【正文】 活。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換和處理。更強(qiáng)大是指存儲(chǔ)容量更大， I/O點(diǎn)數(shù)更多，執(zhí)行速度更高，智能化程度更強(qiáng)，數(shù)據(jù)更安全；更小巧是指體積更小，價(jià)格更底，但性能更強(qiáng)的微型化 PLC。 （ 1）提供更方便靈活的編程方法， PLC 的使用更加的方便。 （ 4）進(jìn)一步提高可靠性。 （ 2）變革操作控制方式。可以預(yù)見 PLC 將會(huì)是電氣控制裝置的主要控制元件。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠商先后開采用微處理器作為 PLC 的 CPU，這樣使 PLC 的功能大大的增強(qiáng)。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（ Programmable Logy Controller） .這時(shí)的 PLC 基本上是（硬）繼電 器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 王波：機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 35 頁 (四 ) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 6. 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 2. 各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。價(jià)格相對(duì)便宜，但是性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制功能。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)機(jī)械手分揀系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持。 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、 分揀流程越來越節(jié)約勞動(dòng)力 ,可見 機(jī)械手的大力開展有著很重要的意義。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多 個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。但數(shù)控加工中常見的上下料工序 , 通常仍 采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。該系統(tǒng)充分利用了學(xué)習(xí)中講述的可編程控制器（ PLC）的多方面的設(shè)計(jì)知識(shí)和方法，再加上步進(jìn)電機(jī)兩者巧妙的配合精確的實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手從圓點(diǎn)的上升、伸臂、判斷、下降、抓取、擺動(dòng)、下降、釋放還原等一系列的動(dòng)作完成這一工序。 本文闡述了應(yīng)用三菱公司的 具有高性能價(jià)格比的微型可編程控制器 FX系列 PLC的自動(dòng)分揀大小球控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器（ PLC） 機(jī)械手 分揀大小球自動(dòng)控制統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 0 頁 共 35 頁 第一章 概述 選題背景 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 , 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心 ,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí) , 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率?？删幊绦蚩刂破?PLC 控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力 , 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ,降低了維修率 , 提高了工作效率 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)也開始對(duì)機(jī)械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn) 。其特點(diǎn)是單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā) 能力。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持。其特點(diǎn)如下： (一 ) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。 5. 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如： ? 按鈕 ? 行程開關(guān) ? 接近開關(guān) ? 傳感器及變送器 ? 電磁線圈 ? 控制閥 直接連接。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。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。 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 可編程控制器（ PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì) 可編程控制器 (PLC)的歷史 可編程控制器（ Progremmable Controller,PC）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。 