機(jī)電一體化畢業(yè)論文-PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)(1)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文名稱： PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì) 系部： 機(jī)車車輛學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)電一體化 班級(jí): 313-1 姓名： 全偉 指導(dǎo)教師：劉偉 二O一六年 一月 目錄 第一章 PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì)………………………………...…3 1.1 摘要 ................. ……………………………………………. 3 1.2 引言 ……………………………………....................………4 第二章 PLC 的概述 …………………………………………4 2.1 PLC的基本知識(shí) …………………………………………..4 2.2 PLC的應(yīng)用與前景 ………………………………………..5 第三章 PLC 的編程語(yǔ)言 …………………………………..7 3.1 梯形圖編程語(yǔ)言……………………………………………...7 3.2 功能塊圖編程語(yǔ)言……………………………………………8 第四章 PLC控制機(jī)械手的設(shè)計(jì)……………………………….9 4.1 機(jī)械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用………………………………..9 4.2 各電器設(shè)備的制方式及控制要求…………………………..10 4.3 電器元件設(shè)備的選擇 ………………………………………12 4.4 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) ………………………………...13 4.5 功能表圖設(shè)計(jì) ……………………………………………..26 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) ………………………………………………33 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………....…..34 謝辭 …………………………………………………….....35 PLC機(jī)械手控制設(shè)計(jì) 1.1摘要： 當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導(dǎo)體到消費(fèi)類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)壓力當(dāng)今的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個(gè)快速變革的時(shí)代。從半導(dǎo)體到消費(fèi)類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)壓力，他們需要進(jìn)一步降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并能夠迅速完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。采用最新的自動(dòng)化技術(shù)才是解決這一系列問(wèn)題的有效手段。 本次論文明確了機(jī)械手的功能需求和動(dòng)作流程通過(guò)查找了大量資料，了解完成了布進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的選型。通過(guò)對(duì)機(jī)械手制作流程的分析，確定采用PLC為核心的控制系統(tǒng)。在對(duì)機(jī)械手的分析設(shè)計(jì)部分梯形圖及控制程序，完成PLC的I/O點(diǎn)分配和硬件接線圖。 關(guān)鍵詞：機(jī)械手，步進(jìn)電機(jī)，可編程序控制器 32 引言 機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個(gè)重要組成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無(wú)塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過(guò)程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無(wú)法滿足該行業(yè)的需要。 機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近代幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。 第二章 可編程控制器的概述 2.1可編程控制器的基本知識(shí) PLC的種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同，對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類.根據(jù) 1 PLC的結(jié)構(gòu)形式可將PLC分為整體式和模塊式兩類 （1）整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等各件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式機(jī)構(gòu)。 整體PLC由不同PLC點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電等，沒(méi)有CPU，基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展 (2) 模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分分別作成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及其他模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成，模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活、可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用這種模塊式結(jié)構(gòu)。 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU，電源，I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊。但它們之間是非電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以應(yīng)地疊裝，這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。 2 按功能分 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低，中，高檔次 （1）低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷監(jiān)控等基本功能還可以少量模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較等功能，主要用于邏輯控制，順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 （2）中檔PLC出具有低檔PLC的功能外，還具有模擬量輸入/輸出，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送和比較；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，遠(yuǎn)程I/O，子程序，通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還可增設(shè)中斷控制，PID控制等功能，適應(yīng)于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （3）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號(hào)算術(shù)運(yùn)算，矩陣運(yùn)算，位邏輯運(yùn)算，平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 3 按I/O點(diǎn)數(shù)分類 根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類 （1）.