【正文】 模擬量信號，因此它無法在 TDCS 工程師站上對現(xiàn)場儀表進行遠方診斷、維護和組態(tài)。編程方面也有很多相同點。 機械手控制方式的選定 PLC 實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，其控制功能基本都是通過設計軟件來實現(xiàn)的，這種軟件是利用 PLC 廠商提供的指令系統(tǒng)，根據機械設備的工藝流程來設計。 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 8 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設計 本設計以可編程控制器 PLC 作為控制核心，為完成系統(tǒng)工藝 所需要求，將系統(tǒng)設計分為硬件電路設計和軟件兩大部分，硬件的設計是系統(tǒng)運行的基礎。具有反時延特性 ， 當過載電流小時，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。 由于本設計中的電機的工作狀態(tài)是反復短時工作制，熱繼電器僅有一定范圍的適應性，因此， 選用帶速飽和 電流互感器 的熱繼電器 ，其額定電壓為 220V。 本設計采用額定電壓為 220V的交流接觸器，驅動方式為電磁式驅動，動作方式為直動式。機械手的夾緊與放松限位采用接近開關（金屬傳感器），通過調整金屬塊的位置，可以在一定范圍內改變氣夾的張合角度。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。系統(tǒng)程序是每一個 PLC 成品必須包括的部分，由 PLC 廠家提供，用于控制 PLC本身的運行，系統(tǒng)程序固化在 EPROM 中。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 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的掃描梯形圖。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為 1ms，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為 1ms。而可編程控制器是通過存儲在存儲器中的程序實現(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。 功能強 現(xiàn)代 PLC 不僅具有條件控制、計時、計數和步進等控制功能，而且還能完成 A/D、D/A 轉換、數字運算和數據處理以及通信聯(lián)網和生產過程監(jiān)控等。價格僅是選擇 PLC 品牌的一個因素，而可靠性是選擇控制裝置時需要考慮的又一個重要因素。 據調查，目前我國 70%的機械生產設備，都是采 用繼電器進行控制的，除了可靠性差外，程序設計也很繁雜。 多功能 隨著自調整、步進電機控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使 PLC 控制領域更加寬廣。結合其鐵芯的高頻損耗大的特點，可有效防止三次以上諧波進入控制器回路，減少系統(tǒng)的電磁干擾。 六、具有完善的高級功能，可以通過脈沖輸入輸出插卡，可使用高速計數器和脈沖輸出功能。 PLC的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應用軟件。 （ 1） I/O 映象區(qū)： 由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數據送至相應的外設。不同類型的 PLC 其存儲容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機型增大其存儲容量也相應增大。上升到底時碰到上限位開關，上升停止，回到原點。 放松到位 時， 光電開關撐開觸點閉合 ， 成閉觸點斷開， 停止 放松 。機械手氣夾放松的流程圖如下圖 所示： 圖 氣夾放松流程圖 氣夾夾緊 X12=0？ 接通 Y2，上升 X12=0？ X3=1？ X6=1？ X7=1？ X12=0？ X12=0？ 接通 Y5，放松 接通 Y3，下降 接通 Y1，后縮 N N Y N N N N N Y Y Y Y Y Y 主機板 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 27 總 結 在基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計中 ，通過自己的不斷學習和努力，使自己在該領域有了一定的提高，同時鞏固了在大學四年所學的專業(yè)知識。生我者父母。在制作畢業(yè)設計過程中我曾經向老師們和同學們請教過不少的問題，老師們的熱情解答和同學們的熱心幫助才使我的畢業(yè)設計能較為順利的完成。謝謝你們，我的父親母親！ 在這四年中，老師的諄諄教導、同學的互幫互助使我在專業(yè)技術和為人處事方面都得到了很大的提高。 在設計中，我不斷的發(fā)現(xiàn)問題并且解決問題，使我的畢業(yè)論文從簡陋變得更加的完美。 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 23 系統(tǒng)總體流程圖 本設計中 機械手的總體運動過程為：按下啟動按鈕，機械手復位，復位過程中，機械手先后縮，然后上升，回到原點后，機械手自動進行工作，然后機械手前伸，前伸到位后下降，下降到位后，機械手夾緊物體，夾緊到位后，機械手上升，上升到位后，機械手后縮，后縮到位后，機械手下降，下降到位后，機械手放開物體，然后上升，回到原點，如此循環(huán)往復運動。 PLC 輸出端 Y2 輸出高電平， KM2 通電，使伺服電機 二 正轉，機械手 上升 ， 上升 到位時，碰到 上 限位開關， 上升 停止。 機械手的上升 /下降、前伸 /后縮動作、機械手的放松 /夾緊是通過分別控制三個伺服電機的正反轉來實現(xiàn)的 [13]。 （ 2） 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū)： 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內部各類軟設備（邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。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。