20 世紀(jì) 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨變。其中，美國(guó)的（ Rockwell） 、 (GE)，德國(guó)的西門子（ Siemems） ,法國(guó)的施耐德（ Schmeider） , 日本的三菱，歐姆龍（ Omron） 還有我國(guó)江蘇嘉華，他們從只有幾十個(gè)點(diǎn)（ I/O 總點(diǎn)數(shù)）的微型 PLC 到上萬個(gè)點(diǎn)的巨型 PLC。全面使用高速 CPU 芯片和 24 位、 32 位、 64 位 RIST 芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可以使速度達(dá)到 ns 級(jí)。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù) /模 （ D/A）轉(zhuǎn)換模塊、 PID 控制模塊及一些自能化 I/O 模塊。 可見 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種面向用戶的工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，它與通用計(jì)算機(jī)相比有其自身的特點(diǎn)。 （ 2） PLC 的結(jié)構(gòu)和規(guī)模將更加兩極化 —— 更強(qiáng)大和更小巧。加強(qiáng) PLC 與 PLC 之間 ， PLC 與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)能力，為實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化提供必要的條件。因此 PLC 中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無限次地 使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。 PLC 將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)某個(gè)工作過程的計(jì)數(shù)控制。 （ 7）通信聯(lián)網(wǎng)功能 有些 PLC 采用通信技術(shù)，可以多臺(tái) PLC 之間的同位鏈接、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信等。 （ 9）停電記憶功能 PLC 內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分存儲(chǔ)器中的信息不會(huì)丟失。 PLC 按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。 （ 2） 模塊式 PLC 組合式 PLC 為總線結(jié)構(gòu)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒?PLC、中型 PLC 和大型 PLC. （ 1） 微型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn) （ 2） 小型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)在 64256 點(diǎn)之間。 可編程控制器的組成和工作原理 可編程控制器的硬件組成 PLC 主要有中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器（ RAM、 EPROM）、 I/O、電源、擴(kuò)展接口和王波：機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 35 頁 編程器接口等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如下圖 21 所示 圖 21 （ 1） CPU 模塊 在 PLC 系統(tǒng)中， CPU 模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。 CPU 模塊的工作電壓一般是 DC5V，而 PLC 的輸出 /輸出信號(hào)電壓信號(hào)一般較高，如 DC5V和 AC220V，可防止從外部引入的尖峰電壓和干擾信號(hào)可能損壞 CPU 模塊中的元器件或影響PLC 的正常工作。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和 順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同的編程語言的相互轉(zhuǎn)換，程序被編譯下載到 PLC 也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。在 PLC 中軟件分為兩 大部分，即系統(tǒng)程序和用戶程序。用戶程序通過編程器輸入到 PLC 的用戶存儲(chǔ)器中，通過 PLC 的運(yùn)行而完成這一特定的任務(wù)。從工作過程看，只注重器件的功能和器件的名稱。因此，當(dāng)控制軟件發(fā)生故障時(shí)，會(huì)一直等待鍵盤或 I/O 命令，可能發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。而 可 編 程 邏 輯 控 制器 (PLC)由 于 其 具 有 的 高 可 靠 性 、 編 程 方 便 、 易 于 使 用 和 修 改 、 易 于 擴(kuò) 展和 維 護(hù) 、環(huán) 境 要 求 低 、體 積 小 巧 、安 裝 測(cè) 試 方 便 等 性 能 在 工 業(yè) 控 制 中 有 著廣 泛 的 應(yīng) 用 。機(jī) 械手 主 要 完 成 從 存 貨 區(qū) 到 指 定 位 置 之 間 的 貨 物 分 揀 傳 遞 。 最 大 回 轉(zhuǎn) 角 小 于 等 于 300176。 