型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)<256點(diǎn)，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下 CE-I型 美國(guó)通用電氣（GE）公司 TI100 美國(guó)德洲儀器公司 F、F1、F2 日本三菱電氣公司 C20 C40 日本歐姆龍公司 SF200 德國(guó)西門子公司 EX20 EX40 日本東芝公司 SR-20/21 中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 （2）．中型——點(diǎn)數(shù)256-2048點(diǎn)，雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2-8K S7-300 德國(guó)西門子 SR-400 中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 SU-5 SU-6 德國(guó)西門子公司 C-500 日本立石公司 CE-Ш GE公司 （3）. 大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)>2048點(diǎn)，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量8-16K S7-400 德國(guó)西門子公司 GE-IV GE公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司 2.2 可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景 目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金，石油，化工，剪彩，機(jī)械制造，電力，汽車，輕工，環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格 的不斷提高，器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 2.2.1 強(qiáng)量邏輯運(yùn)算 利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)收等功能實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，科取代傳統(tǒng)的繼電器控制用于單片機(jī)控制，多機(jī)群控制，生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。例：機(jī)床，注塑機(jī)印刷機(jī)械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 2.運(yùn)動(dòng)控制 大多數(shù)PLC都有拖動(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，這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備。例如：各種機(jī)床，裝配機(jī)械。機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。 3.過(guò)程控制 大，中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能。有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出，所以PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過(guò)程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 4.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算數(shù)據(jù)傳遞，轉(zhuǎn)換，排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，分析和處理，同時(shí)的通過(guò)通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：CNC設(shè)備進(jìn)行處理。 5.通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計(jì)算機(jī)，PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過(guò)通信處理單元，通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，已實(shí)現(xiàn)信息的交換和構(gòu)成。集中管理分散控制的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。 2.2.2 國(guó)外PLC發(fā)展概況 PLC在問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展。在美、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC。較多的有美國(guó)：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國(guó)：西門子公司；法國(guó)：TE施耐德公司。韓國(guó)：三星、LG公司等 PLC的發(fā)展前景 （1）產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個(gè)方向發(fā)展 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)，32位微處理器，多CPU并行工作 ，大容量存儲(chǔ)器，掃描速度快高速； ?。赫w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本； （2）PLC在閉環(huán)過(guò)程中應(yīng)用日益廣泛； （3 不斷加強(qiáng)通訊功能； （4）新器件和模塊不斷推出 第三章 可編程控制器的編程語(yǔ)言 3.1可編程控制器的幾種編程語(yǔ)言 可編程控制器的編程語(yǔ)言按IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分主要包括圖形化編程語(yǔ)言和文本化編程語(yǔ)言。圖形化編程語(yǔ)言包括:梯形圖(LD-Ladder Diagram)、功能塊圖(FBD-Function Block Diagram)、順序功能圖(SFC-Sequential Function Chart)。文本化編程語(yǔ)言包括:指令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本(ST-Structured Text)。這些語(yǔ)言是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的編程語(yǔ)言.而SFC編程語(yǔ)言則在兩類編程語(yǔ)言中均可使用。下面分別來(lái)介紹這幾種編程度語(yǔ)言。 3.1.1梯形圖編程語(yǔ)言(LD-Ladder Diagram) 梯形圖來(lái)源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語(yǔ)言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護(hù)人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級(jí)通過(guò)各個(gè)觸點(diǎn)、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點(diǎn)是右側(cè)的電力軌線。每一個(gè)觸點(diǎn)代表了一個(gè)布爾變量的狀態(tài)，每一個(gè)線圈代表了一個(gè)實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)，一個(gè)簡(jiǎn)單的梯形圖程序如圖1所示: 圖3.1 梯形圖程序示例 梯形圖的每個(gè)梯級(jí)表示一個(gè)因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級(jí)的右面。 梯形圖編程語(yǔ)言具有如下特點(diǎn): (1) 與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性; (2) 與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí); (3) 對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰; (4) 可讀性仍不夠好。 幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語(yǔ)言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒(méi)有右邊的電力軌線。有時(shí)在有此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。 3.1.2 功能塊圖編程語(yǔ)言(FBD-Function Block Diagram) 功能塊圖編程語(yǔ)言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來(lái)表示，每一個(gè)功能模塊的左側(cè)有不少于一個(gè)的輸入端，右側(cè)有不少于一個(gè)的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地方。 功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊?；竟δ苣K如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時(shí)，脈沖輸出，計(jì)數(shù)器等等。 功能塊編程語(yǔ)言具有以下特點(diǎn): (1) 以功能模塊為單位,從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變的容易; (2) 功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌握，方便組態(tài)，易操作。是有發(fā)展前途的一種編程語(yǔ)言; (3) 對(duì)較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時(shí)間; (4) 因?yàn)槊恳粋€(gè)功能模塊要占用一定程序存儲(chǔ)空間，對(duì)功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時(shí)間，因此，這種語(yǔ)言在大中型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。 第四章 PLC控制機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1各電器設(shè)備的控制方式及控制要求 1 機(jī)械手的技能和特性 根據(jù)古典力學(xué)觀點(diǎn)，物體在三維空間的靜止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機(jī)械手，其機(jī)能要接近人的上肢，則需要具有27個(gè)自由度，而每一個(gè)自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉”。就目前的技術(shù)狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機(jī)械手的功能搞得那么復(fù)雜，動(dòng)作彼此嚴(yán)重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機(jī)械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機(jī)、本體、手臂和手指都得有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，總共就要有24個(gè)自由度。這在實(shí)際上也是不必要的，這樣會(huì)使機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費(fèi)用增多。因此，不應(yīng)盲目模仿人手的動(dòng)作，增加過(guò)渡的自由度，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要的動(dòng)作，設(shè)計(jì)出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動(dòng)作。所以一般專用的機(jī)械手（不包括握緊動(dòng)作）通常具有二到三個(gè)自由度。而通用機(jī)械手一般取四到五個(gè)自由度。 本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的機(jī)械手，它共有五個(gè)自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動(dòng)、手臂左右擺動(dòng)、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。 2 .軀干和傳動(dòng)系統(tǒng) 機(jī)械手的傳動(dòng)分為液壓、氣壓、電氣和機(jī)械四種，本設(shè)計(jì)采用綜合傳動(dòng)方式，即手臂采用電氣傳動(dòng)，而手爪則采用氣壓傳動(dòng)。 (1)、夾緊機(jī)構(gòu) 機(jī)械手手爪使用來(lái)抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準(zhǔn)確和可靠的要求。設(shè)計(jì)制造夾緊機(jī)構(gòu)——手爪時(shí)，首先要從機(jī)械手的坐標(biāo)形式、運(yùn)行速度和加速度的情況來(lái)考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來(lái)計(jì)算。同時(shí)考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化，為擴(kuò)大機(jī)械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機(jī)構(gòu)，以根據(jù)需要來(lái)更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動(dòng)定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機(jī)構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)作靈活和動(dòng)作可靠。 夾緊機(jī)構(gòu)形式多樣，有機(jī)械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機(jī)構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進(jìn)行操作的裝置。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式的夾緊機(jī)構(gòu)。 機(jī)械式夾緊機(jī)構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運(yùn)動(dòng)的方式和模仿人手的動(dòng)作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進(jìn)型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動(dòng)力來(lái)源可分為彈簧式、氣動(dòng)式、液壓式等。本設(shè)計(jì)采用二指式氣動(dòng)手爪。由可編程控制器控制電磁閥動(dòng)作，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)完成，同時(shí)通過(guò)兩個(gè)限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在180度。 (2) 軀干 軀干由底盤和手臂兩大部分組成。 底盤是支撐機(jī)械手全部重量并能帶動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)。底盤采用一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖，由傳感器檢測(cè)并送入可編程控制器，從而計(jì)算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時(shí)，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達(dá)270度。 手臂是機(jī)械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運(yùn)動(dòng)。手臂采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠、螺母來(lái)實(shí)現(xiàn)伸縮和升降運(yùn)動(dòng)。