【文章內(nèi)容簡介】 行改造 ,還是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備 .毫無疑問 ,生產(chǎn) ,設(shè)計(jì)周期 越短越好 ,甚至希望邊設(shè)計(jì) ,邊安裝 ,邊調(diào)試和邊生產(chǎn) ,特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代 ,生產(chǎn) 工藝 改造 ,不需改動(dòng)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及其外部接線 ,就能馬上組織生產(chǎn) ,這不僅節(jié)約了勞動(dòng)力 , 而且新產(chǎn)品能盡快投入市場 .這無疑給企業(yè)增加了活力 ,提高了經(jīng)濟(jì)效益 .如果把這些要 求得以實(shí)現(xiàn) ,繼電器或半導(dǎo)體都不能滿足 ,而 PLC 則完全可以實(shí)現(xiàn) .這是因?yàn)槭褂? PLC 不必改動(dòng)外部設(shè)備接線 ,只要對軟件進(jìn)行一些改變就可以了 .也就是說只要改變梯形圖 , 按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可 .這既經(jīng)濟(jì)又簡捷 ,可以達(dá)到事半功倍 的效果 . 據(jù)調(diào)查 ,目前我國 70%的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備 ,都是采用繼電器進(jìn)行控制的 ,除了可靠性差 外 ,程序 設(shè)計(jì)也很繁雜 .從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計(jì)以及施工的設(shè)計(jì) ,圖面的工作量 很大 ,這勢必造成設(shè)計(jì)周期長 .而采用 PLC 控制可以大大縮短設(shè)計(jì)周期 ,甚至有些文件資 料也不必繪制成圖 .設(shè)計(jì)人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入 ,或修改程序使得梯 形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求 .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(chǔ)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(shí)調(diào)用 ,這既簡單 ,方便又保密 . PLC 發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢 :一是向體積更小 ,速度更快 ,功能更強(qiáng)和價(jià)格更低 的微小型方面發(fā)展 。二是向大型網(wǎng)絡(luò)化 ,高可靠性 ,好的兼容性和多功能方面發(fā)展 [12]. 1,大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝 DCS 方向發(fā)展 , 使其具有 DCS 系統(tǒng)的一些功能 . 網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強(qiáng)是 PLC 發(fā)展的一個(gè)重要方面 ,向下可將多個(gè) PLC,I/O 框架相連 ,向上與工業(yè)計(jì)算機(jī) ,以太網(wǎng) , MAP 網(wǎng)等相連構(gòu)成整個(gè)工廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng) . 2,多功能 隨著自調(diào)整 ,步進(jìn)電機(jī)控制 ,位置控制 ,伺服控制等模塊的出現(xiàn) ,使 PLC 控制領(lǐng)域更 加寬廣 . 第三章 機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 本課題設(shè)計(jì)使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 .機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型的 機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿 ,滑桿 ,氣缸 ,氣夾等機(jī)械部件組成 。電氣方面有步進(jìn)電機(jī) ,直流 電機(jī) ,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ,傳感器 ,開關(guān)電源 ,電磁閥等電子器件組成 .該模型是 PLC 技術(shù) , 位置控制技術(shù) ,氣動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器 . 步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動(dòng)作 ,相比直流電機(jī)有更好的制動(dòng)效 果 ,又加上滾珠絲桿和滑桿配合 ,使機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定 .主要 9 特點(diǎn) :體積小 ,具有較 高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率 ,有 定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn) .本模型中采用串聯(lián)型接法 ,其電氣接線圖如圖 31 所示 : 圖 31 步進(jìn)電機(jī)電氣接線圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分 ,信號(hào)輸入部分 ,信號(hào)輸出部分等 ,利用驅(qū) 動(dòng)器可以很方便的對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 , 方向進(jìn)行控制 . 驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供 , 驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用 +24V 供電 ,需加 限流電阻 . 驅(qū)動(dòng)器輸入 PLC 通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動(dòng)器光耦的開合 , PLC 輸出線圈得電 當(dāng) 端為低電平有效 . 傳感器 本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān) .基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開 關(guān) (金屬傳感器 ) ,通過調(diào)整基座和氣夾上的金屬塊的位置 ,可以在一定范圍內(nèi)改變基座和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度 .機(jī)械手的伸縮 ,升降均采用行程開關(guān)來限位 ,并通過改變行程開關(guān)的 位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍 . 1,接近開關(guān) :接近開關(guān)有三根連接線 (棕 ,蘭 ,黑 )棕色接電源的正極 ,藍(lán)色接電源的負(fù)極 ,黑色為輸出信號(hào) ,當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平 ,否則為高電平 .