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 第 9 頁 共 35 頁 圖 1 機(jī) 械 手 工 作 的 電 路 原 理 圖 (1) 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 器 本 驅(qū) 動(dòng) 器 的 輸 入 信 號(hào) 共 有 3 路 ， 分 別 是 :步 進(jìn) 脈 沖 信 號(hào) CP、 方 向 電 平 信 號(hào)DIR、 脫 機(jī) 信 號(hào) FREE。 a) 步 進(jìn) 脈 沖 信 號(hào) CP 步 進(jìn) 脈 沖 信 號(hào) CP 用 于 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 位 置 和 速 度 ，也 就 是 說 ,驅(qū) 動(dòng) 器 每 接受 一 個(gè) CP 脈 沖 就 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 旋 轉(zhuǎn) 一 個(gè) 步 距 角 ， 改 變 CP 脈 沖 的 頻 率 ,能改 變 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 ，控 制 CP 脈 沖 的 個(gè) 數(shù) ，則 可 以 使 步 進(jìn) 電 機(jī) 精 確 定 位 。為 低 電 平 時(shí) ，電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 。 a) 性 能 指 標(biāo) l 每 個(gè) 單 元 可 以 控 制 一 個(gè) 軸 。 l 原 點(diǎn) 搜 索 :可 監(jiān) 測(cè) 原 點(diǎn) 或 原 點(diǎn) 信 號(hào) 。 l 手 動(dòng) 操 作 :可 高 速 點(diǎn) 動(dòng) ， 低 速 點(diǎn) 動(dòng) 和 微 動(dòng) 。位 控單 元 既 可 以 被 PC 主 CPU 單 元 控 制 ， 也 可 以 直 接 由 控 制 臺(tái) 的 外 部 輸 入 信 號(hào)控 制 。 (2) 機(jī) 械 手 的 伸 縮 臂 向 前 ， 同 時(shí) 轉(zhuǎn) 盤 順 時(shí) 針 旋 轉(zhuǎn) ， 一 直 分 別 運(yùn) 行 到 FX 模塊 0 中 設(shè) 置 的 輸 出 脈 沖 個(gè) 數(shù) 時(shí) 停 止 。 (6) 機(jī) 械 手 的 伸 縮 臂 向 后 ， 同 時(shí) 轉(zhuǎn) 盤 逆 時(shí) 針 旋 轉(zhuǎn) ， 一 直 分 別 運(yùn) 行 到 FX 模塊 1 中 設(shè) 置 的 輸 出 脈 沖 個(gè) 數(shù) 時(shí) 停 止 。 (10) 機(jī) 械 手 的 伸 縮 臂 、 轉(zhuǎn) 盤 進(jìn) 行 原 點(diǎn) 搜 索 ， 全 部 復(fù) 位 。 右行和左行是異步電動(dòng)機(jī)控制的，在控制電動(dòng)機(jī)的交流器 KM1 和 KM2 的線圈回路中，使用了由它們的常閉觸點(diǎn)組成的硬件互鎖電路。如果選擇連續(xù)工作方式，在初始狀態(tài)下按下啟動(dòng)按鈕后機(jī)械手反復(fù)連續(xù)工作，按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成PLC L 火220V KMY 升 Y0 PLC X1 左限 K1 鍵 X2 大右限 K2 鍵 X3 小右限 K3 鍵 X4 上限 K 鍵 4 X5 下限 K 鍵 5 X10 手動(dòng) X11 回原 X12 單步 X13 單周 X14 多周 選 K0 代 自 動(dòng) PLC X15 回啟 P 1 鍵 X16 啟 P 2 鍵 X17 預(yù)停 P3 鍵 X20 手吸 P0 代 X21 釋 X22 手升 X23 降 X24 手右 X25 左 手 動(dòng) 按 鈕 N 零 COM2 (+)24V COM1 (+)24V KMΔ 降 Y1 KM 左行 Y3 KM 右行 Y2 YA 吸持 Y4 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 第 13 頁 共 35 頁 最后一個(gè)周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在原點(diǎn)狀態(tài)，順序功能、圖中的初始步 M0 為 ON，為進(jìn)入單周期、連續(xù)和單步工作方式做好準(zhǔn)備。當(dāng)按下預(yù)停按鈕后，一直要到一個(gè)周期完成才能停止，中途不能停止。 IST指令只能使用一次，它應(yīng)放在程序開始的地方 ，被它控制的 STL 電路應(yīng)放在它的后面。 在用戶程序中，左限位開關(guān) X1，上限位開關(guān) X4 的常開觸點(diǎn)和表示電磁鐵線圈斷電的Y4 的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，“原點(diǎn)條件”輔助繼電器 S1 變?yōu)?NO。在按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成最后一個(gè)周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。 機(jī)械手的一個(gè)工作周期（動(dòng)作順序）為下降、吸球、上升、右行、下降、釋放、 上升、左行返回。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降到為達(dá)下限位 X5 時(shí)， X5 接通，電磁鐵通電吸起小球，機(jī)械手上升，上升到上限位X4 時(shí)，機(jī)械受臂右行，當(dāng)右行到小球右限位 X3 時(shí)機(jī)械手下降，下降到下限位 X5 時(shí)，電磁鐵斷電釋放小球到小球容器。 最后：學(xué)會(huì) PLC3 型實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用方法