【正文】 覺、聽覺、味覺等多種感覺，能實現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識圖等多種仿生動作，具有專家知識、語音功能和自學能力等人工智能 [3]。這代機械手基本上采用點位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 3 器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。本次課題設計的機械手就是通過 PLC 來實現(xiàn)自動化控制的。隨著微電子技術、自動控制技術和計算機通信技術的飛速發(fā)展， PLC 在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長足的進步，已經(jīng)成為工廠自動化的標準配置之一 [1]。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視。本章主要從課題研究的背景、目的及其意義等方面對該設計作出簡要概述。negative respectively, so as it can control the movement of manipulator on the horizontal axis and vertival axis。 本 設計中 由 行程開關將位置信號傳給 PLC 主機 ， PLC 分別 控制各個交流電機的正反轉 ， 從而控制機械手在橫軸與豎軸的運動； 接近開關 將位置信號 反饋給 PLC 主機，通過 控制 交流電機的正反轉來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。 自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。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，提高勞動生產力，因此機械手得到了越來越廣泛的應用。本課題 設計 的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)。 position signal is sent to PLC host by approach switch, PLC host can control the paws of manipulator and realize the open and close by the control of acmotor39。 課題研究目的及意義 機械手是工業(yè)自動化領域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。總之，機械手是提高勞動生產率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的一個重要手段。 由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而 PLC 也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易學，因此工業(yè)領域中廣泛應用 PLC。通過此次設計 可以更進一步學習 PLC 的相關知識，了解世界先進水平，盡可能多的應用于實踐 [2]。第二代機械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進行校正。 目前機械手技術有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機械手、微型機械手和微操作系統(tǒng)（如細小工業(yè)管道機械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等）、機械手化機器、智能機械手（不僅可以進行事先設定的動作 ，還可按照工作狀況相應地進行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動態(tài)學習等）。 國內方面：目前在一些機種方面，如噴涂機械手、弧焊機械手、 點焊機械手、搬運機械手、裝配機械手、特種機械手（水下、爬壁、管道、遙控等機械手）基本掌握了機械手操作機的設計制造技術，解決了控制驅動系統(tǒng)的設計和配置，軟件的設計和編制等關鍵技術，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設備的全套自動通信、協(xié)調控制技術；在基礎元件方面，諧波減速器、機械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。硬件部分包括主電路圖的設計、傳感器的設計以及 PLC 控制電路設計。 方案設計 ：集散控制系統(tǒng)（ TDCS） （ 1）硬件組成： TDCS、 A/D 轉換器、 D/A 轉換器、繼電器、電機 、顯示燈 （ 2）工作原理： D/A 轉換器將外部開關信號轉換成模擬信號，然后傳給集散控制系統(tǒng)。 （ 3）工控機的硬件組成機構：如下圖 所示 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 5 ： PLC 控制系統(tǒng) （ 1）硬件組成： PLC、外部開關設備、電源、顯示燈、繼電器、電機 （ 2）工作原理：外部開關設備將機械手的位置信號反饋給 PLC 主機， PLC 主機通過控制各個電機的繼電器線圈的通斷，從而控制電機的 正反轉，使機械手能夠在橫軸與豎軸運動。 集散系統(tǒng)從工業(yè)自動化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計算機 為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調節(jié)方面具有一定優(yōu)勢，初期主要用在連續(xù)過程控制，側重回路調節(jié)功能。特別是個人計算機也被吸收到 PLC 系統(tǒng)中。 方案二： 用工業(yè) PC 機控制車庫電機是早期用得比較多的一種控制方式，它可以充分利用一般計算機提供的各種軟件和硬件資源，利用 WINDOWS 或其它操作系統(tǒng)，方便地對系統(tǒng)的進行控制。機械手采用 PLC 控制技術，可以大大提高該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。 不同點 由于 PLC 和計算機屬于兩類產品，經(jīng)過幾 十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點和軟件工具，實際上它們的區(qū)別仍然存在。 PLC 更適用于黑模式下運行，但在線運行時若要進行較大的程序修改，其能力略遜于 STD 工控機，但是從開關量控制而言， PLC 的性能優(yōu)于 STD 工控機。 