【正文】 電路，機(jī)構(gòu)上包括 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入 /輸出接口電路。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 4 實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。程控制器 (PLC)從上個(gè)世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼 電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器 電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 第 2 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件選型 PLC 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作 可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。整體式結(jié)構(gòu)把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個(gè)殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價(jià)格便宜。由于同一機(jī)型的 PLC，其模塊可互為備用，以便備件的采購和管理；另外，功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)；其外部設(shè)備通用也有利于資源共享。當(dāng)被控設(shè)備的工藝過程改變時(shí)，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。盡管如此，每種 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際需要的 10%～ 25%考慮裕量。各種指令占存儲(chǔ) 器的字?jǐn)?shù)可查閱 PLC 產(chǎn)品使用手冊。 I/O 模塊的選擇 PLC 是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。 PLC 從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過一定距離。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣， I/O 點(diǎn)數(shù)就可能有所不同。一般 24V 以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)。 4．選擇開關(guān)量輸出模塊時(shí)應(yīng)從以下三個(gè)方面來考慮：一是輸出方式選擇。對(duì)于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)有沖擊電流，要留有足夠的余量。電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、 I/O 模塊、專用模塊等消耗電流的總和。 6．根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，從用戶手冊中選擇合 適的電源模塊。 因此在選擇機(jī)型時(shí)不僅要滿足其功能要求及維護(hù)等方面的慮： 1）合理的結(jié)構(gòu)形式 2） 安裝方式的選擇 3）相當(dāng)?shù)墓δ芤? 4）系統(tǒng)可靠性的要求 綜上所述，根據(jù)控制系統(tǒng)要求選擇 S7200系列 PLC， S7200系列 PLC屬于小型整體式結(jié)構(gòu)的 PLC，本機(jī)自帶 RS485通信接口，內(nèi)置電源和 I/O 接口，它的結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度快，可靠性高，具 有極其豐富的指令系統(tǒng)和擴(kuò)展模塊，實(shí)時(shí)性和通信能力強(qiáng)大，便于操作， 易于掌握，性價(jià)比高，是中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。 實(shí)物圖如圖 22， 各 部分 簡化 結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 （ 3） 手臂 手臂是支撐被抓物件、手部、手腕的重要部件。 （ 4） 手腕 手腕式連接手部和手臂的部件，并可用調(diào)整被抓去物件的方位。由于與物件接觸的形式不同，可分為加持是和吸附式手部。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置 ，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)運(yùn)行則應(yīng)另外增設(shè)機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)某個(gè)電磁閥線圈通電，就一直保持現(xiàn)有的機(jī)械動(dòng)作，例如一旦下降的電磁閥線圈通電，機(jī)械手下降，即使線圈再斷電，仍保持現(xiàn)有的下降動(dòng)作狀態(tài)，直到相反方向的線圈通電為止。該電路帶有短路保護(hù)、過載保護(hù)、欠壓和失壓保護(hù)等。這種方法對(duì)于一些簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較湊效的，可以收到快速、簡單的效果。在得出邏輯表達(dá)式后，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。功能圖能夠清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。 3. 