【正文】 PC機的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實技術在機械手中的作用已從仿真、預演發(fā)展到用于過程控制。本章主要就系統(tǒng)的驅動部分、控制部分等進行方案選擇論證，并簡述了系統(tǒng)的工作原理。硬件結構方面，總線標準化程度高，兼容性強，軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜和計算工作量大的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是由于自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，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(jù)機械設備的工藝流程來設計。 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(chǎn)中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)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(shù)和步進等控制功能，而且還能完成A/D、D/A轉換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)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(jù)調查，目前我國70%的機械生產(chǎn)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(shù)器和脈沖輸出功能。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。不過對于新型的PLC，其存儲容量可根據(jù)用戶的需要而改變。主機輸出端Y0輸出高電平，KM0通電，使伺服電機一正轉，機械手前伸。PLC輸出端Y2輸出高電平，KM2線圈通電，使伺服電機二正轉，機械手上升。畢業(yè)設計是一個長期的過程，我認為，過程比結果更重要，我更加享受設計的整個過程，因為在設計中，通過老師的指導、同學的幫助，并且閱讀相關的資料，使我增加了許多專業(yè)以及非專業(yè)知識。感謝生我養(yǎng)我，含辛茹苦的父母。在此我向你們表示最衷心的感謝。感謝湖南文理學院在我四年的大學生活當中對我的教育與培養(yǎng)，尤其要強烈感謝我的論文指導老師敖章洪老師，他對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。由于缺少經(jīng)驗，并且所學知識有限，本次設計還存在很多的不足，僅局限于理論層面上的設計，不知道此系統(tǒng)能否實際運行，但是這是我自己獨立完成的一個設計，我已經(jīng)感到很滿足。： 啟動復位后縮上升前伸下降氣夾夾緊上升后縮下降氣夾放松上升初始化回到原點圖 系統(tǒng)總流程圖 系統(tǒng)復位流程圖當按下啟動按鈕時，機械手會自動復位，復位過程是機械手先后縮，碰到左限位開關后，然后上升，上限位開關動作后，機械手回到原點。主機輸出Y1輸出高端向電平，KM1通電，使伺服電機一反轉，機械手后縮。打開電源，按下啟動按鈕時，開機復位。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內部的鋰電子供電。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。本章主要介紹了軟件的具體設計。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；FRFRFR3三個熱繼電器對負載電機MMM3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(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)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(chǎn)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(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)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(shù)據(jù)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。 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(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)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(jù)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(shù)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(wǎng)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： 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(chǎn)過程控制的專用計算機，它能將生產(chǎn)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(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)。 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。 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。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。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。 方案設計：集散控制系統(tǒng)（TDCS）（1）硬件組成：