【正文】 ..................... 13 PLC 外部接線圖 ................................... 14 機械手電源回路 ............................... 14 機械手輸入信號 回路 ........................... 15 機械手輸出信號回路 ........................... 15 PLC 控制的安裝與布線 ............................. 16 第四章 機械手控制系統(tǒng)程序設計 .......................... 18 設計任務及要求 .................................. 18 機械手運動示意圖 ................................. 18 I/O 分配 ......................................... 19 編程設計思路 .................................... 20 最大速度和啟動 /停止速度 ...................... 20 PTOx_CTRL 子程序 ............................. 20 PTOx_RUN 子程序 .............................. 21 PTOx_MAN 子程序 .............................. 22 步進電機脈沖數(shù)的計算 ............................. 23 第五章 模擬調試 ....................................... 25 仿真軟件調試 .................................... 25 實驗室調試 ...................................... 27 設計總結 .............................................. 29 參考文獻 .............................................. 30 致謝 .................................................. 31 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 機械手的現(xiàn)狀 機械手是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種具有抓取和移動工件功能的新型裝置。近年來，隨著電子技術特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術領域內迅速發(fā)展起來的一門新興技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和 自動化的有機結合。機械手能代替人類完成危險、重復枯燥的工作，減輕人類勞動強度，提高勞動生產(chǎn)力。氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調速、容易實現(xiàn)過載保護、容易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手得到了越來越廣泛的應用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，工件的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。 機械手的發(fā)展 機 械手控制系統(tǒng)是伴隨著機械手的發(fā)展而進步的。機械手是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎上發(fā)展起來的，機械手研究始于 20 世紀中期，隨著計算機和自動化技術的發(fā)展，特別是 1946 年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機械手控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎。 機械手首先是在美國開始研制。第一臺機械手是在 1958 年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結構是：主機安裝一個回轉長臂，長臂頂端有電磁抓放機構。日本在工業(yè)上應用機械手最多， 發(fā) 展最快的國家，自 1969 年從美 國引進兩種機械手后開始大力研發(fā)機械手。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應用，自 1977 年，前蘇聯(lián)使用的機械手一半來自國產(chǎn)一半來自進口。 機械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機械手。它是不屬于其他主機的獨立裝置，可以根據(jù)任務需要編制獨立程序完成各項規(guī)定操作。它的特點是具備不沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 2 同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能。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。三是專用機械手，通常依附于自動生產(chǎn)線上，用于機床的上下料和裝卸工件。這 種機械手國外叫做“ Mechanical Hand” 。它由主機驅動，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 60年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈。為適應生產(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、定時器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關系用導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，價格低廉， 能夠滿足生產(chǎn)工藝改動頻繁的需要；（ 2）編程簡單；（ 3）模塊式結構；輸入、輸出 電壓是交流 115V（美國標準），輸出能直接驅動繼電器和電磁閥；（ 4）抗電磁干擾強；（ 5）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點與計算機的功能齊全、靈活性、通用性強的特點結合起來，用計算機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)字設備公司（ DEC）在 1969 年根據(jù)上述要求，研制出世界上首臺可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配線上應用成功，實現(xiàn)裝配線的自動控制。 PLC 的定義 國際電工委員會（ International Electrical Committee）在 1985 年的 PLC 標準草案第 3 稿中，對 PLC做了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入、輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 的特點 編程方法簡單易學 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 3 梯形圖是使用最多的 PLC 的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器的電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂。 功能強，性能價格比高 一臺小型 PLC 內有成百上 千個可供用戶使用的編程原件，有很強的功能。可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器控制系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。 PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)標準化、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 有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。 可靠性高，抗干擾能力強 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器， PLC 外部僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，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，具有很強的抗干擾能力，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。 體積小，能耗低 小型的 PLC 體積僅相當于幾個繼電器大小，因此可將開關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 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的 各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障 指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 4 態(tài)。在運行狀態(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現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機或切換到 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 的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后 PLC 要反復不停地分階段處理各種不同任務，這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。不過嚴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)的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映像區(qū)的相應單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的 寬度必須大于一個掃描周期，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。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。 (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?shù)臅r候將信息傳送給通信請求方。 (4) CPU 自診斷測試 自診 斷測試包括定期檢查 CPU 模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 (5) 輸出刷新階段 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 5 在輸出刷新階段， CPU 按照 I/O 映像區(qū)內對應的數(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