【正文】 O AN = = 。老師待人誠(chéng)懇，心胸寬大，精深的知識(shí)令我受益非淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 致 謝 結(jié)束本文之際，作者謹(jǐn)向恩師致以崇高的敬意和由衷的感謝。 全部程序 均采用模塊化設(shè)計(jì)思想，不僅在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰，還易于檢查和修改。 本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。系統(tǒng)接地方式有：浮 地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 圖 54自動(dòng)回原點(diǎn)程序的 順序功能圖 梯形圖見附錄 B 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 6 軟件仿真調(diào)試情況 環(huán)境要求 由于 PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。在左行步 ，當(dāng)機(jī)械手左行返回到原點(diǎn)位置，左限位開關(guān) 變?yōu)?1 狀態(tài)，為連續(xù)工作標(biāo)志 為 0 狀態(tài)，將返回初始步 ，機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。在初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕 ，在 的啟動(dòng)電路中， , 和 的常開觸點(diǎn)均接通，使 的線圈通電，系統(tǒng)進(jìn)入下降步， 的線圈通電，機(jī)械手下降。 按下停止按鈕 后， 變?yōu)?0狀態(tài)，但是機(jī)械手不會(huì)立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，機(jī)械手返回最左邊，左限位開關(guān) 為 1狀態(tài)，裝換條件滿足系統(tǒng)才從步 返回并停留在初始步。 (2)單周期與連續(xù)的區(qū)分 在連續(xù)工作方式下， 為 1 狀態(tài)。 （ 1）單步與非單步的區(qū)別 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 的常開觸點(diǎn)接在每一個(gè)控制代表步的存儲(chǔ)器位的啟動(dòng)電路中，他們斷開時(shí)禁止步的活動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)處于單步工作方式， 為 1 狀態(tài)，他的常開觸點(diǎn)斷開，“轉(zhuǎn)換允許”存儲(chǔ)器位 在一般情況下為 0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換 。用上限位開關(guān) 的常開觸點(diǎn)與控制左，右行的 和左行的 的繼電器串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞。在非連續(xù)方式下， 的常閉出點(diǎn)閉合，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志 復(fù)位。左限位開關(guān) 、上限位開關(guān) 的常開觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開的 的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，原點(diǎn)條件 變?yōu)?ON。 PLC 的外部接線圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 43 機(jī)械手 PLC外部接線圖 5 機(jī)械手程序設(shè)計(jì) 主程序機(jī)構(gòu)圖 下圖 51是主程序機(jī)構(gòu)圖， 的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。 PC/PPI 編程電纜通常在試驗(yàn)中下載梯形圖程序時(shí)使用。 該控制系統(tǒng)核心部分是以 CPU226 為主， CPU 模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價(jià)格低， CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。 PC/PPI 編程畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 電纜通常在試驗(yàn)中下載梯形圖程序時(shí)使用。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、分析 I/O 情況、畫出分配表 信號(hào)名稱 原件符號(hào) 地址編碼 下降停 止 SQ1 上升停止 SQ2 右行停止 SQ3 左行停止 SQ4 上升 SB4 左行 SB6 松開 SB8 下降 SB3 右行 SB5 夾緊 SB7 見附錄 A CPU 選擇 根據(jù)上圖的 I/O 分配表通過查閱手冊(cè)選擇 S7200 CPU226 基本單元（ 24 入/16出） 1 臺(tái)，該控制系統(tǒng)核心部分是以 CPU226 為主， CPU 模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價(jià)格低， CPU 模塊、 I/O 模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。 機(jī)械手從初始狀態(tài)開始，將工件從 A 點(diǎn)搬到 B 點(diǎn)，最后返回初始 狀態(tài)的過 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 程，稱為一個(gè)工作周期。 在手動(dòng)工作方式下，用 — 對(duì)應(yīng)的 6 個(gè)按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的升、降、左右行和夾緊松開。工作方式選擇開關(guān)的 5 個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)于 5 種工作方式，操作面板左下部的 6 個(gè)按鈕式手動(dòng)按鈕。機(jī)構(gòu)在原位時(shí)， 按下起動(dòng)按鈕，機(jī)構(gòu)自動(dòng)連續(xù) 的執(zhí)行畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 周期動(dòng)作。此種工作方式可使機(jī)械手置原位。機(jī)械手要求按一定的順序動(dòng)作 ,啟動(dòng)時(shí) ,機(jī)械手從原點(diǎn)開始按順序動(dòng)作 .停止時(shí) ,機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上 ,重新起動(dòng)時(shí) ,機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行。 (3) 根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào)，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。 4. 存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。 3. 電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。并對(duì)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(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。如圖所示： 第 ( N 1 ) 個(gè) 掃 描 周 期第 N 個(gè) 掃 描 周 期第 ( N + 1 ) 個(gè) 掃描 周 期輸 出 刷 新 輸 入 采 樣用 戶 程 序 執(zhí) 行輸 出 刷 新 輸 入 采 樣 圖 32 PLC的掃描運(yùn)行方式 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 1. 輸入采樣階段 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映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的 時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。梯型圖某一輸出繼電器 的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。當(dāng)可編程序控制器處于停止（ STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來看，處理 過程似乎是同時(shí)完成的。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。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù) 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。不同類型的 PLC 其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。 ② 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。 ① I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。 PLC 的軟 件分為兩部分 :系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 可編程序控制器 PLC 簡(jiǎn)介 可編程控制器簡(jiǎn)稱 PC（ Programmable Controller）， 它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器 PMC（ Programmable Matrix Controller）、 可編程序順序控制器 PSC（ Programmable Sequence Controller） 、可編程序邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller） 和可編程序控制器 PLC 幾個(gè)不同時(shí)期 。 PLC 更適用于黑模 式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 序修改，其能力略遜于 STD 工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言， PLC 的性能優(yōu)于 STD工控機(jī)。 3. 不同點(diǎn) 由于 PLC 和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到 PLC 系統(tǒng)中。 集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。 機(jī)械手控制方式的選擇 控制方式的分類 傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場(chǎng)，但該控制方式卻有以下致命缺陷： (1) 僅適合于簡(jiǎn)單的邏輯控制； (2) 僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性； (3) 沒有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。 2. 傳動(dòng)系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。一般專用機(jī)械手有 2~3個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門 。 3. 設(shè)計(jì)梯形圖。 課題設(shè)計(jì)的目的 本課題主要研究的是基于 PLC 的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。 國(guó)外，近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械 手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的