與 PLC 之間的接線圖如下 ,當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí) ,輸出端對地接通 .PLC 內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成 回路 ,PLC 信號(hào)輸入有效 . 10 圖 32 傳感器工作原理 2,行程開 關(guān) :當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時(shí) ,常開點(diǎn)閉合 . 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元 本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的 , 從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn) . 本模型所用輸入 , 輸出均為低電平有效 . 其中 IN 端接 PLC 的輸出端口 ,OUT 端接模型的信號(hào)輸入端 .COM 端接 PLC 的傳感器電源負(fù)端 . 機(jī)械手的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過程 機(jī)械手的全部動(dòng)作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制 . 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需要驅(qū)動(dòng)器 ,有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作 ,且每當(dāng)脈沖由低變 高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走一步 。改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí) ,需 要加方向信號(hào) .機(jī)械手的上升 /下降 ,前伸 /后 縮動(dòng)作就是通過控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的 .基座正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn) 是通過兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來實(shí)現(xiàn)的 . 機(jī)械手的放松 /夾緊 由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制 .當(dāng)該線圈通電時(shí) ,機(jī)械手放松 。該線圈斷電時(shí) ,機(jī)械手 夾緊 [13]. 打開電源 ,按下起動(dòng)按鈕時(shí) ,開機(jī)復(fù)位 .機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖 所示 11 圖 33 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖 機(jī)械手若不在原點(diǎn)則 PLC 向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn) ,橫軸后縮 . 當(dāng)后 縮到位時(shí)碰到后限位開關(guān) ,然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn) ,機(jī)械手上升 .上升到底時(shí)碰到上限位開關(guān) ,上升停止 ,回到原點(diǎn) .主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn) ,機(jī)械手下降 .降到底時(shí)碰到下限位開關(guān) ,下降停 止 ,氣夾電磁閥斷電 ,機(jī)械手夾緊 .夾緊后 ,主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī) 二正轉(zhuǎn) ,機(jī)械手上升 .上升到頂時(shí) ,碰到上限位開關(guān) ,上升停止 .PLC 向驅(qū)動(dòng)器一只輸入脈沖信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn) ,機(jī)械手前伸 ,前伸到位時(shí) ,碰到前限位開關(guān) ,前伸停止 .主 機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn) ,機(jī)械手下降 .降到底時(shí)碰 到下限位開關(guān) ,下降停止 ,同時(shí)夾緊電磁閥斷電 ,機(jī)械手放松 .放松后 ,主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二 只輸入脈沖信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn) ,機(jī)械手上升 .上升到頂時(shí) ,碰到上限位開關(guān) ,上升停 止 .上升到頂時(shí) ,碰到上限位開關(guān) ,上升停止 .PLC 向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平 信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn) ,橫軸后縮 .機(jī)械手后縮 ,當(dāng)后縮到底時(shí)碰到后限位開關(guān) ,然后主 機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號(hào)和電平信號(hào) ,步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn) ,機(jī)械手下降 .下降到底時(shí) 碰到下限位開關(guān) ,下降停止 ,回到原點(diǎn) .至此 ,機(jī)械手經(jīng)過八步動(dòng)作完成一 個(gè)循環(huán) [14]. PLC 程序設(shè)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定及 PLC 類型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 .本裝置需采用晶體管輸出 型可編程控制器 ,可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ,控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行 .由于機(jī)械 手系統(tǒng)的輸入 /輸出點(diǎn)少 ,要求電氣控制部分體積小 ,成本低 ,并能夠用計(jì)算機(jī)對 PLC 進(jìn) 行監(jiān)控和管理 ,該機(jī)械 12 手的控制為純開關(guān)量控制 ,且 I/O 點(diǎn)數(shù)不多 ,僅需 11 個(gè)輸入點(diǎn)和 9 個(gè)輸出點(diǎn) , 考慮留有一定的裕量 . 故選用日本三菱公司生產(chǎn)的多功能小型 FX1N24MTD 主 機(jī) ,該機(jī)輸入點(diǎn)為 14 個(gè) ,輸出點(diǎn)為 10 個(gè) [15]. PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說明指導(dǎo) ,輸入 ,輸出點(diǎn)分配如表所示 . 