【文章內容簡介】 （1）整體式PLC 整體式PLC的CPU、存儲器I/O安裝在統(tǒng)一機體內（如三菱的FX系列）。這種結構的特點是：結構簡單、體積小、價格低。適用于嵌入控制設備的北部，常用與單機控制。（2）模塊式PLC 組合式PLC為總線結構。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴展容易。2. 按I/O點數(shù)和功能分類 I/O的點數(shù)是衡量PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚉LC、中型PLC、和大型PLC。 (1) 微型PLC I/O點數(shù)小于64點(2) 小型PLC I/O點數(shù)在6456點之間 (3) 中型PLC I/O點數(shù)在256512點之間(4) 大型PLC I/O點數(shù)在5128192點之間3. 按控制實現(xiàn)的功能分類按照PLC所能實現(xiàn)的功能不同，可以把PLC大致地分為低檔PLC、中檔PLC、高檔PLC三類。PLC主要有中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、EPROM）、I/O、電源、擴展接口和編程器接口等部分組成。在常規(guī)電氣控制電路中，輸入元件和輸出元件的連接是通過導線連接的。而PLC的輸入元件和輸出元件的連接不是通過導線連接的，而是通過程序來連接的。所以不會發(fā)生常規(guī)電氣控制電路所出現(xiàn)的問題。PLC的控制程序由編程器或計算機通過編程電纜輸入到PLC中，還可以對PLC內部控制的狀態(tài)和參數(shù)進行監(jiān)控和修改，十分方便。當控制功能發(fā)生變化時，不必重新改接線，只需改變程序就可以了。FX2N型可編程序控制器上設置有4個指示燈，以顯示PLC的電源、運行/停止、內部鋰電池的電壓、CPU和程序的工作狀態(tài)。FX2N型可編程序控制器是一種小型機，一般小型機多采用整體式，當輸入輸出不夠用時可以通過擴展端口增加輸入輸出的擴展模塊，通過擴展端口還可以連接各種特殊模塊。 圖11可編程控制器實物組成編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)電源圖12 PLC硬件的基本結構圖（1） CPU模塊在PLC系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。（2） I/O模塊輸入（INPUT）模塊和輸出（OUTPUT）模塊簡稱I/O模塊，他們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，數(shù)字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數(shù)字開關、限位開關、接地開關、光電開關、等數(shù)字信號，模擬輸入模塊用來接收電位器，測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。數(shù)字量輸入模塊用來控制接觸、器電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警器裝置器等輸出設備，模擬量輸出模塊用來控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸出/輸出信號電壓信號一般較高,如DC5V和AC220V，可防止從外部引入的尖峰的電壓和干擾信號可能損壞CPU模塊中的元器件或影響PLC的正常工作。I/O模塊中，用光電耦合器、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負載，I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離作用。（3） 編程裝置編程裝置用來生成用戶程序，并對它進行編輯、檢查和修改，手持式編程不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用來現(xiàn)場調試和維護。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同的編程語言的互相轉換，程序被編譯下載到PLC也可以實現(xiàn)遠程編程和傳遞。（4） 電源 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內部的開關電源為各模塊提供各種直流電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。 可編程控制的軟件系統(tǒng)和程序PLC是一種工業(yè)控制計算機，不僅有硬件，軟件也是必不可少的。在PLC中軟件分為兩大部分，即系統(tǒng)程序和用戶程序。( 1 ) 系統(tǒng)程序時PLC賴以工作的基礎，采用匯編語言寫，在PLC車廠時就醫(yī)固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲器中，不需要用戶干擾。系統(tǒng)程序分為系統(tǒng)監(jiān)控程序和解釋程序。 ( 2 ) 用戶程序又稱為應用程序，是用戶為完成某一特定任務而利用PLC的編程語言而編制的程序。用戶程序通過編程器輸入到PLC的用戶存儲器中，通過PLC的運行而完成這一特定的任務。 可編程控制器的工作原理PLC內部有許多具有不同功能的器件，實際上這些器件是由電子電路和存儲器組成的。例如，輸入繼電器X由輸入電路和映像輸入觸點的存儲器組成；輸出繼電器Y由輸出電路和映像輸出點的存儲器組成；定時器T、計數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址積存器V/Z等都有存儲器組成。為了把它們與普通的硬件區(qū)分開，通常把上面的器件成為軟器件。從工作過程看，只注重器件的功能和器件的名稱。如，輸入繼電器X、輸出繼電器Y等，而且每個器件都有確定的地址編號，這對編程十分重要。PLC的工作原理可概括為；在系統(tǒng)管理程監(jiān)控下，對I/O集中采樣、順序執(zhí)行用戶程序并將運算結果集中輸出的工作過程，與計算機不同的是，計算機一般采用查詢等待命令的工序的執(zhí)行并轉到相應子程序。因此，當控制軟件發(fā)生故障時，會一直等待鍵盤或I/O命令，可能發(fā)生死機現(xiàn)象。而PLC作為專用工業(yè)控制機，一般采用掃描用戶程序工作方式，系統(tǒng)管理及應用程序的執(zhí)行全部是以循環(huán)掃描方式完成。當軟件發(fā)生故障時，可以定時執(zhí)行下一輪掃描，避免了死機現(xiàn)象，因此可靠性更高。 解決的主要問題機械手主要由手部和運動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2～3個自由度。 機械手的種類，按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。