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，完成手臂的運(yùn)動(dòng)。改變發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，可控制手臂的兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的距離。同時(shí)在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)是易于自鎖，位置精度較高，傳動(dòng)效率較高。 4.2電器元件、設(shè)備的選擇 1 PLC機(jī)型的選擇 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進(jìn)行PLC型號(hào)的選定。 進(jìn)行PLC選型時(shí)，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時(shí)要兼顧維修、備件的通用性。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時(shí)，一般的PLC都可以滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號(hào)等情況時(shí)，要考慮輸入/輸出點(diǎn)的形式，最好采用晶體管形式輸出。對(duì)帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。 2 輸入/輸出的點(diǎn)數(shù)： I/O點(diǎn)數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用點(diǎn)數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，適于工藝過(guò)程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機(jī)模塊與輸入模塊、功能模式塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。 此外，還應(yīng)考慮用戶儲(chǔ)存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實(shí)時(shí)控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。 本設(shè)備控制的對(duì)象是一個(gè)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，同時(shí)利用脈沖控制步進(jìn)店動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。松下FPO系列小型PLC具有性價(jià)比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，能滿足本對(duì)象各項(xiàng)控制性能要求，因此，本系統(tǒng)采用松下FPO系列的FPO——C16T作為基本模塊，能輸出兩路脈沖信號(hào)進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。 3 電源模塊的選擇： 采用Dm150系列開關(guān)電源。其特點(diǎn)是輸出功率大，體積小，重量輕，可靠性高，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓波動(dòng)，具有完備的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)功能。 主要參數(shù)： 輸入交流電壓：110~220V/50Hz、60Hz 輸出直流電壓：24V/6.5A 最大功率：156W 工作環(huán)境：-10~40度 4 . 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇： 采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)。型號(hào)：42BYGH101。 快接線插頭中的紅色表示A相，藍(lán)色表示B相。 使用時(shí)如果發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)時(shí)可以將A相或B相兩根線對(duì)調(diào)。 （1）.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 采用中美合資SH系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，主要由電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、 輸出分等。如下圖所示。 驅(qū)動(dòng)模塊 電源輸入部分由電源模塊提供，用兩根導(dǎo)線連接，注意極性。 信號(hào)輸入部分：信號(hào)源由FPO主機(jī)提供。由于FPO提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，中間加了保護(hù)電路。 輸出部分：與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接，注意相序。 （2.）傳感器 采用接近開關(guān)作為手爪旋轉(zhuǎn)和底盤旋轉(zhuǎn)限位檢測(cè)用;采用微動(dòng)開關(guān)作為橫軸、縱軸限位檢測(cè)用。 接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、藍(lán)、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負(fù)極、藍(lán)色為輸出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。 微動(dòng)開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作（常開點(diǎn)閉合）。 （3） FPO模塊 由松下FPO系列PLC晶體管輸出的主機(jī)，具有高速運(yùn)算能力、PID調(diào)節(jié)功能，同時(shí)可以輸出兩路脈沖控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。輸出兩路脈沖梯形圖及f/t。 （4） 直流電動(dòng)機(jī) 采用36ZY5-12型直流電動(dòng)機(jī)。輸入電壓為12~24V,由FPO模塊控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)。 （5）旋轉(zhuǎn)碼盤 機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個(gè)脈沖。 4.3 控制流程圖 機(jī)械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機(jī)上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果機(jī)械手不在初始位置上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)（橫軸向手爪那邊移動(dòng)，豎軸向上移動(dòng)）。歸位后首先橫軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電動(dòng)機(jī)得電帶動(dòng)手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測(cè)到限位磁頭時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止，PLC控制電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪加緊；延時(shí)過(guò)后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動(dòng)作，手張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動(dòng)作。 圖4.1機(jī)械手控制流程圖 4.4控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) 1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號(hào)等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺(tái)、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)電器原理圖。 