【正文】 機(jī)械手輸出信號回路 16 PLC控制的安裝與布線 16第四章 機(jī)械手控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 18 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 18 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)示意圖 18 I/O分配 19 編程設(shè)計(jì)思路 20 最大速度和啟動(dòng)/停止速度 20 PTOx_CTRL子程序 20 PTOx_RUN子程序 21 PTOx_MAN子程序 22 步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)的計(jì)算 23第五章 模擬調(diào)試 24 仿真軟件調(diào)試 24 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試 26設(shè)計(jì)總結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29致謝 30沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論第一章 緒論 機(jī)械手的現(xiàn)狀 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力。氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動(dòng)、易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動(dòng)機(jī)械手作為機(jī)械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動(dòng)作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、容易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)、容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)作等優(yōu)點(diǎn)。所以，氣動(dòng)機(jī)械手得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，工件的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。 機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手控制系統(tǒng)是伴隨著機(jī)械手的發(fā)展而進(jìn)步的。機(jī)械手是在早期出現(xiàn)的古代機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)械手研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世以來，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)械手控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。機(jī)械手首先是在美國開始研制。第一臺(tái)機(jī)械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁抓放機(jī)構(gòu)。日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國家，自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后開始大力研發(fā)機(jī)械手。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來自國產(chǎn)一半來自進(jìn)口。機(jī)械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機(jī)械手。它是不屬于其他主機(jī)的獨(dú)立裝置，可以根據(jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。三是專用機(jī)械手，通常依附于自動(dòng)生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。這種機(jī)械手國外叫做“Mechanical Hand”。它由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作程序固定，一半是專用的。 PLC的發(fā)展概況PLC 是在激烈的市場競爭中產(chǎn)生的，20世紀(jì)60年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈。為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國通用汽車公司（GM）對控制系統(tǒng)提出要 求為：（1）能替代各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接起來的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng)的繼電－接觸器控制，它簡單易懂，價(jià)格低廉， 能夠滿足生產(chǎn)工藝改動(dòng)頻繁的需要；（2）編程簡單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；輸入、輸出 電壓是交流115V（美國標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；（4）抗電磁干擾強(qiáng)；（5）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電－接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）在 1969 年根據(jù)上述要求，研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配線上應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)裝配線的自動(dòng)控制。 PLC的定義國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中，對PLC做了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC的特點(diǎn) 編程方法簡單易學(xué)梯形圖是使用最多的PLC的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器的電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程原件，有很強(qiáng)的功能。可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，PLC外部僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10—1/00，因觸點(diǎn)不良造成的故障大為減少。PLC采取一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。 體積小，能耗低小型的PLC體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/21/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少得多，可以節(jié)省大量的配線和附件。安裝、調(diào)試工作量少，維修方便安裝簡單，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(shí)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。 PLC的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。(1) 讀取輸入在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(2) 執(zhí)行用戶程序在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次掃描梯形圖。并對控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。(3) 通信處理在處理通信請求階段，CPU處理從通信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。(4) CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。(5) 輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。(6) 中斷程序的處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)，CPU停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高PLC對某些事件的影響速度。(7) 立即I/O處理在子程序執(zhí)行中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入過程映像寄存器的值未被更新。用立即I/O指令讀來改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過程映像寄存器的值被更新。 課題的目的和意義一、提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提