所以說軟件在一個系統(tǒng)設計中的作用非常的巨大， 只有得到軟件系統(tǒng)的控制才能達到準確控制的目的。 二、具有廣泛的擴展功能，有 5 種類型的功能插卡和 4 中通信插卡，對于用戶的逐步擴展的要求，可通過 擴展插件，輕松地提供性能。 FU1至 FU4六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 [18]。編程人員也可根據新產品對生產提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在 EEPROM 模塊中去，需要加工哪種產品的程序，操作人員可以隨時調用，這既簡單、方便又保密。如果把這些要求得以實現(xiàn)，繼電器或半導體都不能滿足，而 PLC 則完全可以實現(xiàn)。且 PLC是為工業(yè)控制設計的專用計算機，其結構緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機械設備內部，因而成為實現(xiàn)機電一體化十分理想的控制設備 [10]。為了保證 PLC 能在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠的工作，在其設計和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，使其可以適應惡劣的工 業(yè)應用環(huán)境。 PLC 的特點 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 15 PLC 是一種以微機處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質是一種工業(yè)控制用的專用計算機。 （ 3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段， CPU按照 I/O映象區(qū)內對應的數據和狀態(tài)刷新所有的數據鎖存電路， 再經輸出電路驅動響應的外設。 （ 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據和狀態(tài)它們存入 I/O 映象區(qū)的相應單元內。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。 PLC 控制電路設計 PLC 的基本結構 PLC 和一般的微型計算機基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 PLC 內部光耦與傳感器電源構成回路， PLC 信號輸入有效，工作原理如圖 所示。 3）金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近開關或超聲波型接近開關。 系統(tǒng)主電路圖 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)設計 10 本系統(tǒng)采用三相交流電為系統(tǒng)進行供電，三相空氣開關 QS 控制整個系統(tǒng)的電源通斷，既可完成主電路的短路保護又可方便日常的維護。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。 熱繼電器 的選擇 熱 繼電器 是由流入熱元件的 電流 產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制 電路 斷開，從而使接觸器失電， 主電路 斷開，實現(xiàn) 電動機 的過載保護。 熔斷器是一種過電流保護器。比之單片機，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時間和成本。 特別需要提出的是， PLC 與 STD 總線工控機的區(qū)別，無論從維修、安裝和模件功能都很相似。由于 PLC 所具有的靈活性、模塊化、 易于擴展等特點，可以根據現(xiàn)場要求實現(xiàn)機械手的不同工作要求。在初期邏輯運算的基礎上，增加了數值運算、閉環(huán)調節(jié)等功能，增加了模擬量和 PID 調節(jié)等功能模塊；運算速度提高， CPU 的能力趕上了工業(yè)控制計算機；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網絡 (LAN)，因而也可構成為一個集散系統(tǒng)。 （ 3）集散控制系統(tǒng)原理框圖：如下圖 所示 T D C S外 部 開 關 A / D 轉 換顯 示 燈D / A 轉 換 電 機繼 電 器 圖 集散 控制系統(tǒng)原理框圖 ：工業(yè)控制計算機系統(tǒng)（ IPCS） （ 1）硬件組成：主機板、外部總線、內部總線、人機接口、通訊接口 （ 2）工作原理： 工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）是一種應用于工業(yè)生產過程控制的專用計算機，它能將生產的過程和管理調度相結合，從而使工業(yè)在就地控制加集中控制的基礎上，進一步向自動化方向發(fā)展。通 過設計編制 PLC 程序實現(xiàn)機械手 控制系統(tǒng)的自動控制。它能識別景物，具有觸覺、視覺、力覺、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]。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。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。negative respectively, so as it can control the movement of manipulator on the horizontal axis and vertival axis。 自從機械手問世以來，相應的各種難題迎刃而解。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，并可根據工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數。 課題研究目的及意義 機械手是工業(yè)自動化領域中經常遇到的一種控制對象。 由于自動化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而