機(jī)械手-機(jī)械手控制裝置論文和說(shuō)明書
機(jī)械手-機(jī)械手控制裝置論文和說(shuō)明書,機(jī)械手,控制,節(jié)制,裝置,論文,以及,說(shuō)明書,仿單
畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 目錄 摘要. Abstract. 第一章 緒論 . 1.1 本課題的意義 . 3 1.2 本文的主要工作 3 1.3 選擇設(shè)計(jì)方案 3 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 3.3 西門子 S7-200 的編程語(yǔ)言. 第四章 PLC 控制機(jī)械手的設(shè)計(jì).9 4.1 各電器設(shè)備的制方式及控制要求.10 4.2 電器元件設(shè)備的選擇 12 4.3 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) .13 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 33 第六章 謝辭 .34 參考文獻(xiàn) .35 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 摘要 在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害， 增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳 統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等 機(jī)械器件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。 該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代 表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控 制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；直流電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤旋 轉(zhuǎn)，位置信號(hào)由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)；電磁閥控制氣開閥的開關(guān)來(lái)控制機(jī)械手手爪 的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體， 動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的 要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。本文以日本三菱系列PLC為基礎(chǔ)，介紹 PLC在機(jī)械手步進(jìn)控制中應(yīng)用，并 給出了詳細(xì)的程序設(shè)計(jì)過(guò)程。該程序已在工業(yè)機(jī)械手中獲得了應(yīng)用，具有穩(wěn)定、可靠的性能，可 供同類設(shè)計(jì)參考。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器PLC；機(jī)械手；脈沖；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；步進(jìn)電機(jī)；直流電機(jī)；傳 感器、限位開關(guān)。 In terms of industrial production and other fields, as a result of the needs, it has often been the heat, corrosive and toxic gas hazards and other factors, the increase in labor intensity, and even life crisis. Manipulator in the birth of such a manipulator, industrial robot systems traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices cylinder components; Electrical connection is stepping motor, Driver module, sensors, switching power supply, solenoids, electronic devices and other components. The device covers a programmable control technology, position control technology, pneumatic technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper describes the manipulator by the PLC two pulse output were driving horizontal, vertical-axis stepper motor actuators, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switch position signal will pass PLC mainframes; DC Motor Drive and chassis gripper rotating position signal from the rotary encoder and nearly PLC switch back to the main machine; solenoid valve control of the gas valve opening 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 switches to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, In place of artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. Based on Japans Mitsubishi PLC, based on the manipulator PLC stepper control applications, and gives a detailed program design process. The procedure has been in the hands of industrial machinery access to the application, with stable, reliable performance for a similar design. Keywords : PLC manipulator; Pulse; Stepper motor actuator; Stepper motor Motor; sensors will, limit switch 第一章 緒論 1.1 本課題的意義 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 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 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。 