可編程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作為基本模塊，由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè)FPO——E16RS模塊。由于接近開關(guān)有三根線，接線時(shí)注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負(fù)極，藍(lán)色的線接PLC的輸入端子。 2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫工藝流程圖，即將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時(shí)、計(jì)數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設(shè)計(jì)。 I/O地址分配 I/O地址分配如表所示 I/O地址分配一覽表 輸入： 輸出： X0 橫軸正限位 Y0 橫軸脈沖 X1 豎軸正限位 Y1 豎軸脈沖 X2 橫軸反限位 Y2 橫軸方向 X3 豎軸反限位 Y3 豎軸方向 X4 旋轉(zhuǎn)脈沖 Y20 手正轉(zhuǎn) X20 手正轉(zhuǎn)限位 Y21 手反轉(zhuǎn) X21 手反轉(zhuǎn)限位 Y22 底座正轉(zhuǎn) X22 底座正限位 Y23 底座反轉(zhuǎn) X23 底座反限位 Y24 電磁閥動(dòng)作 (1).確定輸入輸出接點(diǎn)的總數(shù) 輸入接點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB、行程開關(guān)SQ1——SQ4、光電開關(guān)SQ5，一共6個(gè)。 輸出接點(diǎn)：YV1——YV2總共5個(gè)。 (2).估算PC內(nèi)存總數(shù) 選取PC類型，PC內(nèi)存總數(shù)取決于程序指令總條數(shù)。PC內(nèi)存總數(shù)又是選取PC類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)指令總條數(shù)進(jìn)行估算。 指令總條數(shù)=（10——20）*（輸入點(diǎn)數(shù)+輸出點(diǎn)數(shù)） 本例中指令總條數(shù)為（10——20）*（6+5）=110——220條。 (3).輸入輸出點(diǎn)分配 如下圖是機(jī)械手輸入和輸出信號(hào)與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機(jī)械手回到原位時(shí)的指示燈，為了防止誤按啟動(dòng)按鈕引起機(jī)械手的誤動(dòng)作，增加了復(fù)位按鈕，啟動(dòng)時(shí)需要先按復(fù)位按鈕在按啟動(dòng)按鈕，否則機(jī)械手不會(huì)動(dòng)作。 圖4.2機(jī)械手PC輸入/輸出端子的分配 (4).方案選擇 考慮到機(jī)械手在工作時(shí)間時(shí)可能發(fā)生誤動(dòng)作行程開關(guān)而引起的不安全動(dòng)作，各個(gè)輸入開關(guān)信號(hào)只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如，SQ1的閉合信號(hào)只能當(dāng)機(jī)械手位于原位而且按下SB2后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態(tài)時(shí)SQ1不起作用。為了達(dá)到這一目的，選擇使用移位寄存器來(lái)完成順序控制。 3 梯形圖設(shè)計(jì) 機(jī)械手的控制屬順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說(shuō)明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 （1） 根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計(jì) 單步操作”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序; “自動(dòng)”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自動(dòng)”程序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。 圖4.3機(jī)械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成 （2） 各部分梯形圖的設(shè)計(jì) 通用部分梯形圖設(shè)計(jì) A狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器S600在手動(dòng)方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（X501接通）時(shí)，按下返回復(fù)位按鈕（X505）時(shí)被置位;在“單步操作”（X500接通）時(shí)，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動(dòng)作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或 “返回復(fù)位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）狀態(tài)器初始化梯形圖。 B狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：若機(jī)械手工作在自動(dòng)工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下啟動(dòng)按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)繼電器M575一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時(shí)，從初始狀態(tài)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如下圖。 圖4.4狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動(dòng)梯形圖 C狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的自動(dòng)轉(zhuǎn)換就被禁止。 在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)，M574應(yīng)被激勵(lì)并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。 在“步進(jìn)”工作方式時(shí)，M574應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動(dòng)按鈕時(shí)，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。 在“手動(dòng)”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動(dòng)方式解除之后，按下啟動(dòng)按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。 PLC在啟動(dòng)時(shí)，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動(dòng)按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如下。 圖4.5狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖 通過(guò)對(duì)上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時(shí)，M575一直不能被接通，而M574長(zhǎng)期被接通（按下啟動(dòng)按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)，每按一次啟動(dòng)按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動(dòng)按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，M575一直接通到按下停止按鈕，此時(shí)M574一直不能接通。 D單步操作梯形圖 手動(dòng)操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r(shí)，按下夾持按鈕時(shí)，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時(shí)，Y431才會(huì)復(fù)位；按下上升按鈕，上升輸出Y432保持接通；按下下降按鈕，Y430保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出Y434保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y433保持接通。單步操作是梯形圖如下圖。 圖4.6機(jī)械手單步操作梯形圖 E返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動(dòng)作應(yīng)被停止，上限位未動(dòng)作時(shí)應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動(dòng)作時(shí)，“右行”動(dòng)作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。 圖4.7機(jī)械手返回原位梯形圖 F “自動(dòng)”狀態(tài)梯形圖 如下圖表示了機(jī)械手自動(dòng)工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時(shí)，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過(guò)程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431置位，同時(shí)驅(qū)動(dòng)T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個(gè)初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動(dòng)各個(gè)負(fù)載動(dòng)作，稱為順序控制或過(guò)程步進(jìn)型控制。這種控制過(guò)程用繼電器符號(hào)程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。 圖4.8機(jī)械手自動(dòng)工作流程圖 用狀態(tài)器替代自動(dòng)工作流程圖中的各工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。 圖4.9機(jī)械手自動(dòng)工作功能表圖 根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動(dòng)操作時(shí)的梯形圖，如下圖所示。 圖4.10機(jī)械手自動(dòng)工作梯形圖 繪制機(jī)械手PLC將控制梯形圖 將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構(gòu)成圖的形式作何在一起，得到機(jī)械手PLC控制的梯形圖，如下圖所示。 圖4.11機(jī)械手PLC控制梯形圖 該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置。 4.5 功能表圖設(shè)計(jì) 1 步的劃分 分析被控對(duì)象的工作過(guò)程及控制要求，將系列的工作過(guò)程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來(lái)的步進(jìn)入新的步。如下圖所示，某液壓動(dòng)力滑臺(tái)的整個(gè)工作過(guò)程可劃分為四步，即：0步A、B、C均不輸出；1步A、B輸出；2步B、C輸出；3步C輸出。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變。 步也可根據(jù)被控對(duì)象工作狀態(tài)的變化來(lái)劃分，但被控對(duì)象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如下圖所示，初始狀態(tài)是停在原位不動(dòng)，當(dāng)?shù)玫狡饎?dòng)信號(hào)后開始快進(jìn)，快進(jìn)到加工位置轉(zhuǎn)為工進(jìn)，到達(dá)終點(diǎn)加工結(jié)束又轉(zhuǎn)為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺(tái)的整個(gè)工作過(guò)程可以劃分為停止（原位）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四步。但這些狀態(tài)的改變都必須是由PLC輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)與PLC輸出無(wú)關(guān)，那么快進(jìn)、工進(jìn)只能算一步。 總之，步的劃分應(yīng)以PLC輸出量狀態(tài)的變化來(lái)劃分，因?yàn)槲覀兪菫榱嗽O(shè)計(jì)PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態(tài)沒(méi)有變化時(shí)，就不存在程序的變化。 2. 轉(zhuǎn)換條件的確定 確定各相鄰步之間的轉(zhuǎn)換條件是順序控制設(shè)計(jì)法的重要步驟之一。轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)的動(dòng)作（通/斷）等。 如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺(tái)由停止（原位）轉(zhuǎn)為快進(jìn)，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動(dòng)按鈕SB1（即SB1的動(dòng)合觸點(diǎn)接通）；由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是行程開關(guān)SQ2動(dòng)作；由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是終點(diǎn)行程開關(guān)SQ3動(dòng)作；由快退轉(zhuǎn)為停止（原位）的轉(zhuǎn)換條件是原位行程開關(guān)SQ1動(dòng)作。轉(zhuǎn)換條件也可以是若干個(gè)信號(hào)的邏輯（與、或、非）組合。如：A1*A2、B1+B2。 3. 功能表圖的繪制 根據(jù)以上分析畫出描述系統(tǒng)工作過(guò)程的功能表圖，是順序控制設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟。繪制功能表圖的具體方法將在下面介紹。 4. 梯形圖的編制 根據(jù)功能表圖，采用某種編程方式設(shè)計(jì)出梯形圖程序。有關(guān)編程方式建在下一節(jié)中介紹。 5 功能表圖的繪制方法 A 功能表圖概述 功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特征的一種徒刑。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語(yǔ)言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交流。 功能表圖是設(shè)計(jì)順序控制程序的有力工具。在順序控制設(shè)計(jì)法中，功能表圖的繪制是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。它直接決定用戶設(shè)計(jì)的PLC程序的質(zhì)量。 各個(gè)PLC廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國(guó)也動(dòng)制定了功能表圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)于1986年也頒布了功能圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB6988.6——86）。 B 功能表圖的組成要素 如下圖所是為功能表圖的一般形式。它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動(dòng)作等要素組成。 C 步與動(dòng)作 前面已介紹過(guò)，用順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC程序時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)的工作過(guò)程劃分成若干個(gè)狀態(tài)不變的階段，這些階段稱為“步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如，框內(nèi)的數(shù)字是該步的編號(hào)。如下圖所示各步的編號(hào)為n-1、n、n+1。編程時(shí)一般用PLC內(nèi)部軟繼電器來(lái)代表各步，因此經(jīng)常直接用相應(yīng)的內(nèi)部軟繼電器編號(hào)作為步的編號(hào)，如。當(dāng)系統(tǒng)正工作于某一步時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱為“活動(dòng)步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，如，每個(gè)功能表圖至少應(yīng)該有一個(gè)初始步。 所謂“動(dòng)作”是指某步活動(dòng)時(shí)，PLC向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令，或被控系統(tǒng)應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。動(dòng)作用矩形框中的文字或符號(hào)表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)步的矩形框相連接。如果某一步有幾個(gè)動(dòng)作，可用下圖中的兩種畫法來(lái)表示，但并不隱含這些動(dòng)作間的任何順序。 當(dāng)步處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的動(dòng)作被執(zhí)行。但應(yīng)注意表明動(dòng)作是保持型還是非保持型的。保持型的動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行該動(dòng)作，該步變?yōu)椴换顒?dòng)后繼續(xù)執(zhí)行該動(dòng)作；非保持型動(dòng)作是指該步活動(dòng)時(shí)執(zhí)行，該步變?yōu)椴换顒?dòng)時(shí)動(dòng)作也停止執(zhí)行。一般保持型的動(dòng)作在功能表圖中應(yīng)該用文字或助記符標(biāo)注，而非保持型動(dòng)作不要標(biāo)注。 D 有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件 如上圖“功能表圖的一般形式”所示，步與步之間用有向連線連接，并且用轉(zhuǎn)換將步分隔開。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是按有向連線規(guī)定的路線進(jìn)行。有向連線上無(wú)箭頭標(biāo)注時(shí)，其進(jìn)展方向是從上倒下、從左到右。如果不是上述方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是由轉(zhuǎn)換來(lái)完成的。轉(zhuǎn)換是用與有向連線垂直的短劃線來(lái)表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉(zhuǎn)換隔開，而轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換之間也同樣不能直接相連，必須由步隔開。轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語(yǔ)言、布爾代數(shù)表達(dá)式或圖形符號(hào)標(biāo)注表示轉(zhuǎn)換的短劃線旁邊。 轉(zhuǎn)換條件和，分別表示當(dāng)二進(jìn)制邏輯信號(hào)為“1”和“0”狀態(tài)時(shí)條件成立；轉(zhuǎn)換條件和分別表示的是，當(dāng)從“0”（斷開）到“1”（接通）和從“1”到“0”狀態(tài)條件成立。 1. 功能表圖中轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn) 步與步之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換應(yīng)同時(shí)具備兩個(gè)條件：①前幾步必須是“活動(dòng)步”；②對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立。 當(dāng)同時(shí)具備以上兩個(gè)條件時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)步的轉(zhuǎn)換，即所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?dòng)，而所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號(hào)相連的前幾步都變?yōu)椴换顒?dòng)。 2. 功能表圖的基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)步與步之間轉(zhuǎn)換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結(jié)構(gòu)形式。 （1）單序列結(jié)構(gòu) 功能表圖的單序列結(jié)構(gòu)形式最為簡(jiǎn)單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。，每一步的后面只有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換后面只有一步。 （2）選擇序列結(jié)構(gòu) 選擇序列有開始和結(jié)束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結(jié)束稱為合并；選擇序列的分支是指一個(gè)前級(jí)步后面緊接著有若干個(gè)后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉(zhuǎn)換條件。分支中表示轉(zhuǎn)換的短劃線只能標(biāo)在水平線之下。 如下圖所示為選擇序列的分支。假設(shè)步4為活動(dòng)步，如果轉(zhuǎn)換條件a成立，則步4向步5實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件b成立，則步4向步7轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則步4向步9轉(zhuǎn)換。分支中一般同時(shí)只允許選擇其中一個(gè)序列。 選擇序列的合并是指幾個(gè)選擇分支合并到一個(gè)公共上。各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)在水平線之上。 如下圖所示為選擇序列的合并。如果步6為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件d成立，則由步6向步11轉(zhuǎn)換；如果步8為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c成立，則步8向步11轉(zhuǎn)換；如果步10為活動(dòng)步，轉(zhuǎn)換條件f成立，則步10向步11轉(zhuǎn)換。 （3）并列序列結(jié)構(gòu) 并列序列也有開始與結(jié)束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結(jié)束也稱為合并。下圖（a）所示為并列序列的分支，它是指當(dāng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)后將同時(shí)使多個(gè)續(xù)步激活。為了強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實(shí)現(xiàn)，水平連線用雙線表示。如果步3為活動(dòng)步，且轉(zhuǎn)換條件c也成立，則4、6、8三步同時(shí)變成活動(dòng)步，而步3變?yōu)椴换顒?dòng)。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)步4、6、8被同時(shí)激活后，每一序列接下來(lái)的轉(zhuǎn)換將是獨(dú)立的。下圖（b）所示為并列序列的合并，當(dāng)直接在雙線上的所有前級(jí)步5、7、9都為活動(dòng)步時(shí)，轉(zhuǎn)換條件d成立，才能使轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)，即步10變?yōu)榛顒?dòng)步，而步5、7、9均變?yōu)椴换顒?dòng)步。 （4）子步結(jié)構(gòu) 在繪制復(fù)雜控制系統(tǒng)功能表圖時(shí)，為了使總體設(shè)計(jì)時(shí)容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，能更簡(jiǎn)潔地表示系統(tǒng)的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結(jié)構(gòu)形式，可避免一開始就陷入某些細(xì)節(jié)中。 