主要解決代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。第2章 設計原理 操作原理簡要說明機械手有手動、單周期、多周期和回原點五種工作方式，機械手在最上面、最左邊且電磁鐵線圈斷電，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或稱初始狀態(tài)）。在用戶程序中，坐限位開關，上限位開關的常開觸點和表示電磁鐵線圈斷電常閉觸點的串聯(lián)電路接通時，“原點條件”輔助繼電器變位NO。在通過初始化指行IST利用輔助繼電器來決定機械手的工作方式， 在單周工作方式下，在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后，機械手從初始步開始一個接一個周期地反復連續(xù)的工作。在按下停止按鈕并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在單步工作方式下，從初始步開始，按下按鈕系統(tǒng)轉換到下一步完成該步任務后，自動停止工作并停留在該步，再按一下啟動按鈕才轉到下一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調試。在選擇單周期，多周期和單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)，如果不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式。機械手的一個工作周期（動作順序）為下降、夾緊、上升、右行、下降、釋放、上升、左行返回。當機械手在原點狀態(tài)時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位時，下限位處于斷電狀態(tài)。夾緊，然后機械手上升，上升到上限位時，機械手臂右行。當右行到右限位時，機械手下降，下降到下限位時氣抓斷電，釋放工件，工件放入指定位置。然后回到原點。當機械手在原點時，按下啟動按鈕，機械手下降到為達下限位時，接通，夾緊工價，機械手上升，上升到上限位時，機械手臂右行，當右行到限位開關時機械手下降，下降到下限位時，氣抓放松。然后回到原點位置，機械手動作完成。 機械手的構成 執(zhí)行機構包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可轉動、開閉手指。機械手手部的構造系模仿人的手指，分為無關節(jié)、固定關節(jié)和自由關節(jié)三種。手指的數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作的需要。所謂沒有手指的手部，一般是指真空吸盤。本設計采用二指的構造。手臂有無關節(jié)臂和有關節(jié)臂之分。手臂的作用是引導手指準確的捉住工件，并運送到所需要的位置上。為了使機械手能夠正確的工作，手臂的三個自由度都需要精確的定位。總之，機械手的運動離不開直線移動和轉動二種，因此它采用的執(zhí)行機構主要是直線液壓缸、擺動液壓缸、電液脈沖馬達、伺服液壓馬達、交流伺服電動機、直流伺服電動機和步進電動機等。軀干是安裝手臂、動力源和各種執(zhí)行機構的支架。驅動機構主要有四種；液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動和機械驅動。其中以電氣、氣動用的最多，占90%以上；液壓機械驅動用的較少。液壓驅動主要是通過液壓缸、閥、液壓泵和油箱等實現(xiàn)傳動。它利用液壓缸、液壓馬達加齒輪、齒條實現(xiàn)直線運動；利用擺動液壓缸、液壓馬達與減速器、液壓缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實現(xiàn)回轉運動。液壓驅動的優(yōu)點是壓力高、體積小、出力大，動作平緩，可無極變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點是需配備壓力源，系統(tǒng)復雜，成本較高。氣壓驅動所采用的元件為氣壓缸、氣馬達、氣閥等。一般采用4到6個大氣壓（392到588kpa),個別的達到810個大氣壓（785981kpa）。它的優(yōu)點是氣源方便，維護簡單，成本低。缺點是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點位控制，而且潤滑性差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。本設計的手爪部分采用氣壓驅動。電氣驅動時，直線運動可采用電動機帶動絲杠、螺母機構。通用機械手則考慮采用步進電動機、直流或交流的伺服電動機、變速箱等。電氣驅動的優(yōu)點是動力源簡單，維護、使用方便。驅動機構和控制系統(tǒng)可以采用同一形式的動力，出力比較大。本設計采用步進電動機驅動手臂運動，直流電動機驅動手爪和機械手的旋轉運動。機械驅動只用于工作固定的場合。一般用凸輪連桿機構實現(xiàn)規(guī)定的動作。她的優(yōu)點是動作確實可靠，工作速度高，成本低；缺點是不易于調整。機械手控制的要素包括工作順序、到達位置、動作時間、運動速度和加減速度等。機械手的控制分為點位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點位控制為主，占90%以上?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動作的要求，設計采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以存儲，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機械手進行工作。對動作復雜的機械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、以小型計算機或微處理機控制的系統(tǒng)。本設計的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等優(yōu)點。 各電氣設備的控制方式及控制要求根據(jù)古典力學觀點，物體在三維空間內的靜止位置是由三個坐標和繞三軸旋轉的角度來決定。因此，抓握物體的位置和方向（即關節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機械手，其技能要接近于人的上肢，則需要具有27個自由度，而每一個自由度至少要有一根人造肌肉。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的人造肌肉。就目前的技術狀況而言，上述功能還很難辦到，而且把機械手的運動搞的那么復雜，動作彼此嚴重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機、本體、手臂和手指都得有三個直線運動和三個旋轉運動，總共要有24個自由度。這在實際上也是不必要的，這樣會使機械手結構復雜，費用增多。因此，不應盲目模仿人手