【文章內(nèi)容簡介】 于不同的材料我們應(yīng)該選用不同的傳感器，這樣是機(jī)械整個(gè)系統(tǒng)能夠有效地執(zhí)行，在選擇傳感器的時(shí)候，應(yīng)該遵循幾個(gè)原則： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 36頁 (1) 非金屬材料如木頭、紙、塑料還有玻璃等，傳感器檢測它們的時(shí)候，應(yīng)該選用電容式的接近傳感器。 (2) 當(dāng)傳感器檢測一些如鐵塊、鋼件、鋁、黃銅等金屬材料的物體時(shí)，應(yīng)該選用高頻振蕩型傳感器。金屬中也會分靈敏度高低，有些材料靈敏度高，它的 檢測距離可以近可以遠(yuǎn)，但對于靈敏度低的，只能將距離拉到最近。 (3) 對于靈敏度不高的金屬材料零件，可以使用磁性的接近式傳感器。 (4) 對于遠(yuǎn)距離的測量時(shí)，應(yīng)選用光電型傳感器或超聲波型傳感器。 在本次設(shè)計(jì)中，對于鋁合金材料的機(jī)械手臂，選擇高頻振蕩型傳感器。在水平氣缸和垂直氣缸的兩個(gè)極限位置安裝磁性開關(guān) CS111RH02，共四個(gè)；選擇類型為PR3010DN 型號的接近傳感器一對安裝于擺動氣缸的極限位置。在工件臺 1 底部也選擇同樣類型的傳感器 1 個(gè)，本次設(shè)計(jì)中的工件所選用為小正方形的金屬塊 [18]。 PLC 簡介 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一 類 的存儲器 可以編程 ， 可以用來進(jìn)行 內(nèi)部 的 存儲程序， 也可以用來 定時(shí)、順序控制、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù) 和 算術(shù)操作等 一些 指令 。通過對 輸入 和 輸出 量的編寫，可以對 各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 進(jìn)行監(jiān)制 [19]。 自 1969 年開始，美國數(shù)字設(shè)備有限公司研究出了第一臺 PLC，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)以集成電路為主的情況下，只能完成一些簡單的控制。到了 70 年代未的時(shí)候，處理器技術(shù)引入到 PLC 中 ,使得 PLC 增加了許多實(shí)際的功能。 70年代未處 理器出現(xiàn)之后引入到PLC 技術(shù)后增加了許多功能。隨著 微處理器 的出現(xiàn)， 人們 很快的 將 微處理器引入到 可編程邏輯控制器 中去 ， 這樣 使可編程邏輯控制器 的各方面的性能大大提高了。它的運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理能力的這些重要的功能有了顯著的提高，隨之成為工業(yè)生產(chǎn)過程中的主心骨。微處理器和 PLC 有效地結(jié)合到了一起，有效地代替了傳統(tǒng)繼電器復(fù)雜的工作方式。當(dāng)時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)也迅速的發(fā)展起來， PLC 的功能更加得到反應(yīng)和實(shí)現(xiàn)。 到了 20世紀(jì) 70年代中末期 的時(shí)候 ， PLC 的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，計(jì)算機(jī)技術(shù)的日漸成熟已經(jīng)全面的引入到了 PLC 中去， PLC 的實(shí)用性也在這時(shí)大大的表現(xiàn)了出來。隨著對 PLC 逐漸精致的研究和設(shè)計(jì)， PLC 的體型越來越小巧，它的精確運(yùn)算能力也是越來越高。尤其是它的抗干擾能力也是取得了重大的突破。 PLC 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的地位也是不可動搖的，它奠定了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 36頁 20 世紀(jì) 80 年代初 PLC在先進(jìn)工業(yè)國家中已 得到 廣泛 地 應(yīng)用。 隨著它的效益越來越高，世界上許多國家多在生產(chǎn)它，它的產(chǎn)量也達(dá)到了相對的飽和狀態(tài)，這就意味著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步， PLC的相關(guān)技術(shù)也是達(dá)到了相對成熟的地步。 90 年代中期， PLC 發(fā)展的速度越來越驚人，它的硬件系統(tǒng)和軟件系 統(tǒng)也達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最先進(jìn)的時(shí)候。同時(shí)， PLC 的功能性也是越來越多了， PLC 逐漸對數(shù)字模擬的處理能力、對數(shù)據(jù)的運(yùn)算能力、接口的擴(kuò)展性和通訊能力等這些方面有了很大的提高，PLC 進(jìn)入過程控制的新時(shí)代。 