所謂子步的結(jié)構(gòu)是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子部和轉(zhuǎn)換。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結(jié)構(gòu)形式。功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個(gè)子步。 子步結(jié)構(gòu) 這些子步序列通常表示整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)完整子總能，類似于計(jì)算機(jī)編程中的子程序。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只要先畫出簡(jiǎn)單的描述整個(gè)系統(tǒng)的總功能表圖，然后再進(jìn)一步畫出更詳細(xì)的子功能表圖。子步中可以包含更詳細(xì)的子步。這種采用子步的結(jié)構(gòu)形式，邏輯性強(qiáng)，思路清晰，可以減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。 功能表圖除以上四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際使用中還經(jīng)常碰到一些特殊序列，如跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等。 （5）跳步、重復(fù)和循環(huán)序列 除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結(jié)構(gòu)外，在實(shí)際系統(tǒng)中經(jīng)常使用跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等特殊序列。這些序列實(shí)際上都是選擇序列的特殊形式。 如下圖（a）所示為跳步序列，當(dāng)步3為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則跳過(guò)步4和步5直接進(jìn)入步6。 如下圖(b)所示為重復(fù)序列，當(dāng)步6為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件d步成立而條件e成立，則重復(fù)返回步5，重復(fù)執(zhí)行步5和步6。直到轉(zhuǎn)換條件d成立，重復(fù)結(jié)束，轉(zhuǎn)入步7。 如下圖（c）所示為循環(huán)序列，在序列結(jié)束后，即步3為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件e成立，則直接返回初始步0，形成系統(tǒng)的循環(huán)。 跳步、重復(fù)和循環(huán)序列 在實(shí)際控制系統(tǒng)中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種系列，而經(jīng)常是上述各種序列結(jié)構(gòu)的組合。 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們畢業(yè)前夕最后也是最重要的一份作業(yè)，是對(duì)我們?nèi)昵髮W(xué)的一個(gè)總結(jié)，包含了我們?nèi)曛兴鶎W(xué)知識(shí)的積累，更是提升我們能力的一種方式。同時(shí)也是對(duì)我們學(xué)業(yè)的考核使我們的學(xué)業(yè)得以圓滿結(jié)束。 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的設(shè)計(jì)，可編程控制器和機(jī)械手的設(shè)計(jì)完畢，機(jī)械手的模型已設(shè)計(jì)完畢，其功能基本達(dá)到要求。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且只要修改控制程序，就可以讓機(jī)械手作出不同的動(dòng)作，控制的柔性很好。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過(guò)程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)與探索的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和深刻的體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中增長(zhǎng)了知識(shí)、豐富了經(jīng)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行于調(diào)試的過(guò)程來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是一項(xiàng)既復(fù)雜又辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂(lè)趣的過(guò)程，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)踐，遇到新的問(wèn)題就不斷探索和努力直到問(wèn)題得到解決。 在設(shè)計(jì)中，體會(huì)到理論必須和實(shí)際相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問(wèn)題。許多問(wèn)題都是書本上是這樣，而在實(shí)際運(yùn)用中卻很不一樣，在經(jīng)過(guò)多次分析修改后，才設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。 參 考 文 獻(xiàn) 可編程序控制器的原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 王衛(wèi)兵 可編程序控制器的原理應(yīng)用試驗(yàn) 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 常斗南 機(jī)電傳動(dòng)與控制 華中理工大學(xué)出版社 主編 程憲平 數(shù)控機(jī)床電氣控制 西安電子科技大學(xué)出版社 主編 姚永剛 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 高等教育出版 主編 張建民 謝辭 緊張充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，大學(xué)三年的生活也到了尾聲?；叵肫鹨酝拿篮脮r(shí)光，此時(shí)感慨萬(wàn)千，首先感謝指導(dǎo)教師黨老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的幫助，鼓勵(lì)和精心指導(dǎo)，黨老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄廓，關(guān)鍵是指導(dǎo)有方嚴(yán)格我們要求，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。置身黨老師的指導(dǎo)過(guò)程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風(fēng)，倍感溫馨。一股暖意細(xì)水長(zhǎng)流，源自內(nèi)心而又沐潤(rùn)全身，微言寸語(yǔ)豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠(chéng)的祝福導(dǎo)師合家歡樂(lè)，一生平安。同時(shí)，也將祝福送給每一位幫助我的師長(zhǎng)。同時(shí)感謝我的同學(xué)在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程其中對(duì)我莫大的鼓勵(lì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也算是對(duì)我們學(xué)習(xí)生涯的一個(gè)句號(hào)，回想三年大學(xué)時(shí)光，與老師和同學(xué)們的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，你們給與我的種種幫助，使我得以今天能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成學(xué)業(yè)。謝謝你們，我所有的老師與同學(xué)。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！ 感謝我的朋友和同學(xué)們?cè)谖胰晟詈蛯W(xué)習(xí)中對(duì)我的幫助，就要分別了，衷心祝福各位一路走好。再次感謝各位老師和同學(xué)，希望大家以后工作順利。謝謝！！