A 為擺臂雙聯(lián)氣缸；2B1、2B2 為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)； 3A 為氣動(dòng)夾爪； 3B1 為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)； 4A 為桿不回轉(zhuǎn)的提 取氣缸； 4B1、4B2 為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；1Y1、1Y2 為旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制 信號(hào)；2Y1、2Y2 為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個(gè)電

41、磁控制信號(hào)；3Y1、3Y2 為控制氣動(dòng)夾爪開(kāi)與閉的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；4Y1 為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)。氣動(dòng)回路的分析在 3.3 圖中，本站開(kāi)始工作時(shí)，進(jìn)行夾爪打開(kāi)、橫臂縮回和轉(zhuǎn)上工位復(fù)位動(dòng)作，均靠氣缸復(fù)位來(lái)完成。等上站工作完成信號(hào)來(lái)后，首先使電磁閥線(xiàn)圈2Y2 通電，使 2 號(hào)氣缸動(dòng)作，橫臂縮回。當(dāng)檢測(cè)開(kāi)關(guān) 2B2 有信號(hào)輸出后，使控制 4 號(hào)氣缸的電磁閥線(xiàn)圈 4Y1 通電，實(shí)現(xiàn)夾爪下降動(dòng)作，準(zhǔn)備抓工件，下降到位后，4B2 輸出，此時(shí)使 3Y2 通電，實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作，延時(shí)后，使 4丫1 斷電，夾爪上升，直到 4B1 有信號(hào)輸出，此時(shí)令 2Y1 通 電，橫臂縮回；縮回到位后，2B1

42、輸出，使 1Y2 通電，橫臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使操作手到達(dá)下 一工位。等下工位有工件后，使 2Y2 通電，橫臂伸出，到位后 2B2 輸出，使 4Y1 得電， 4 號(hào)汽缸活塞桿伸出，夾爪下降，到位后，使 3Y1 通電，夾爪釋放工件，完成后，使 4Y1 斷電，夾爪上升，到最高位后，使 2Y1 通電，橫臂縮回，到位后，2B2 有信號(hào)輸 出，使 1Y1 通電，橫臂轉(zhuǎn)上工位，完成本站工作。322322 氣動(dòng)部件的選用表3.1機(jī)械手單元?dú)鈩?dòng)部件的選用表元件名稱(chēng)數(shù)量元件用途元件符號(hào)氣源1為氣動(dòng)回 路提供動(dòng)雙作用缸3力執(zhí)行元件可調(diào)單向 節(jié)流閥6調(diào)節(jié)氣回 路中的流二聯(lián)件1量大小過(guò)濾調(diào)壓換向閥1改變回路 氣體的流向3.2

43、.33.2.3 氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析1） 機(jī)械手站單元的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程機(jī)械手移送工件的機(jī)械系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)如圖所示，用于將工作臺(tái)A 點(diǎn)的工件搬運(yùn)到工作臺(tái) B 點(diǎn)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由電磁閥控制氣動(dòng)系統(tǒng)工作。其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由電磁閥控制，其位置由磁性傳感器檢測(cè)，夾緊使用電磁閥控制氣爪，使用壓力 傳感器檢測(cè)。即當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止 下降，但要保持現(xiàn)有的工作狀態(tài)。在上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升；當(dāng)電磁閥斷電 后，機(jī)械手停止上升。夾緊電磁閥線(xiàn)圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；線(xiàn)圈斷電時(shí)，機(jī)械手放 松。圖3.4機(jī)械手控制單元結(jié)構(gòu)及移送工件的動(dòng)作過(guò)程圖2） 機(jī)械手站單元

44、氣動(dòng)元件種類(lèi)及結(jié)構(gòu)符號(hào)a 導(dǎo)向氣缸導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示，導(dǎo)向氣缸的應(yīng)用如圖所示。雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度 250mm,用于機(jī)械手單元 X 軸的左右伸縮，雙活 塞氣缸是由兩個(gè)活塞進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，因此在相同高度的情況下能產(chǎn)生 2 倍于標(biāo)準(zhǔn)氣缸的推 力。雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度 80mm,用于機(jī)械手單元丫軸的上下伸縮，其特點(diǎn) 是該氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將導(dǎo)軌和氣缸做于一體。圖3.5導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)b、 氣爪氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)如圖3.7 所示。 標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品。其特點(diǎn)如下：雙作用活塞驅(qū)動(dòng)、自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊

45、；可以以多種方 式和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)。輔件安裝如圖 3.8 所示。采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性。圖3.6導(dǎo)向氣缸在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用圖3.7氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-傳感器。c、 平行氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）如圖 3.9 所示。Festo 標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下：雙作用活塞驅(qū)動(dòng)，自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊；可以以多種方式 和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)。輔件的安裝方法如圖 3.10 所示；采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣

46、爪手指，3-安裝螺釘，4-定位銷(xiāo)，5-傳感器。d、葉片式擺動(dòng)氣缸DSM 葉片式擺動(dòng)氣缸外形緊湊，占用空間小。驅(qū)動(dòng)力通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片直接傳送給驅(qū) 動(dòng)軸?？烧{(diào)式止動(dòng)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)葉片分離， 以便于固定限位擋塊或液壓緩沖器來(lái)吸收所受 到的力。 此外，旋轉(zhuǎn)葉片還能通過(guò)終點(diǎn)位置的彈性墊獲得輔助緩沖。止動(dòng)塊不能被移 去，因?yàn)樾D(zhuǎn)葉片本身不適合于作為終端位置限位擋塊。驅(qū)動(dòng)器背面還有刻度以方便行 程調(diào)節(jié)。擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖 3.11 所示。圖3.9氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)圖圖3.11擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖擺動(dòng)氣缸的限位有兩種方法，方法一：使用傳感器限位，安裝方式如圖3.12 所示。方法二：使用緩沖器限位，

47、安裝.方式如爪的輔件勺擺裝方氣缸的固定安裝方式有多種， 如圖3.13 所示。圖3.12擺動(dòng)氣缸使用傳感器限位的傳感器形狀及安裝方式圖3.14擺動(dòng)氣缸的固定安裝方式3）過(guò)濾、調(diào)壓組件過(guò)濾、調(diào)壓組件型號(hào)采用LFR-1-D-5M-DI-MAXI，外形及符號(hào)如圖所示。兩聯(lián)件由過(guò)濾器、壓力表、截止閥和快插接口組成，安裝在可旋轉(zhuǎn)的支架上。過(guò)濾器有分水裝 置，可以除去壓縮空氣中的冷凝水、 顆粒較大的固態(tài)雜質(zhì)和油滴。 減壓閥可以控制系統(tǒng) 中的工作壓力，同時(shí)能對(duì)壓力的波動(dòng)做出補(bǔ)償。濾杯帶有手動(dòng)排水閥。3.2.43.2.4 電器元件的簡(jiǎn)介1）、控制電磁閥全氣動(dòng)系統(tǒng)采用緊湊型 CPE 型電磁閥控制。由于系統(tǒng)要求氣動(dòng)

48、回路流量不大，所以選擇集成安裝緊湊型電磁閥 CPE10-M1BH-5LS-M7 型及 CPE10-M1H-5/3G-M7 型兩種。CPE 型電磁閥具有以下特點(diǎn)：閥島 CPE-10 由各個(gè)高強(qiáng)度玻璃纖維加強(qiáng)的聚酰胺模塊組成；在基本組塊和擴(kuò)展組塊中的 PRS 通道可被封死，因此可形成不同的壓力區(qū)；兩端都可接氣源及排氣通道，氣口在基本塊或端塊上；可從尾端或頂端接入氣源及排氣通道；卡口式連接，安裝時(shí)無(wú)需螺絲；安裝選項(xiàng)：?jiǎn)蝹€(gè)安裝，導(dǎo)軌安裝或板壁式安裝。CPE10-M1BH-5LS-M7 電磁閥如圖所示。意義為： CPE（緊湊型）、M1BH（24 V DC，所匹配插座 KMYZ-9 ）、5（ 5 通）、L

49、 （單電控,氣彈簧復(fù)位）、S （不帶先 導(dǎo)）、M7 （接口類(lèi)型 M7 螺紋）。該電磁閥的特點(diǎn)：流量大功耗小。圖3.16緊湊型CPE10-M1BH-5LS-M7型電磁閥外形及符號(hào)CPE10-M1H-5/3G-M7 型電磁閥如圖所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1H:（24 V DC，所匹配插座 KMYZ-6 ）、5 （5 通）、3 （3 位）、G （中封式）。M7 （接口類(lèi)型 M7 螺紋）。CPE 閥另需配合專(zhuān)用 CPE10SC-PRS-8 氣路板集中安裝，如圖 3.18 所示。該氣路板 可安裝 8 個(gè) CPE 電磁閥作全過(guò)程控制。電源插座 KMYZ-9 如圖 3.19 所示。氣路板需配消聲器

50、UC-M7 降低閥排氣口的噪音，如圖 3.20 所示。配接氣路接頭QSML-M7-6，如圖 3.21 所示。2）、雙電控二位五通閥圖為雙電控二位五通閥的工作原理圖。它有兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)右線(xiàn)圈通電、左線(xiàn)圈斷 電時(shí)，閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是 P 與 A、B 與 T2 相通，A 口進(jìn)氣、B 口排氣。當(dāng)右線(xiàn) 被推向左端，其通路狀態(tài)勝與及、符牖相卽鬻進(jìn)氣電源口路外氣及若電磁線(xiàn)圈斷電， 氣流通路仍保持原狀態(tài)。圖3.22雙電控二位五通閥工作原理圖圖3.23雙電控二位五通閥實(shí)物圖4 機(jī)械手站單元的 PLC 設(shè)計(jì)4.1機(jī)械手站單元的控制要求當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC 運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)的