1.2 本文主要做的工作 1.問(wèn)題提出 ： PLC 控制的機(jī)械手最主要是應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)中，如何綜合地運(yùn)用前面學(xué)過(guò)知識(shí)點(diǎn)， 根據(jù)實(shí)際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)， 在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般 方法。 2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1 ）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計(jì)任務(wù)書的形式來(lái)確定，它 是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)； （ 2 ）選擇電氣傳動(dòng)形式和電動(dòng)機(jī)、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)； （ 3 ）選定 PLC 的型號(hào)； （ 4 ）編制 PLC 的輸入 / 輸出分配表或繪制輸入 / 輸出端子接線圖； （ 5 ）根 據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求編寫軟件規(guī)格說(shuō)明書，然后再用相應(yīng)的編程語(yǔ)言（常用梯形圖）進(jìn) 行程序設(shè)計(jì)； 1.3 選擇設(shè)計(jì)方案 西門子的優(yōu)點(diǎn) SIMATIC S7-200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性價(jià)比的小型可編程序控制 器，由于它具有結(jié)構(gòu)小巧、可靠性高、運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，在許多行業(yè)中得到了廣泛 的應(yīng)用。 S7-200 已有兩代產(chǎn)品：第一代 CPU 模塊為 CPU21X，配有 4 種類型主機(jī)，它 們的 CPU 是 CPU212、214、215、216；第二代 CPU 模塊為 CPU22X，也有 4 種類型主機(jī)， 它們的 CPU 是 CPU221、222、224、226,不同類型的 CPU 具有不同的技術(shù)特征。S7-200 PLC 的最大優(yōu)點(diǎn)在于其靈活性及多功能性。靈活性是指其結(jié)構(gòu)配置靈活，可根據(jù)控制 任務(wù)配置大小、功能不同的擴(kuò)展系統(tǒng)，使其使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 到更復(fù)雜的中小控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；多功能性一方面指它使用 STEP7 Micro/Win32，提供不同的編程語(yǔ)言和豐富的指令集，可以充分利用這些指令編寫解決 復(fù)雜任務(wù)的程序，另一方面它具有豐富的通信功能，使用戶很容易地進(jìn)行組網(wǎng)，其通 信和實(shí)時(shí)性方面的優(yōu)點(diǎn)，使它成為解決復(fù)雜自動(dòng)化方案的理想控制設(shè)備。 西門子公司的 SIMATIC S7-200 系列屬于小型可編程序控制器，可用于代替繼電器 的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。S7-200 系列 PLC 共有 5 種基本 型號(hào)的 CPU 模塊，即 CPU221、CPU222 、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制點(diǎn) 數(shù)可以從 10 點(diǎn)擴(kuò)展到 248 點(diǎn)。其中，CPU221 無(wú)擴(kuò)展功能，適于用做小點(diǎn)數(shù)的微型控 制器，CPU222 有擴(kuò)展功能，CPU224 是具有較強(qiáng)控制功能的控制器，CPU226 和 CPU226 XM 適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。所有型號(hào)的 CPU 在內(nèi)部都集成了 1 個(gè) (CPU221、CPU222 、CPU224)或 2 個(gè)(CPU226， CPU226XM)通訊口，該通訊口為標(biāo) 準(zhǔn)的 RS485 口，可在三種方式下工作，即 PPI 方式、MPI 方式和自由通訊口方式。另 外，S7-200 可通過(guò)增加 EM277 模塊接入 Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) CP243-1 通訊模塊連 入工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò) CP243-2 模塊使其成為 AS-i 主站。 第二章 PLC 的概述 2.1 PLC 基本知識(shí) 在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC 是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有 200 多廠家生產(chǎn) 30 0 多品種 PLC 產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%） 、糧食加工（16.4%） 、化學(xué)/制藥（14.6% ） 、 金屬/礦山（11.5%） 、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更方便地了解 P LC，本文對(duì) PLC 的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識(shí)作一簡(jiǎn)介，以期對(duì)各位 網(wǎng)友有所幫助。 1、PLC 的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并 按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功 能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968 年美國(guó) GM（通用汽車）公司提出取代 繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的 控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器， 稱 Programmable Controller（PC） 。 個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 特點(diǎn)，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC） ，現(xiàn)在，仍常常 將 PLC 簡(jiǎn)稱 PC。 