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 相關(guān)程序段 機(jī)械手原位程序 下限位指示燈的顯示 移位脈沖：當(dāng) =1時(shí)，產(chǎn)生移位信號(hào)；當(dāng) =1，停止下降，并產(chǎn)生移位信號(hào)，機(jī)械手抓取物件，定時(shí)器延時(shí) ，當(dāng)下一個(gè)移位信號(hào)來時(shí)，執(zhí)行上升和保持夾緊動(dòng)作 ； 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 18 =1，機(jī)械手停止上升，同時(shí)右移； =1，機(jī)械手停止右移，并執(zhí)行下降動(dòng)作； =1，機(jī)械手停止下降，并松開， T38延時(shí) ， =0，機(jī)械手又上升；=1，機(jī)械手停止上升； ，左移； =1,機(jī)械手停止左移，移位寄存器全部復(fù)位；完成了一個(gè)工作周期。 （ 2） 當(dāng)下降到位時(shí)，下限位開關(guān) 接通，產(chǎn)生移位信號(hào)， 的“ 0”態(tài)移位到 ，下降閥 斷開，機(jī)械手停止下降， 的“ 1”態(tài)移到 ， 線圈接通， 動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，夾緊電磁閥 接通，執(zhí)行夾緊動(dòng)作，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T37，延時(shí) 。 （ 5） 待移至右限位開關(guān)動(dòng)作位置， 動(dòng)合觸點(diǎn)接通，產(chǎn)生移位信號(hào)，使 的“ 0”態(tài)移位到 ， 線圈斷開，停止右移，同時(shí) 的“ 1”態(tài)已移到 ， 線圈再次接通，執(zhí)行下降動(dòng)作。 改進(jìn)方案設(shè)計(jì) 一、改進(jìn)方案 當(dāng)發(fā)生操作錯(cuò)誤時(shí)保持當(dāng)前狀態(tài)暫停工作，發(fā)出報(bào)警，手爪不松開，持續(xù)夾緊物體。 即當(dāng)操作出現(xiàn)兩個(gè)及以上動(dòng)作：上限位和下限位開關(guān)同時(shí)閉合時(shí)，此時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，則進(jìn)行報(bào)警。（此 處需要聯(lián)系到實(shí)際物體的重力，表面摩擦因素，及加速時(shí)的加速度而定這個(gè)力的大小，需根據(jù)實(shí)際物體才能計(jì)算出。 超 聲 波 發(fā)射 源 頭超 聲 波 接收 源 頭shd 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 24 圖 36 超聲波測距原理圖 被測距離 d= √s2 ? (?/2)2。但是在被系統(tǒng)中不需要測量太遠(yuǎn)的距離所以影響可忽略不計(jì)。 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 25 下圖為實(shí)驗(yàn)的連接圖 連接好實(shí)物圖后，打開實(shí)驗(yàn)板總開關(guān)，給 PLC、實(shí)驗(yàn)面板 供上電 ，下面是上電時(shí)的狀態(tài)： 原位指示燈亮 按下啟動(dòng)按鈕：原位指示燈熄滅，機(jī)械手下降并夾緊，夾緊指示燈亮 。 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 29 結(jié)論 （ 1） 本設(shè)計(jì)主要闡述機(jī)械手的自動(dòng)控制， 機(jī)械手依次完成：下降 —— 夾緊 —— 上升—— 右移 —— 下降 —— 放松 —— 上升 —— 左移（回到原位）八個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手一個(gè)周期的動(dòng)作，機(jī)械手的下降、上升、左移的動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠限位開關(guān)來控制，而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間繼電器來控制的。 （ 3）由于客觀條件的限制，本設(shè)計(jì)中沒有對(duì)硬件系 統(tǒng)進(jìn)行安裝、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)調(diào)試和安裝運(yùn)行都無法完成。另外，該機(jī)械手既可以用于搬運(yùn)小型零件，也可供教學(xué)、實(shí)驗(yàn)使用。可以根據(jù)機(jī)械手的動(dòng)作順序修改程序，使機(jī)械手的通用性更強(qiáng)。在我設(shè)計(jì)過程中，徐老師付出了大量的心血和汗水，無論是在課程設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在課程設(shè)計(jì)的分析設(shè)計(jì)以及成文定稿方面，我都得到了徐老師細(xì)心、耐心地輔導(dǎo)和熱情的幫助，他指導(dǎo)我說明書一定要嚴(yán)格按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式去寫，并且要有自己的觀點(diǎn)和看法。 經(jīng)過努力，我們順利的完成了機(jī)械搜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。最后，我向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審 并提出寶貴意見的各 位 老師表示衷心地感謝！ 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 32 參考文獻(xiàn) [1]王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)（第 3 版） .北京航空航天大學(xué)出版社 . 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