51、擺臂 左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開(kāi)，提取氣缸上升到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模 式，按啟動(dòng)按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達(dá)下端 后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂氣缸的順序依次縮回，然后擺 臂氣缸擺到右端，等待工件送出信號(hào)。再次按下啟動(dòng)按鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆過(guò)程返回到初始位置。機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程分為 8 步：從原點(diǎn)一下降一夾緊（T）-上升一右移一下降-放松（T）-上升-左移到原點(diǎn)結(jié)束一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。4.2機(jī)械手站單元順序功能流程圖圖4.1機(jī)械手站順序功能流程圖4.3機(jī)械手站單元的I/O分配表機(jī)械手站單元I/

52、O端口分配說(shuō)明表4.4梯形圖設(shè)備符號(hào)設(shè)備名稱(chēng)1B1電感式傳感器1B2電感式傳感器2B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)2B2磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)3B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)4B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)4B2磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)1Y1電磁閥1Y2電磁閥2Y1電磁閥2Y2電磁閥3Y1電磁閥3Y2電磁閥4Y1電磁閥設(shè)備用途判斷擺臂的左右位置判斷擺臂的左右位置判斷擺臂伸縮情況判斷擺臂伸縮情況判斷夾爪開(kāi)閉情況判斷夾爪上下的位置判斷夾爪上下的位置控制旋轉(zhuǎn)氣缸左右動(dòng)作控制旋轉(zhuǎn)氣缸左右動(dòng)作機(jī)械手站程序梯形圖 控制擺臂氣缸伸縮動(dòng)作 控制擺臂氣缸伸縮動(dòng)作 控制夾爪開(kāi)閉的動(dòng)作控制夾爪開(kāi)閉的動(dòng)作控制提取氣缸上下的動(dòng)作信號(hào)特征地址分配4.5信號(hào)為1:擺臂

53、在I0.0最左端指信號(hào)為1:擺臂在I0.1最右端令信號(hào)為1:擺臂縮回到位I0.2信號(hào)為1:擺臂伸表出到位10.3信號(hào)為1:夾爪已打開(kāi)I0.4信號(hào)為0:夾爪夾緊信號(hào)為1:夾爪下降到位I0.5信號(hào)為1:夾爪上 升返回到位信號(hào)為1:旋轉(zhuǎn)缸I0.64.6左轉(zhuǎn)Q0.0模信號(hào)為1:旋轉(zhuǎn)缸右轉(zhuǎn)Q0.1擬信號(hào)為1:擺臂縮回Q0.2信號(hào)為1:擺臂伸調(diào)出Q0.3信號(hào)為1:夾爪打 開(kāi)信號(hào)為1:夾爪閉Q0.4試合Q0.5信號(hào)為1:夾爪下 降信號(hào)為0:夾爪上Q0.6用升FluidSIM-P 軟件設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)控制回路和模擬仿真，采用西門(mén)子S7-226PLC 進(jìn)行實(shí)際模擬檢查，不斷完善設(shè)計(jì)內(nèi)容。序號(hào)123456789101

54、1121314這次畢業(yè)論文， 對(duì)我來(lái)說(shuō)很有意義， 在寫(xiě)論文的過(guò)程中我學(xué)到很多的關(guān)于機(jī)械手和 PLC 方面的知識(shí)，我以后會(huì)加強(qiáng)對(duì)它們的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。通過(guò)這一次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)MPS系統(tǒng)以及機(jī)械手站單元的功能和在系統(tǒng)中的作用都有了進(jìn)一步的了解，同時(shí)讓我熟悉了 PLC的運(yùn)作，對(duì)機(jī)械手的發(fā)展和應(yīng)用有了很多認(rèn)識(shí)。特別是對(duì)于機(jī)械手的控制，通過(guò) 采用 PLC 控制機(jī)械手可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的工作量。由于PLC 控制具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低和改造方便的特點(diǎn)，可以根據(jù)控制流程的不同，方 便地改變控制順序來(lái)滿(mǎn)足工藝要求。采用電磁式感應(yīng)開(kāi)關(guān)對(duì)機(jī)械手的位置進(jìn)行檢測(cè)，使 機(jī)械手在動(dòng)作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精確定位。本次設(shè)計(jì)詳細(xì)講解了機(jī)械手站單元的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程。 采用西門(mén)子 S7-200 系列 的 PLC作為控制器，進(jìn)行編程，并采用氣動(dòng)裝置進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)，使用電感式接近開(kāi)關(guān) 對(duì) 位 置 進(jìn) 行監(jiān) 控 ， 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 械 手 站 單 元 的 控 制 要 求 。參考文獻(xiàn)1張俊勇模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) M 西安：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué) 院，2010 2章國(guó)華、蘇東典型生產(chǎn)線(xiàn)原理、