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 08電氣 學(xué)號 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的簡介與定義32.2 plc的基本構(gòu)成32.2.1中央處理單元cpu是plc系統(tǒng)的核心32.2.2存儲器存儲器分系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分42.2.3輸入/輸出部件42.2.4編程工具

2、52.3 plc的特點(diǎn)52.4 plc的功能62.5 plc的應(yīng)用領(lǐng)域62.5.1開關(guān)量的邏輯控制62.5.2模擬量控制62.5.3運(yùn)動控制72.5.4過程控制72.5.5數(shù)據(jù)處理72.6 plc的發(fā)展過程及趨勢72.7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113.3.1規(guī)模要適當(dāng)123.3.2功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理123.3.3輸入、輸出功能及負(fù)載能力的選

3、擇123.3.4使用環(huán)境條件12第四章 plc的機(jī)械手設(shè)計(jì)144.1工業(yè)機(jī)械手的簡介144.2機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)144.2.1機(jī)械手的動作流程圖154.2.2控制電機(jī)的選擇154.2.3光電開關(guān)的簡介與選擇164.2.4光電編碼器的簡介與選擇174.2.5同步帶的選擇174.2.6報警系統(tǒng)174.3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)194.5.1輸入輸出端子地址分配194.5.2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

4、真軟件-組態(tài)王6.5簡介335.2簡要介紹機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)演示動畫的制作335.3 對機(jī)械手的模擬演示345.4機(jī)械手系統(tǒng)演示的動畫軟件包與命令語言程序（附件）345.5小結(jié)34結(jié) 論35致 謝36參考文獻(xiàn)364摘 要本文主要講述機(jī)械手系統(tǒng)針對生產(chǎn)線自動化過程的設(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)械手的檢測與程序設(shè)計(jì)，由淺入深地介紹整個機(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)要求對機(jī)械手進(jìn)行動畫演示。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

5、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。第五章是演示動畫模擬軟件組態(tài)王6.5的簡介及機(jī)械手的動畫演示。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)械手是工業(yè)自動控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。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)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動生產(chǎn)率。在市場經(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

6、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，簡單介紹現(xiàn)在我國機(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。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)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的簡介及機(jī)械手動作動畫的演示。在設(shè)計(jì)時充分考慮到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，系統(tǒng)應(yīng)作出的動作，各個環(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減到最低。本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)和寫論文時得到了指導(dǎo)

7、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，懇請各位老師批評指正。第二章 plc相關(guān)概念2.1 plc的簡介與定義可編程控制器(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)，簡稱plc1。世界上第一臺可編程控制器是1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)為美國通用汽車自動裝配線而研制的，主要用于替代傳

8、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。但為避免與個人計(jì)算機(jī)pc相混淆，所以仍簡稱為plc。1987年國際電工委員會(iec 1131-1)對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器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、定時、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)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能

9、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。由中央處理單元(cpu)、存儲器(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。2.2.1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誤。當(dāng)plc投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的

10、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)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2.2.2存儲器存儲器分系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分plc中常用的存儲器類型有：(1)讀/寫存儲器(隨機(jī)存儲器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器(eprom)斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。一般

11、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)按塊擦除存儲器(flash memory)在功能上類似于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。2.2.3輸入/輸出部件（1）基本i/o接口。i/o是工業(yè)現(xiàn)場的各種設(shè)備與cpu之間傳輸信息的接口

12、。 輸入部件是現(xiàn)場信號進(jìn)入plc的橋梁。該部件接收來自主令元件、檢測元件的信號，主令元件是指操作臺(屏)上的功能鍵，如啟動、停止等按鍵。檢測元件有行程開關(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)場設(shè)備之間的連接部件，用以驅(qū)動執(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

13、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。2.2.4編程工具編程工具用以將用戶程序?qū)懭雙lc的用戶程序存儲器中，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)場調(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

14、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 （1）所有的i/o接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與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

15、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針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，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/o模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(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)pl

16、c均采用模塊化結(jié)構(gòu)。plc的各個部件，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，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，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。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(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

17、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在國內(nèi)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行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。2.5.1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，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑

18、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。2.5.2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/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。2.5.3運(yùn)動控制plc可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。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)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(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

19、產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。2.5.4過程控制過程控制是指對溫度、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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。2.5.5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)可以與存儲在存

20、儲器中的參考值比較，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)。2.5.6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，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視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)展過程及趨勢世界上公認(rèn)的第一臺plc是1969年美國數(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

21、要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、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)算機(jī)存儲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

22、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，權(quán)威情報機(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)備之首。這個時期可編程控制器發(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。這個階段的另一個特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，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rockwel

23、l自動化公司所屬的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，這個時期發(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、位移等各種控制場合；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)用都得到了長足的發(fā)展。 中國是20世紀(jì)80年代初引進(jìn)、應(yīng)用、研

24、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，中國已能夠生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(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。此外無錫華光公司、上海香島公司等中外合資企業(yè)也是中國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)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)及制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能水平更高

25、的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型兩個方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格會更齊備。完美的人機(jī)界面、完備的通訊設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。從市場上看，各國生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言。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。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，

26、可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(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)展趨勢將主要圍繞以下幾個方面進(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festo公司的ipc （ industrial 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)時性、精度、分辨率、人機(jī)對話等性能方面進(jìn)一步得到改善和提高。 (

27、4)進(jìn)一步強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)功能，以實(shí)現(xiàn)信息管理自動化。例如ipc型控制器具備多種現(xiàn)場總線接口，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。2.7小結(jié)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。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，可以從不同的角度來認(rèn)識可編程控制器。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，

28、其目的都是通過控制被控對象（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，應(yīng)遵循以下基本原則。（1）plc控制系統(tǒng)控制被控對象最大限度地滿足工藝要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(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控制系統(tǒng)簡單、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

29、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、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(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對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(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系統(tǒng)工作

30、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）必要時還需設(shè)計(jì)控制臺（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)時修改程序，并有利于用戶在維修時分析和排除故障10。3.2.2 p

31、lc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，需要完成的動作（工作順序、動作條件、必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；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)具備的功能，進(jìn)行plc程序設(shè)計(jì)，同時可進(jìn)行控制臺（柜）的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工。（6）待控制臺（柜）設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工完成后，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

32、plc程序設(shè)計(jì)的步驟與內(nèi)容（1）對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統(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的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。（5）對程序進(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，國內(nèi)外生產(chǎn)的plc種類很多，在選用plc時應(yīng)考慮以下幾個方面。3.3.1規(guī)模要適當(dāng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)

33、以及軟件對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)確定用戶程序存儲器的容量。一般粗略的估計(jì)方法是：（輸入+輸出）（1012）=指令步數(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)存儲容量不夠的問題13。3.3.2功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理對于以開關(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/

34、a轉(zhuǎn)換，加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)。對于控制比較復(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)以及整個工廠的自動化等。對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，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。3.3.3輸入、輸出功能及負(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。對于輸出形式，分為

35、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，缺點(diǎn)是價格高、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、價格便宜，缺點(diǎn)是壽命短、響應(yīng)速度慢。3.3.4使用環(huán)境條件在選擇plc時，要考慮使用現(xiàn)場的環(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、相對濕度、電源允許波動范圍和抗干擾等指標(biāo)。3.4小結(jié)本章主要對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)，對設(shè)計(jì)方案可以形成一個大概的框圖，從

36、而使設(shè)計(jì)趨于簡單。 第四章 plc的機(jī)械手設(shè)計(jì)4.1工業(yè)機(jī)械手的簡介工業(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，在我國國民經(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強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性，對各種故障進(jìn)行報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，降低事故率而且對于提高電氣控制系統(tǒng)的自動化管理水品和

37、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)起到積極的推動作用，使plc在機(jī)械手自動化系 統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)械手是指能夠自動抓取、操作的裝置。多用在自動生產(chǎn)線、自動機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。主要完成移動、轉(zhuǎn)動、抓取等動作。其氣壓技術(shù)是以壓縮空氣為介質(zhì).以氣源為動力的能源傳遞技術(shù).其工作可靠性高、使用壽命長、對環(huán)境沒有污染.所以在機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)中常采用氣壓技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)。它通過控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。可編程控制器( 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、時序、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等控制程序。

38、用指令形式存放在存儲器中，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)。4.2機(jī)械手的硬件設(shè)計(jì)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）和一個移動關(guān)節(jié)（控制手腕伸縮）。每個關(guān)節(jié)上都有電機(jī)的帶動，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。圖4-1

39、 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4.2.1機(jī)械手的動作流程圖通電啟動大臂電機(jī)轉(zhuǎn)動光電編碼器檢測大臂位移驅(qū)動小臂電機(jī)同步帶帶動小臂光電編碼器檢測小臂位移驅(qū)動手腕升降電機(jī)手抓電機(jī)動作機(jī)械手開始張合圖4-2 機(jī)械手的動作流程圖4.2.2控制電機(jī)的選擇按設(shè)計(jì)要求可知.機(jī)械手有3個移動自由度。其主要工作過程均由電機(jī)的轉(zhuǎn)動來控制。故對電機(jī)的選擇是很重要的本設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)是萊州市玉龍橡塑制品有限公司生產(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

40、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：電動窗簾、電動晾衣架、冷暖通閥門、電動廣告、監(jiān)控設(shè)備、自動化儀器儀表等。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，0.270.4/450v起動電壓ac/v18，150額定功率w25空載電流ma300，80絕緣耐壓acv/1s1500額定轉(zhuǎn)速r.p.m2.55815203050額定轉(zhuǎn)距kg.cm130704525181274.2.3光電

41、開關(guān)的簡介與選擇光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。工作原理如圖4-3所示。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。本設(shè)計(jì)選用對射式光電開關(guān)。它包含了在結(jié)構(gòu)上互相分離且光軸相對放置的發(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)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝

42、置。本光電開關(guān)用于檢測工作系統(tǒng)的傳送帶上是否有物體到達(dá)，從而驅(qū)動機(jī)械手動作。圖4-3 光電開關(guān)4.2.4光電編碼器的簡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裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反

43、映當(dāng)前電動機(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。工作原理:當(dāng)光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動時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，由此可測出光電編碼器轉(zhuǎn)動方向與電機(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)生一個脈沖.主要用作計(jì)數(shù)。a線用來測量脈沖個數(shù),b線與a線配合可測量出轉(zhuǎn)動方向。4.2.5同步帶的選擇同步帶傳動是由一根內(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，鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與帶輪的齒槽相 合來傳遞動力。同步帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比

44、，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動范圍大，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。傳動效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜多軸傳動。本設(shè)計(jì)選用恒龍公司生產(chǎn)的，型號為67l，節(jié)線長（mm）171.45，齒數(shù)為18的同步帶。4.2.6報警系統(tǒng)機(jī)械手的報警系統(tǒng)用于機(jī)械手運(yùn)作時，機(jī)械手是否在規(guī)定時間內(nèi)到位。若超過規(guī)定時間，則系統(tǒng)產(chǎn)生報警信號。報警系統(tǒng)用定時器加外設(shè)擴(kuò)音器組成。在規(guī)定時間沒有到達(dá)時，定時器驅(qū)動報警。4.3機(jī)械手的控制系統(tǒng)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)械手具有手動與自動兩種工作

45、方式。手動方式時，有“各別操作”與“返回原位”兩種情況。“各別操作”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，按下“返回原位”按鈕，機(jī)械手自動回到原位狀態(tài)。自動方式時，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，每按一次啟動按鈕，向前執(zhí)行一步動作：“單周期一次循環(huán)操作”時，機(jī)械手在原位，按下啟動按鈕，自動地執(zhí)行一個操作周期的操作，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”時機(jī)械手在原位，按下啟動按鈕，機(jī)械手

46、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)，用來檢測傳送帶上物品是否到位，從而驅(qū)動機(jī)械手動作。機(jī)械手用來搬運(yùn)a的物品到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)送到下一個生產(chǎn)加工的地方?？刂埔笕缦拢簭脑c(diǎn)開始，機(jī)械手的光電編碼器均按照設(shè)定好的位置，對機(jī)械手進(jìn)行啟

47、動控制，從而固定機(jī)械手的起始動作。按下啟動按鈕，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，傳送帶a停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時機(jī)械手電源接通，機(jī)械手手腕升降電機(jī)開始啟動，機(jī)械手手腕下降。下降到位時，碰到下限位行程開關(guān)，手腕下降電機(jī)斷電，下降停止；同時接通手抓電機(jī)，機(jī)械手開始夾緊物品。延時2秒后手腕升降電機(jī)啟動，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)定的時間內(nèi)到達(dá)上限位，則執(zhí)行下步動作；若不能在設(shè)定的時間內(nèi)完成上升，則系統(tǒng)將產(chǎn)生報警信號。）上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，手腕升降電機(jī)斷電，上升停止；延時1秒后接通大臂轉(zhuǎn)動電機(jī)，機(jī)械手大臂開始左移，當(dāng)大臂移動到光電編碼器設(shè)定好的位

48、移時，大臂電機(jī)停止，同時驅(qū)動小臂電機(jī)轉(zhuǎn)動。小臂在同步帶的作用下向左方向轉(zhuǎn)動，同時小臂的光電編碼器測定小臂運(yùn)轉(zhuǎn)的位移。同時傳送帶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)定的時間內(nèi)完成動作，否則系統(tǒng)將產(chǎn)生報警信號）。延時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)時延時1秒后驅(qū)動手抓電機(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，傳送帶b被驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn)。同時機(jī)械手右移，到達(dá)右限位時，驅(qū)動傳送帶a進(jìn)行循環(huán)操作，或者回到原點(diǎn)狀態(tài)，需要啟動按鈕來啟動機(jī)械手的動作。圖4-5 機(jī)械手的動作過程4.5 plc機(jī)械手的程序設(shè)計(jì)4

49、.5.1輸入輸出端子地址分配表4-21輸入輸出2啟動按鈕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報警y01010松開按鈕x00711上升按鈕x00512下降按鈕x01013左轉(zhuǎn)按鈕x00614右轉(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x024

50、plc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)出控制信號從以下的輸出點(diǎn)輸出，從而達(dá)到plc自動化控制的目的。具體到每一個輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的作用如下：plc的輸入點(diǎn)：x026：為自動啟動開關(guān)輸入點(diǎn)，用開接通系統(tǒng)的信號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)，用來檢測機(jī)械手的下限位置x003：為左限位行程開關(guān)輸入點(diǎn)，用來檢測機(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)