【文章內(nèi)容簡介】 PLC 技術(shù)將圍繞如下幾個方面發(fā)展。 （一）進一步加快 CPU 的處理速度。全面使用高速 CPU 芯片和 24 位、 32位、 64 位 RIST 芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可以使速度達到ns 級。 （二）變革操作控制方式。大量使用中斷驅(qū)動方式，以增加對輸入 /輸出（ I/O）的快速反應(yīng)能力。 （三）發(fā)展自能化模塊。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù) /模（ D/A）轉(zhuǎn)換模塊、 PID 控制模塊及一些自能化 I/O 模塊。 （四）進一步提高可靠性。 PLC 將在硬件上采用多 CPU 的容錯系統(tǒng)，軟件上開發(fā)更加高級的診斷程序，以及發(fā)展軟件的容錯技術(shù)，增強 PLC 的自診斷和外部故障檢測功能等。在 PLC 線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號；還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來，從而起到自動恢復(fù)作用。 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 5 第四節(jié) 可編程控制器的基本功能和特點 一、 PLC 的基本功能 （一）邏輯控制功能 邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。 PLC 設(shè)置 有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此 PLC 中一個邏輯位的狀態(tài)可以無限次地使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。 （二）定時控制功能 PLC 中用戶提供使用的定時器，定時器的設(shè)定值（定時時間）可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。 （三）記數(shù)控制功能 PLC 為用戶提供了很多計數(shù)器。計數(shù)器到某一定值時（設(shè)定值），產(chǎn)生一個狀 態(tài)信號，利用該信號實現(xiàn)對某個操作的記數(shù)控制。 PLC 將根據(jù)用戶用計數(shù)器指令指定的計數(shù)器對某個控制信號的狀態(tài)改變次數(shù)進行計數(shù)，以完成對某個工作過程的計數(shù)控制。 （四）步進控制功能 PLC 為用戶提供了若干個狀態(tài)器，可以實現(xiàn)由時間、技術(shù)和其他指定邏輯信號為轉(zhuǎn)移條件的步進控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時，自動進行下一道工序。 （五）數(shù)據(jù)處理功能 大部分 PLC 都有數(shù)據(jù)處理功能，可實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。 第一章 機械手基本知識 6 （六）過程控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能方便地對模擬量的控制調(diào)節(jié)。 （七）通信聯(lián)網(wǎng)功能 有些 PLC 采用通信技術(shù)，可以多臺 PLC 之間的同位鏈接、 PLC 與計算機之間的通信等。 （八）監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對 PLC的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護提供極大的方便。 （九）停電記憶功能 PLC 內(nèi)部的部分存儲器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分存儲器中的信息不 會丟失。 （十 )故障診斷功能 PLC 可對系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴(yán)重錯誤則自動終止運行。 二、 PLC 的特點 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機， 30 年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步，其領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用 ，主要特點有：可靠性高，抗干擾能力強，能適應(yīng)工廠環(huán)境。 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 7 第五節(jié) PLC 的分類 PLC的種類很多，其實現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此， PLC 的分類并沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實現(xiàn)的功能大致地分類。 一、 按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。 (一）整體式 PLC 整體式 PLC的 CPU、存儲器、 I/O 安裝在同一機體內(nèi)（如三菱的 FX系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低。適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機控制。 （二）模塊式 PLC 組合式 PLC為總線結(jié)構(gòu)。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。 二、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. （一）微型 PLC I/O 點數(shù)小于 64點 （二）小型 PLC I/O 點數(shù)在 64256點之間。 （三）中型 PLC I/O 點數(shù)在 256點 — 512點之間。 （四）大型 PLC I/O 點數(shù)在 512— 8192之間。 （五）超大型 PLC 大于 8192點 三、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和高檔 PLC三類 第二章 機械手的設(shè)計 8 第二章 機械手的設(shè)計 第一節(jié) 機械手設(shè)計的目的 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機械設(shè)計、制造行業(yè)的人才而開設(shè)的專業(yè)。而工業(yè)機械手課程設(shè)計不僅培養(yǎng)設(shè)計者對機械的認(rèn)識、運用能力 , 而且 液壓、氣壓、電氣傳動及單片機、 PLC、可編程控制器等控制系統(tǒng)與基本理論知識。主要是通過培養(yǎng)學(xué)生的機械設(shè)計能力、擴展學(xué)生的知識結(jié)構(gòu) 和幫助學(xué)生培養(yǎng)綜合運用能力，是課堂教學(xué)的有益補充。 第二節(jié) 機械手設(shè)計的原理 機械手的設(shè)計原理是以人的手為基礎(chǔ)，以機械拉來實現(xiàn)人的動作，它的動作由以下四部分來實現(xiàn)：自由度的旋轉(zhuǎn)、肩的前后動作、肘的上下動作、腕 (手 )的動作。 工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設(shè)計上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格，應(yīng)能處理一般的機械設(shè)備的問題或通常液壓件的安裝。該控制系統(tǒng)的設(shè)計是可以給操作臂一個信號的動力反饋系統(tǒng)。該工作臂類似一個伸 縮儀。在方位、肩部和肘部上的三個軸直接控制位置，利用主臂控制速度。在機械手的操作柄有一個按鈕來控制工作頭（降低、翻轉(zhuǎn)、傾斜和抓住的裝置）?？刂葡到y(tǒng)的特性是可以使操縱器以一定的速度和精確性進行工作。 在工作過程中，當(dāng)工件過來后，將光擋住，此時相當(dāng)輸入一個信號系統(tǒng)，手開始抓。然后，機械手開始進行上升，轉(zhuǎn)動和下降運動。 基于 PLC 控制的機械手畢業(yè)設(shè)計 2022 屆畢業(yè)生設(shè)計成果 9 第三節(jié) 機械手的用途 可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）是一種適用性強的工業(yè)用控制器，廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)生產(chǎn)線，移動機械設(shè)備的控制等環(huán)境較惡劣 的工業(yè)場合。其工作性能穩(wěn)定，可擴展性強，應(yīng)用簡便。根據(jù)不同的模塊配置，可以進行邏輯及算數(shù)運算，對數(shù)字開關(guān)量、模擬量等進行控制和采集，同時具有豐富的總線接口形式，可以利用公開的協(xié)議與不同設(shè)備構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)。在我們所研制的工業(yè)機械手中，各關(guān)節(jié)由比例閥或開關(guān)閥構(gòu)成開環(huán)液壓控制回路，實現(xiàn)比例 調(diào)速或開關(guān)動作，因此我們選用了西門子系列 PLC 作為其控制器。 在一些環(huán)境復(fù)雜的應(yīng)用場合，尤其是對于移動機械設(shè)備，控制系統(tǒng)的布線受到諸多限制，操作人員與控制系統(tǒng)的位置安排不方便。因此，具有高度靈活性的無線遙控 操作系統(tǒng)的應(yīng)用得到 了推廣。目前工業(yè)上應(yīng)用的無線遙控操作系統(tǒng)一般采用無線電數(shù)字傳輸方式。一些芯片廠商如Infineon、 Micrel、 RF Monolithics、 Melexis、 CML、 ATMEL 等也都推出了各種適應(yīng)于不同場合和要求的 RF 芯片。 第三章 機械手分選大小球設(shè)計 10 X1 左限位 y2 右行→ y3 左行← X2 大球右限 X3 小球右限 X4 上限位 X5 下限位 y0 升↑ y1 降↓ 吸頭 Y4 大球 小球 (吸抵小球時 )X5 動作 (吸抵大球時 )X5 不動作 吸 第 三 章 機械手分選大小球設(shè)計 第一節(jié) 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 —— 原始資料 一、 目的 （一）指