PLC 自問世以來，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要產業(yè)，當前， PLC 在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產品 [8]，用 PLC 設計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。 PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。本系統(tǒng)中硬件電路主要分為三大板塊：主電路、傳感器、 PLC 控制電路等，以下是各板塊的具體設計。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。因此，在一定過載電流范圍內至電流恢復正常，熔斷器不會熔斷，可以繼續(xù)使用。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產中得到了廣泛應用。 接觸器的選擇 接觸器 (Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。 在電工學上，因為可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控 制(某些型別可達 800 安培 )電路的裝置，所以經(jīng)常運用于電動機做為控制對象﹐也可用作控制工廠設備﹑電熱器﹑工作母機和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。 交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導通控制回路。 FU1至 FU4四 個熔斷器起過流保護作用，防止各回路發(fā)生短路現(xiàn)象； FR FR FR3 三個熱繼電器對負載電機 M M M3 起過載保護作用， 消除了主要的安全隱患。 接近開關的選型 對于不同的材質的檢測體和不同的檢測距離， 應選用不同類型的接近開關， 以使其在系統(tǒng)中 具有高的性能價格比， 為此在選型中應 遵循以下原則： 1）當檢測體為金屬材料時，應選用高頻振蕩型接近開關，該類型接近開關對鐵鎳、 A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。 4）對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉的磁性接近開關或霍爾式接近開關。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在 信號 輸出，由此便可 “ 感知 ” 有物體接近。 行程開關的設計 行程開關的選型 機械手的伸縮、升降均采用行程開關來限位，并通過改變行程開關的位置來調節(jié)橫軸和豎軸的運動范圍。因此，行程開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器 (CPU)、存儲器 (EPROM， ROM)、輸入輸出 (I/O)部件、電源部件、編程器、 I/O 擴展單元和其他外圍設備組成。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。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 的 掃描運行方式 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。輸入采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。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)。這時才是 PLC 真正的輸出。由掃描工作 方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。國內外現(xiàn)有的機械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機械手系統(tǒng)中應用更為普遍。而且，同一臺可編程控制器還可以用于不同的控制對象，只要改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要 求，因此具有很大的靈活性、通用性。 操作方便、維修容易 PLC 采用電氣操作人員熟悉的梯形圖和功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。因此，它既可控制開關量，又可控制模擬量；既可控制一個機械手，又可控制一個機械手群；既可控制簡單系統(tǒng)，又可 控制復雜系統(tǒng)；既可現(xiàn)場控制，又可遠程控制。 同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價比上要高于繼電器控制和單片機控制，其開發(fā)潛力要差于單片機，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等 等 [11]。 從設計、生產周期長短考慮 不論是對舊設備進行改造，還是設計新的生產機械設備。這是因為使用 PLC不必改動外部設備接線，只要對軟件進行一些改變就可以了。從方案的確立到技術條件的設計以及施工的設計，圖面的工作量很大，這勢必造成設計周期長。 PLC 的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展主要 有兩個趨勢：一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展 [12]。 PLC 控制系統(tǒng)的保護措施 要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求 PLC 生產廠家用提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。 硬件的抗干擾措施可以大大提高系統(tǒng)的測控精度和工作可靠性 ,而系統(tǒng)的抗干擾又不能完全依靠硬件解決。由于隔離變壓器二次側對地懸浮，可以防止操作過程中觸電。 三、可以通過普通的 USB 電纜與計算機實現(xiàn)簡單連接，可實現(xiàn)三種通信功能。 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 19 表 PLC的 I/O口分配 端口 信號 注釋 X0 SQ0 X 軸前限位一 X1 SQ1 X 軸后限位一 X2 SQ2 X 軸前限位二 X3 SQ3 X 軸后限位二 X4 SQ4 Y 軸上限位一 X5 SQ5 Y 軸下限位一 X6 SQ6 Y 軸上限位二 X7 SQ7 Y 軸下限位二 X8 SQ8 光電開關一 X9 SQ9 光電開關二 X10 SB0 啟動按鈕 X11 SB1 復位按鈕 X12 SB2 停止按鈕 Y0 KM0 X 軸前伸 Y1 KM1 X 軸后縮 Y2 KM2 Y 軸上升 Y3 KM3 Y 軸下降 Y4 KM4 氣夾夾緊 Y5 KM5 氣夾放松 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 20 PLC