【正文】 插件組成，它們分別與 PLC 的 16個(gè)輸入點(diǎn)相接。 （ 2）重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn) I/O 卡可冗余配置。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。整體型 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 (4)輸入 /輸出滯后時(shí)間 輸入 /輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“ 1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 ON，映像寄存 器為“ 0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入 信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。 2． 3 PLC 的工作原理 機(jī)械手的 PLC 控制 13 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。無(wú)論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì) PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。 C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 機(jī)械手的 PLC 控制 12 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。 B. 系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：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）存儲(chǔ)區(qū)。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。 通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 PLC 相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。把計(jì)算結(jié)果送給 PLC 的控制器。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用 戶需求的不斷提高， PLC 在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。 2．機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的支撐部件，機(jī)座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。對(duì)平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。外循環(huán)螺母只需設(shè)置一個(gè)反向器，當(dāng)滾珠進(jìn)入反向器時(shí)，就被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個(gè)循環(huán)回路。 （ 2）．由螺母、螺桿和機(jī)架組成的滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，如圖 11a 所示，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)，這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，故又 稱為傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。按用途可以分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三種類型。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。本文介紹的機(jī)械手是由 PLC 輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給 PLC 主機(jī)；位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給 PLC主機(jī)，通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要 求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。尤其在高溫、高 壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。 螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)。 本文所介紹的機(jī)械手的豎軸就是用的傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。 機(jī)械手的橫向運(yùn)動(dòng)采用的便是滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時(shí)的穩(wěn)定行。今天的 PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC或定制 PLC 取代嵌入式控制器 機(jī)械手的 PLC 控制 10 2． 2 PLC 內(nèi)部原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一 的。 PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 （ A） 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)。不同類型的 PLC 其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。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。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。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。 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。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖 所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 輸入模塊的 CPU 濾波電路用來(lái)濾除由輸入端 引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為 10ms 左右。 2． 輸入輸出模塊的選擇 機(jī)械手的 PLC 控制 16 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。如果 PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 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。改變這些開(kāi)關(guān)或按扭的通斷狀態(tài)，即可對(duì)主機(jī)輸入所需要的開(kāi)關(guān)量。另外 PLC的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用 機(jī)械手的 PLC 控制 19 第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 3． 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。 機(jī)械手的 PLC 控制 20 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型， 它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。 （ 2）轉(zhuǎn)子繞組 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子與 機(jī)械手的 PLC 控制 23 轉(zhuǎn)子之間的 空氣隙，一般僅為 ～ 。 圖 三相交流電流波形圖 設(shè) 為了分析方便，假設(shè)電流為正值時(shí)，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值時(shí)，在繞組中從末端流向首端。即轉(zhuǎn) 1周，如圖 38（ a）所示。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極 N下為南極 S，如圖 310 所示。三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n始終pfn 601 ?pfn 601 ?NSn0n異步電動(dòng)機(jī)模型籠型轉(zhuǎn)子 機(jī)械手的 PLC 控制 26 不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n1。銘牌上注明這臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選 擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動(dòng)機(jī)的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。 4．額定電流 額定電流是指三相電動(dòng)機(jī)在額定電源電壓下，輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，用 IN 表示，以安（ A）為單位。 8．定額 定額是指三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種。 機(jī)械手的 PLC 控制 29 3． 3 機(jī)械手電機(jī)的選用 Y2 系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)，產(chǎn)品現(xiàn)已達(dá)到九十年代國(guó)際先進(jìn)水平，是 Y系列電機(jī)的更新產(chǎn)品 。 20 世紀(jì) 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM 模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 PWM 模式效果最佳。圖 42示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 4制動(dòng)電路 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。 3驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10s 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。 2）超頻（超速）保護(hù)。逆變器負(fù)載側(cè)接地設(shè)計(jì)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。過(guò) 負(fù)載是由于負(fù)載的 GD（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。 4速度檢測(cè)電路 以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（ TG、 PLG 等）的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 控制電路 給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱為控制電路。 1 整流器 最近大量使用的是二極管的變流器，如圖 42 所示，它把工頻電源變換為直流電源。 機(jī)械手的 PLC 控制 30 變頻器的構(gòu)成 異步電動(dòng)機(jī)用變頻器調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 豎軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載整個(gè)機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用 Y263M22，功率 250W，可滿足生產(chǎn)需要。 （ 3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時(shí)間也很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升降不到零，工作周期小于 10min 的工作方式。 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式 式中 —— 額定功率因數(shù) —— 額定效率 5．額定頻率 機(jī) 座 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 定子鐵心外徑（ mm） 120 145 167 210 245 280 327 368 423 中心高度（ mm） 90 100 112 132 160 180 225 250 280 機(jī) 座 號(hào) 11 12 13 14 15 定子鐵心外徑（ mm） 560 650 740 850 990 中心高度（ mm） 375 450 500 560 620 NNNNN IUP ??c o s3?N?cosN? 機(jī)械手的 PLC 控制 28 額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用 fN 表示。 nn ?11nn?11n nns ?? emT111 ??? n nnsnn ?1011 ??? n nnsemTnn ?1異步電動(dòng)機(jī) 中心高度 200mm 6極 2號(hào)鐵心