PLC 的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC ）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)。它采用可編程序的 存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作 的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删?程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功 能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 于 60 年代末期在美國(guó)首先出現(xiàn)，目的是用來(lái)取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì) 時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976 年正式命名，并給予定義： PLC 是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如 邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制 各種機(jī)械或工作程序。經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，PLC 已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬 量閉環(huán)控制功能。PLC 在 FCS 系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無(wú)多少爭(zhēng)論。PLC 作為一 個(gè)站掛在高速總線上。充分發(fā)揮 PLC 在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。另外，火力發(fā)電廠輔 助車間，例如補(bǔ)給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間等，在這些車 間的工藝過(guò)程多以順序控制為主。PLC 對(duì)于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。編者以為，輔 助車間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的 PLC 或能與 FCS 進(jìn)行通訊交換信息 的 PLC 為優(yōu)選對(duì)象 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 3040%。在這時(shí)期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能 力得到大幅度提高，PLC 逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng) 域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 PLC 具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單 等特點(diǎn)。PLC 在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來(lái)，是無(wú)法 取代的。 二、PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按 照一定規(guī)則組合配置。 三、CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 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。 CPU 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 線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。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。 在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng) 有足夠的理解。CPU 的控制器控制 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。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。 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 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度，IO 數(shù)量 及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 四、I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。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)。輸 入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O 分為開關(guān)量輸入 （DI ） ，開關(guān)量輸出（DO） ，模擬量輸入（AI） ，模擬量輸出（AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或 1 和 0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。 常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼 電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA） 、電壓型（0-10V,0-5V,-10- 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 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。 五、電源模塊 PLC 電源用于為 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 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC） ，直流電源 （常用的為 24VAC） 。 六、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。 七、PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 1、編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件， 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，但它不 直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn) 行編程軟件）充當(dāng)編程器。 2、人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的 一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普 及。 3、輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、EEPROM 寫入器、 條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 八、PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng) 絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器 的 觀點(diǎn)說(shuō)法。 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。多數(shù) PLC 具 有 RS-232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性，IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC 各廠家均 有采用。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)化工程(特別是中大規(guī)模控制系統(tǒng))來(lái)講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首 先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì) 不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用 性等具體問(wèn)題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 2.2 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 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 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 目前，plc 在國(guó)內(nèi)外都已得到了廣泛的應(yīng)用。利用 plc 最基本的邏輯運(yùn)算.定時(shí)。 計(jì)數(shù)等動(dòng)能進(jìn)行邏輯控制?？梢匀〈鷤鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛用于機(jī)床，印刷機(jī)。 裝配生產(chǎn)線，電動(dòng)流水線及電梯等的控制。 較高檔次的 plc 具有位置控制模塊，得別適用于機(jī)床控制。大。中型 plc 具有多 路模擬量輸出和 plc 控制，可構(gòu)成模擬量輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于過(guò)程控制。 隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外近幾年興起自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，plc 與 plc 之間， plc 與上位機(jī)之間連成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)光纜傳送信息，構(gòu)成大型的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)(集 散控制系統(tǒng)) 我國(guó)使用較多的 plc 產(chǎn)品德國(guó)西門子的 S7 系列，日本 OMRON 公司的 C 系列， 三菱公司的 FX 系列，美國(guó) GE 公司的 GE 系列等。各大公司生產(chǎn)的的可編程序控制器 都形成由小型到大型的系列產(chǎn)品，而且隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，產(chǎn)品更新?lián)Q代很快。通過(guò) 技術(shù)引進(jìn)，合資生產(chǎn)，近年來(lái)，我國(guó)的 plc 產(chǎn)品有了一定的發(fā)展，生產(chǎn)廠家也達(dá) 30 多 家，為可編程序控制器國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 從可便程序控制器的發(fā)展來(lái)看，有小型化和大型化兩個(gè)趨勢(shì)。小型 plc 有兩個(gè)發(fā) 展方向，即?。ㄎⅲ┬突蛯I(yè)化。隨著數(shù)字電路集成度的提高，元器件體積減小。 質(zhì)量提高，可編程序控制器結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計(jì)制造水平的功能在不斷進(jìn)步。微型化 的 plc 不僅體積小，功能也大有提高。過(guò)去一些大中型 plc 才有的的功能，如模擬量的 處理，通信，PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算等，均可以被移植到小型機(jī)上，同時(shí) plc 的價(jià)格不斷下降， 將真正成為繼電- 接觸器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品。 大型化指的是大型 plc 向著大容量，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成 集成控制，對(duì)大規(guī)模，復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動(dòng)控制。 第 3 章 PLC 的編程語(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 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 3.1 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 : 圖 3.1 梯形圖表示的 PLC 程序?qū)嵗?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。 3.2 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) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 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 3.3 西門子 S7-200 的編程語(yǔ)言 不同的商家的 PLC 有不同的編程語(yǔ)言，但就某個(gè)商家而言，PLC 的編程語(yǔ)言也就那么 幾種。下面，以西門子 PLC 的編程語(yǔ)言為例，說(shuō)明一下，各種編程語(yǔ)言的異同。 1、順序功能圖（SFCSeauential Fuction Chart） 這是位于其它編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)編程順序控制的程序（如：機(jī)械手 控制程序） 。編寫時(shí)，工藝過(guò)程被劃分為若干個(gè)順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的 動(dòng)作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來(lái)控制，特別適合于生產(chǎn)制造過(guò)程。 西門子 STEP7 中的該編程語(yǔ)言是 S7 Graph 。 2、梯形圖（LADLAdder Diagram） 這是使用使用最多的 PLC 編程語(yǔ)言。因與繼電器電路很相似，具有直觀易懂的特 點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。 梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令構(gòu)成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，線圈 代表邏輯運(yùn)算結(jié)果，常用來(lái)控制的指示燈，開關(guān)和內(nèi)部的標(biāo)志位等。指令框用來(lái)表示 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。 在程序中，最左邊是主信號(hào)流，信號(hào)流總是從左向右流動(dòng)的。 不適合于編寫大型控制程序。 3、語(yǔ)句表（STLSTatement List） 是一種類似于微機(jī)匯編語(yǔ)言的一種文本編程語(yǔ)言，由多條語(yǔ)句組成一個(gè)程序段。 語(yǔ)言表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。 如表 3.3-3 所示 LD I0.1 O Q0.0 AN I0.0 = Q0.0 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 表 3.3-3 用語(yǔ)句表表示的 PLC 程序?qū)嵗?4、功能塊圖（FBDFunction Block Diagram） 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來(lái)表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能 用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、或 門的框圖來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量， 輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，方框用“導(dǎo)線”連在一起，信號(hào)自左向右。 圖 3.3-4 用功能圖表示的 PLC 程序?qū)嵗?第四章 PLC 控制機(jī)械手的設(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 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 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、 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 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 FPOC16T 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) FPOE16RS 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：110220V/50Hz 、60Hz 輸出直流電壓：24V/6.5A 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 最大功率：156W 工作環(huán)境：-1040 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。 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 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 1224V,由 FPO 模塊控制電動(dòng)機(jī)正反 轉(zhuǎn)。 （5）旋轉(zhuǎn)碼盤 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 機(jī)械手每旋轉(zhuǎn) 3 度發(fā)出一個(gè)脈沖。 4.3 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) 1. 控制要求 機(jī)械手移動(dòng)工作動(dòng)作示意圖 所示。機(jī)械手需要將工件從工作臺(tái) A 移送至工作臺(tái) B 上， 其動(dòng)作過(guò)程為下降，上升，右移，再下降，再上升，左移。這些動(dòng)作均由電磁閥控制 液壓系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)完成。 此外，機(jī)械手在夾送工件右行到位后，如果工作臺(tái) B 上的工件尚未移走，機(jī)械手則 停止運(yùn)動(dòng)，待工作臺(tái) B 上的工件被運(yùn)走后，機(jī)械手才能下降。 2 選擇 I/O 設(shè)備 由機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)可知 1）輸入為 14 個(gè)開關(guān)量信號(hào)。由限位開關(guān)，按紐，光電開關(guān)組成。 2）輸出為 6 個(gè)開關(guān)量信號(hào)。右 24V 電液控制，液壓驅(qū)動(dòng)線圈和指示燈組成。 3 選擇 PLC 型號(hào) 根據(jù)控制要求，PLC 控制系統(tǒng)選用 SIEMENS 公司 S7-200 系列 CPU224，因?yàn)?I/O 點(diǎn) 數(shù)不夠，另外選擇擴(kuò)展模塊 EM221 3 系統(tǒng)的硬件程序設(shè)計(jì) 操作時(shí)，機(jī)械手分為手動(dòng)操作方式，回原點(diǎn)操作方式，單步操作方式，單周期操作 方式。 （1） 列出工件傳送手 PLC 的輸入/輸出點(diǎn)分配表，見表 4.3-1 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 名稱 代號(hào) 符號(hào) 名稱 代號(hào) 符號(hào) 上限位行程開關(guān) ST1 I0.0 上升電磁閥 YV1 Q0.0 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 下限位行程開關(guān) ST2 I0.1 下降電磁閥 YV2 Q0.1 左限位行程開關(guān) ST3 I0.2 右轉(zhuǎn)電磁閥 YV3 Q0.2 右限位行程開關(guān) ST4 I0.3 左轉(zhuǎn)電磁閥 YV4 Q0.3 下降點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB1 I0.4 夾緊電磁閥 YV5 Q0.4 上升點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB2 I0.5 原點(diǎn)知識(shí)燈 HL Q0.5 左轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB3 I0.6 右轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB4 I0.7 手動(dòng)操作方式選擇開關(guān) SA1-1 I1.0 回原點(diǎn)操作操作方式選擇開關(guān) SA1-2 I1.1 單步(點(diǎn)動(dòng)）操作方式選擇開 關(guān) SA1-3 I1.2 單周期操作方式選擇開關(guān) AS1-4 I1.3 自動(dòng)循環(huán)操作方式 SA1-5 I1.4 回原點(diǎn)啟動(dòng)按鈕 SB5 I1.5 全自動(dòng)啟動(dòng)按鈕 SB6 I1.6 回原點(diǎn)停止按鈕 SB7 I1.7 工件檢測(cè)光電開關(guān) ST5 I2.0 夾緊工件點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB8 I2.1 放松工件點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB9 I2.2 表 4.3-1 輸入/輸出點(diǎn)分配表 （2） 工件傳送機(jī)械手 PLC 控制接線圖 4.3-2 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 4.3-2 件傳送機(jī)械手 PLC 控制接線圖 4 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)。工件傳送機(jī)械手 PLC 自動(dòng)控制狀態(tài)流程圖如圖 4.3-4 所示。 工件傳送機(jī) PLC 控制總梯形圖及指令語(yǔ)句表如圖 所示 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 4.3-4 工件傳送機(jī)械手 PLC 自動(dòng)控制狀態(tài)流程圖 程序設(shè)計(jì)說(shuō)明?？刂葡到y(tǒng)設(shè)有手動(dòng)，單周期，單步，連續(xù)和回原點(diǎn) 5 種工作方式， 機(jī)械手在最上面和最左面且松開時(shí)，稱為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)（或稱初始狀態(tài)） 。左限位 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 開關(guān) I0.2，上限位開關(guān) I0.0 的長(zhǎng)開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的 Q0.1 的長(zhǎng)閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電 路接通時(shí)， “原點(diǎn)條件”存儲(chǔ)器位 M0.5 接通變?yōu)?ON，并接通 Q0.5 原點(diǎn)指示燈亮。 如果選擇的是單周期工作方式，饑餓下啟動(dòng)按鈕 I1.6 后，從初始步 M0.0 開始，機(jī) 械手按狀態(tài)流程圖的規(guī)定完成一個(gè)周期的工作后，返回并停留在初始步。 如果選擇連續(xù)工作方式，在初始狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕 I1.6 后，機(jī)械手從初始步開始 一個(gè)周期一個(gè)周期地反復(fù)連續(xù)工作。當(dāng)按下停止按鈕 I1.7 時(shí)，系統(tǒng)并不馬上停止工作， 而是完成最后一個(gè)周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。 如果選擇的是單步工作方式，從初步開始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步， 完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在初始步， 再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。 在選擇單周期，連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。如果不滿足這一 條件，則可選擇回原點(diǎn)工作方式，然后按回原點(diǎn)按鈕 I1.5，使系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)狀態(tài)。 在原點(diǎn)狀態(tài)，流程圖中的初始步 M0.0 為 ON，為進(jìn)入單周期，連續(xù)和單步工作方式做 好的準(zhǔn)備。 (1)手動(dòng)程序與自動(dòng)程序的切換。在圖 4.3-4(1) 中，第 1 行邏輯行至第 3 行邏輯手 動(dòng)程序與自動(dòng)程序的切換程序。 4.3-4(1) 手動(dòng)程序與自動(dòng)程序梯形圖 接通可編 程控制器的電源時(shí)，若機(jī)械手處于原點(diǎn)狀態(tài)，M0.5 接通時(shí)，SM0.1 接通一格掃描 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 周期，M0.0 被置位，為進(jìn)入單步，但周期和連續(xù)工作方式作好了準(zhǔn)備。此時(shí)，系 統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)工作方式。 若在圖 4.3-4(1) 中，如果 第 1 邏輯行中的 M0.0 未被置位，也就是說(shuō)，機(jī)械手未 處于原點(diǎn)狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)不能在單步，但周期 和連續(xù)工作方式下工作，系統(tǒng)為手動(dòng)工作方式。 2 手動(dòng)程序.圖 4.3-4(2)中第 4 邏輯行至第 9 邏輯行行為為手動(dòng)程序 圖 4.3-4(2) 手動(dòng)程序梯形圖 將轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 扳至單步（點(diǎn)動(dòng)）方式，I1.2 在第 11 邏輯行常閉觸點(diǎn)斷開，系 統(tǒng)執(zhí)行手動(dòng)程序。當(dāng)按下夾緊工件點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB8 時(shí)， I2.1 的常開觸點(diǎn)閉合，Q0.1 接通 置位，機(jī)械手處于夾緊狀態(tài)；當(dāng)按下放松工件點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB9 時(shí)，I2.2 的常開觸點(diǎn)閉合， Q0.1 被復(fù)位，機(jī)械手處于放松狀態(tài); 當(dāng)按下上升點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB2 時(shí)，I0.35 的常開觸點(diǎn) 閉合，Q0.2 接通，機(jī)械手處于上升狀態(tài); 當(dāng)按下下降點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB1 時(shí)，I0.4 的常開觸 點(diǎn)閉合，Q0.0 接通，機(jī)械手處于下降狀態(tài); 當(dāng)按下左移點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB3 時(shí)，I0.6 的常開 觸點(diǎn)閉合，Q0.4 接通，機(jī)械手處于左移狀態(tài); 當(dāng)按下右移點(diǎn)動(dòng)按鈕 SB4 時(shí)，I0.5 的常 開觸點(diǎn)閉合，Q0.3 接通，機(jī)械手處于右移狀態(tài)。 3 自動(dòng)程序 在圖 4.3-4(3) 中 第 10 邏輯行至第 20 邏輯行為不包括自動(dòng)返回原點(diǎn) 的自動(dòng)控制程序。當(dāng)把選擇開關(guān)扳向自動(dòng)位置時(shí)，I1.4 的常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn) 入補(bǔ)包括自動(dòng)返回原點(diǎn)的自動(dòng)控制程序。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 4.3-4(3)自動(dòng)程序梯形圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 第 10 邏輯行中，按下啟動(dòng)按鈕 I1.6 時(shí)。M0.7 接通并自鎖，且第 11 邏輯行中的 M0.6 也接通，使得 M0.6 在第 12 邏輯行至第 20 邏輯行中的常閉觸點(diǎn)閉合，許轉(zhuǎn)換為 自動(dòng)工作方式。若系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，接通電源則 M0.0 接通。 *單周期工作方式:將轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 扳至單周期操作方式，I1.2 在第 11 邏輯行 中的常閉觸點(diǎn)閉合，I1.1 在第 13 邏輯行中的常閉觸點(diǎn)閉合。按下啟動(dòng)按鈕 SB6，I1.6 的常閉觸點(diǎn)閉合，第 13 邏輯行中的 M3.0 接通并自鎖，使得在第 22 邏輯行中的 Q0.0 接通 ，進(jìn)入下降狀態(tài)。 當(dāng)下降到位后，撞擊行程開關(guān) ST2，I0.1 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使得 第 14 邏輯行中的 M3.1 的線圈接通，同時(shí)第 13 邏輯行中的 M3.1 線圈斷開，第 23 邏 輯行中的 Q0.1 被置位，系統(tǒng)進(jìn)入夾緊，計(jì)時(shí)器 T37 開始計(jì)時(shí)。 經(jīng)過(guò) 1s 的計(jì)時(shí)后，計(jì)時(shí)器 T37 開始工作，在第 15 邏輯行中常開觸點(diǎn)閉合，使 得 M3.2 線圈接通 ，同時(shí)第 14 邏輯行中的 M3.1 線圈斷開。第 25 邏輯行中的 Q0.2 接 通，系統(tǒng)進(jìn)入上升狀態(tài)。 當(dāng)上升到位后，撞擊行程開關(guān) ST1，I0.0 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使得 第 16 邏輯行中的 M3.3 的線圈接通，同時(shí)第 15 邏輯行中的 M3.2 線圈斷開，第 26 邏 輯行中的 Q0.3 線圈接通，系統(tǒng)進(jìn)入右行狀態(tài)。 當(dāng)右行到位后，撞擊行程開關(guān) ST4，I0.3 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使得 第 17 邏輯行中的 M3.4 的線圈接通，同時(shí)第 16 邏輯行中的 M3.3 線圈斷開，第 22 邏 輯行中的 Q0.3 線圈接通，系統(tǒng)進(jìn)入下降狀態(tài)。 當(dāng)下降到位后，撞擊行程開關(guān) ST2，I0.1 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使得 第 18 邏輯行中的 M3.5 的線圈接通，同時(shí)第 17 邏輯行中的 M3.4 線圈接通，第 17 邏 輯行中的 M3.4 線圈斷開，第 24 邏輯行中的 Q0.1 線圈復(fù)位，系統(tǒng)進(jìn)入松開狀態(tài)，計(jì) 時(shí)器 T38 開始計(jì)時(shí)。 經(jīng)過(guò) 1s 的計(jì)時(shí)后，計(jì)時(shí)器 T38 開始工作，在第 19 邏輯行中常開觸點(diǎn)閉合，使得 M3.6 線圈接通 ，同時(shí)第 18 邏輯行中的 M3.5 線圈斷開。第 25 邏輯行中的 Q0.2 接通， 系統(tǒng)進(jìn)入上升狀態(tài)。 當(dāng)上升到位后，撞擊行程開關(guān) ST1，I0.0 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，使得 第 20 邏輯行中的 M3.7 的線圈接通，同時(shí)第 19 邏輯行中的 M3.6 線圈斷開，第 27 邏 輯行中的 Q0.4 線圈接通，系統(tǒng)進(jìn)入左行狀態(tài)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 當(dāng)左行到位后，撞擊行程開關(guān) ST3，I0.2 的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.2 線圈斷開。由于系統(tǒng)處于單周期方式工作狀態(tài)，而第 13 邏輯行中的 M0.7 處于斷開狀 態(tài)，因此系統(tǒng)停止左行，并進(jìn)入原點(diǎn)狀態(tài) *全自動(dòng)工作方式：將轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 扳至全自動(dòng)工作方式，按下啟動(dòng)按鈕 SB6, 在第 10 邏輯中，I1.4 和 I1.6 的常開觸點(diǎn)閉合，M0.7 接通。若系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)，則 系統(tǒng)按下列過(guò)程循環(huán)進(jìn)行：下降，夾緊，上升，右移，下降，放松，上升，左移，下 降。其自動(dòng)的過(guò)程和單周工作相同，只不過(guò)是全自動(dòng)工作方式，M0.7 的常開觸點(diǎn)閉合， 因此系統(tǒng)處于下降狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)周而復(fù)始地工作，直至按下停止按鈕。 4 返回原點(diǎn)程序。在初始狀態(tài)下，系統(tǒng)不再原點(diǎn)時(shí)，則需要將系統(tǒng)返回原點(diǎn)。
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