到了 20世紀(jì)末期， PLC 的發(fā)展 更加向著適應(yīng)工業(yè)的方向 。 同時(shí)，出現(xiàn)了各種各樣的功能，如：人機(jī)交互功能單元和通信單元。小型 PLC 和大型 PLC 也在這個(gè)時(shí)候生產(chǎn)出來可以適用于不同的環(huán)境中 [12]。 PLC 采用大規(guī)模集成電路、承受電壓高、無故障正常工作時(shí)間長，可達(dá)幾十萬小時(shí)。內(nèi)部還有自我檢查功能，當(dāng)有故障出現(xiàn)時(shí)，會及時(shí)報(bào)警。大 多數(shù) PLC 編程采用的是梯形圖，而梯形圖簡單、直觀、易學(xué)。采用現(xiàn)代技術(shù)的集成電路，由于現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC的集成電路越來越小。很多 PLC 的內(nèi)部擁有成千上百的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，它與計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，它也可以成為小型或微型的計(jì)算機(jī)，所以 PLC 才會有工業(yè)計(jì)算機(jī)這一說法。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)是由 CPU、存儲器單元、 I/O 裝置、電源接口、擴(kuò)展模塊、單獨(dú)的編程器和其它外圍設(shè)備組成，這些結(jié)構(gòu)都是通過數(shù)據(jù)總線相互連接而成 [14]。其基本結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 34 所示： 圖 34 PLC硬件結(jié)構(gòu) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 14 頁 共 36頁 PLC 的軟件部分是廠家提供，用于存放 PLC 的系統(tǒng)運(yùn)行不可少程序，一般放在EPROM 中。用戶可以自己編寫一定的程序來實(shí)現(xiàn)所預(yù)定的功能，這種軟件系統(tǒng)為用戶部分。 PLC 主要以微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開發(fā)而來的，設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、智能技術(shù)、電子技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)一體的多功能控制系統(tǒng)。這樣使得它成為了現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)領(lǐng)域的必不可少的一部分 [9]。 PLC 發(fā)展歷程 在繼電器占主導(dǎo)地位時(shí)代，那時(shí)可編程控制器還沒有被發(fā)明出來，人們普遍運(yùn)用繼電 器來控制工業(yè)電氣，但是對于電氣控制，越是復(fù)雜的電路所需求的線路和繼電器就會越多，雖然它的應(yīng)用非常廣泛，但相對而言它的可靠性、靈活性都不高，尤其是在出現(xiàn)故障的時(shí)候，很難進(jìn)行排查和解決相應(yīng)的困難而且不太容易更改。在工業(yè)電氣環(huán)境中，繼電器適應(yīng)不了工業(yè)環(huán)境的變化 [2]。 PLC 的發(fā)展分為四個(gè)不同的階段： (1) PLC 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在這一階段中， PLC 剛剛被設(shè)計(jì)出來，隨之而來的各種順序控制器不斷出現(xiàn)，最終選擇了以微處理器為主要控制核心的 PLC 存留了下來，更加認(rèn)定了它的價(jià)值性。因?yàn)閷λ臉O大需求，驅(qū)動了它的急速的發(fā)展 了起來，并且向著更好更快，更小的方向發(fā)展。 PLC 的一些硬件結(jié)構(gòu)不斷地走向成熟的地步，對于它的應(yīng)用也越來越廣泛。 (2) PLC 的普及階段：隨著 PLC 的不斷發(fā)展，工業(yè)的需求也越來越大，它的生產(chǎn)也就日益增長，它也就越來越普及。 PLC 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品尅是系列化和各種不同的標(biāo)價(jià)。在此時(shí)， PLC 出現(xiàn)了三種不同的塊型：固定輸入輸出型、基本單元擴(kuò)展型、模塊化結(jié)構(gòu)型。 PLC 開始向著順序控制方向發(fā)展，其中三菱公司的 F 系列為主要典型產(chǎn)品。 (3) PLC 的高性能與小型化階段：在這一階段中，電子技術(shù)的不斷提 升，也就帶領(lǐng)著 PLC 向著小型和緊湊的方向發(fā)展，在體積逐漸減小的狀態(tài)下， PLC 的功能并沒有減少，反而更方面有了大大的提高，比如它的運(yùn)算、存儲、功能模塊也有了大大的提高，日本的三菱公司在本階段主要生產(chǎn)了一些小型的 FX 小型 PLC。 (4) PLC 高性能和網(wǎng)絡(luò)化階段： 在這一階段中，隨著 CPU 運(yùn)算速度提高，使得PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域開始涉及工業(yè)自動化。工廠自動化的需要，開發(fā)了適用于過程控制的特殊模塊。與此同時(shí)， PLC 可以連接傳統(tǒng)的編程器， PLC 的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到了迅速發(fā)展，為工廠的自動化奠定了良好的基礎(chǔ)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 36頁 PLC 特點(diǎn) (1) 抗干擾能力強(qiáng)： PLC 其中最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是它的抗干擾能力強(qiáng)，在一些特殊的環(huán)境中，有一些輻射和電磁干擾的情況下， PLC 工作能力也不會受到任何的影響。它的主電路模塊是用大規(guī)模集成電路制成，而且在電路上加入了濾波整流電路，同時(shí)還可以防止受潮、防止塵土、抗震等 [1]。 (2) 通用性強(qiáng)：在 PLC 的控制系統(tǒng)中，不需要繼電器之類的電氣控制元件，它只需要 PLC 內(nèi)部的軟元件進(jìn)行模擬控制。這樣就有效的避免了大量的硬件接線，提高了生產(chǎn)的效率，要想改變程序的功能，只需要改變編程器里的程序。同一 個(gè) PLC裝置可以控制不同的對象，只是輸入 /輸出的組件和對于軟件的控制方式的不同。 PLC交流220V、直流 24V 由 PLC 內(nèi)部所提供。 (3) 編程簡單： PLC 主要是用于面向用戶的設(shè)備，用戶使用必須簡單易學(xué)，最重要的是編程要最簡單易用而且要易懂。在這一點(diǎn)上， PLC 的設(shè)計(jì)者們也是充分考慮到使用者的意圖，對于使用 PLC 的習(xí)慣性。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡單易學(xué)，形象直觀，而且易于掌握，不需要有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)知識和特殊的計(jì)算機(jī)語言。 (4) 功能完善：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)張， PLC 的功能也是越來越多， 新的功能在不斷地增加，從原來的只有普通的控制到現(xiàn)在擁有邏輯的控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)，到現(xiàn)在能夠單獨(dú)的進(jìn)行過程控制、數(shù)模的轉(zhuǎn)換、信息處理和聯(lián)網(wǎng)功能。 PLC 功能的逐漸完善，這意味著它在工業(yè)行業(yè)中的地位是無可取代的，工業(yè)的進(jìn)步是離不開 PLC?，F(xiàn)在，PLC 可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能，這說明未來 PLC 的發(fā)展方向朝著智能化的方向發(fā)展。 (5) 維護(hù)方便： PLC 維護(hù)方便也是 PLC 得到工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的主要原因，維護(hù)的方便可以有效地提高生產(chǎn)效率和減少不必要的投資，這樣有效地幫工廠提高生產(chǎn)利潤。 PLC 的體積較小，結(jié)構(gòu)也不是很復(fù)雜而且 比較耐用，所以維護(hù)比較方便， PLCI/O裝置可以反映生產(chǎn)過程中的變化，還能有效地檢測，這樣更加利于維護(hù) [7]。 PLC 的選型 本次設(shè)計(jì)中，選用的是三菱 FX系列的 FX2N48MR 型號的 PLC,它的輸入輸出點(diǎn)共48個(gè)，滿足一般控制的需求，實(shí)物圖如圖 37所示： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 16 頁 共 36頁 圖 37 三菱 FX2N系列 PLC實(shí)物圖 三菱公司的 FX 系列 PLC 適應(yīng)性廣，擴(kuò)展性也是非常豐富，最多能夠擴(kuò)展到 256個(gè) I/O 點(diǎn)。 FX 系列 PLC 具有很強(qiáng)的通信能力，兼容性也是非常好，基本能夠滿足大多數(shù)對于系統(tǒng)要求比較高的人。它是最廣泛的 PLC 系列產(chǎn)品之一，體積微小適合在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用，其中內(nèi)置 D直流 24V電源可以作為輸