圖 34 PLC 的 I/O 分配表 PLC 程序的設(shè)計(jì) 梯形圖見附錄 1. PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置 ,因此一般不需要采取什么特殊措 施 ,就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用 .但環(huán) 境過于惡劣 ,電磁干擾特別強(qiáng)烈 ,或安裝使用不 當(dāng) ,都將不能保證 PLC 正常 ,安全 ,可靠的運(yùn)行 .因此 ,討論 PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分 重要的意義 . PLC 控制的安裝與布線 1, 輸入接線 (1)輸入接線一般不要超過 環(huán)境干擾較小 ,電壓降不大時(shí) ,輸入接線 可適當(dāng)長些 . (2)輸入 ,輸出線不能用同一根電纜 ,輸入 ,輸出線要分開 . (3)利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉? PLC 輸入回路中 ,防止信號(hào)干擾 ,使 PLC 輸入信 號(hào)大大增強(qiáng) . 2,電源接線 電源是 PLC 引入干擾的主要途徑之一 , PLC 應(yīng)盡 可能取用電壓波動(dòng)較小 , 波形畸變較 小的電源 , 這對提 13 高 PLC 的可靠性有很大幫助 . PLC 的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備 或強(qiáng)干擾設(shè)備 (如高頻爐 ,弧焊機(jī)等 )分開 .為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力 ,可編程序 控制器供電回路一般可采用隔離變壓器 ,交流穩(wěn)壓器 ,晶體管開關(guān)電源等 .我們正是用了 隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾 .隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層 ,用漆 包線或同等非導(dǎo)磁材料組成 ,電器回路上不允許短路 ,兩極各引出一個(gè)接地抽頭 .初級(jí)與 次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位 ,接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn) .在選用交 15 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 流穩(wěn)壓器時(shí) ,一般可按照實(shí)際最大需求容量的 130%計(jì)算 .這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助 于穩(wěn)壓器工作可靠 [16]. PLC 供電電源為 50Hz,220V177。 10%的交流電 .由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N 系列可編程 控制器 ,所以有直流 24V 輸出接線端 .該接線端可為輸入及傳感器 (如光電開關(guān)或接近開 關(guān) )提供直流 24V 電源 . 3,接地 正確選擇接地點(diǎn) ,完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè) ,其一為了安全 ,其二是為了 抑制干擾 . 完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一 . 系統(tǒng)接地方式有 : 浮地方式 ,直接接地方式和電容接地三種方式 .對 PLC 控制系統(tǒng)而言 ,它屬高速低電平控 制裝置 ,應(yīng)采用直接接地方式 .良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件 ,可以避免偶 然發(fā)生的電壓沖擊危害 .所以我們給可編程控制器接上了專用接地線 . 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 2 機(jī)械手控制程序的調(diào)試 在程序調(diào)試過程中出現(xiàn)了一系列的問題 ,但最終都一一解決了 .在使用 STL 指令編程 時(shí) ,剛開始由于對 STL 指令掌握的不是很好 ,所以犯了不 少錯(cuò)誤 ,加上機(jī)械手模型裝置本 身存在的一些問題 ,所以在調(diào)試程序時(shí) ,機(jī)械手動(dòng)作不符合控制要求 .經(jīng)過不斷查閱資料 , 研究 ,改進(jìn) ,最終程序調(diào)試成功 .機(jī)械手運(yùn)行良好 ,動(dòng)作正確 ,符合控制要求 . 第四章 MCGS 在機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 MCGS 的概述 MCGS(Monitor and Control Generated System,通用監(jiān)控系統(tǒng) )是一套用于快速構(gòu)造 和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件 . 它能夠在基于 Microsoft 的各種 32 位 Windows 平臺(tái)上 運(yùn)行 ,通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采 集處理 ,以動(dòng)畫顯示 ,報(bào)警處理 ,流程控制和報(bào)表輸出等多種 方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案 ,在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用 .其主要特征和 功能大體為 :具有簡單靈活的可視化操作界面 ,實(shí)時(shí)性強(qiáng) ,有良好的并行處理性能 ,有豐 富生動(dòng)的多媒體畫面 ,開放式結(jié)構(gòu) ,廣泛的 14 數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能 ,完善的安全 機(jī)制 ,強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能 ,多樣化的報(bào)警功能 ,支持多種硬件設(shè)備 ,方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流 程 ,良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性 ,設(shè)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便 ,能實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng) 的分布式控制和管理等等 [17]. MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài) 環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分 . 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行 ,組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟 件 ,它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng) .用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件 ,稱 為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫 .