【文章內(nèi)容簡介】 環(huán)境中進(jìn)行工作 3）機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械手即由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機(jī)構(gòu)等)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手。它是一種附屬于工作主機(jī)的專用機(jī)械手，其動(dòng)力是由工作機(jī)械傳遞的。它的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠，用于工作主機(jī)的上、下料。動(dòng)作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動(dòng)作程序不可變。(2)按控制方式分 1）點(diǎn)位控制它的運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的移動(dòng)，只能控制運(yùn)動(dòng)過程中幾個(gè)點(diǎn)的位置，不能控制其運(yùn)動(dòng)軌跡。若欲控制的點(diǎn)數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機(jī)械手均屬于此類。2）連續(xù)軌跡控制它的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點(diǎn)是設(shè)定點(diǎn)為無限的，整個(gè)移動(dòng)過程處于控制之下，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機(jī)械手一般采用小型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 很多機(jī)電設(shè)備都需要設(shè)置初始位置，當(dāng)設(shè)備中的相關(guān)部件不在初始位置時(shí)，設(shè)備就不能啟動(dòng)運(yùn)行。如汽車發(fā)動(dòng)時(shí)，離合器必須在“離|”的位置或檔位必須在“空擋”的位置，否則會(huì)造成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷啟動(dòng)而損壞零件；也可能會(huì)因?yàn)榉较虮P沒有打好造成汽車亂跑的事故。為了保證設(shè)備和人身的安全，機(jī)電設(shè)備必須設(shè)置初始位置。 機(jī)械手有初始位置的要求任何有程序控制的機(jī)械設(shè)備或裝置都有初始位置，它是設(shè)備或裝置運(yùn)行的起點(diǎn)。初始位置的設(shè)定應(yīng)結(jié)合設(shè)備或裝置的特點(diǎn)和實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行，不能隨意設(shè)置。機(jī)械手的初始位置要求所有氣缸活塞桿均縮回。由于機(jī)械手的所有動(dòng)作都是通過氣缸來完成的，因此初始位置也就是機(jī)械手正常停止的位置。因?yàn)橥Ｖ沟臅r(shí)間有可能比較長，如果停止時(shí)氣缸的活塞桿處于伸出狀態(tài)，活塞桿表面長時(shí)間暴露在空氣中，容易受到腐蝕和氧化，導(dǎo)致活塞桿表面光潔度降低，引起氣缸的氣密性變差。當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)活塞桿縮進(jìn)、伸出，由于表面光潔度降低，就好像拿一把銼刀在銼氣缸內(nèi)的密封圈，時(shí)間長了就會(huì)引起氣缸漏氣。一旦漏氣，氣缸就不能穩(wěn)定的工作，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成氣缸損壞。因此初始位置要求所有氣缸活塞桿均縮回，保證了氣缸的正常使用壽命。從安全的角度出發(fā)，氣缸的穩(wěn)定工作也保證機(jī)械手的安全運(yùn)行。由于機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)氣缸沒有活塞桿，初始位置機(jī)械手的懸臂氣缸如果停留在右限位，也是可以的。，懸臂氣缸活塞桿處于縮回狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)械手懸臂伸出越長，懸臂氣缸活塞桿受到的作用力就越大，旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要做的功越大。機(jī)械手懸臂氣缸活塞桿伸出時(shí)，旋轉(zhuǎn)氣缸軸心到手臂氣缸活塞桿的垂直距離為278mm，縮回時(shí)的垂直距離為178mm。如果機(jī)械手懸臂伸出較長，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)增加對(duì)設(shè)備的沖擊，容易造成懸臂氣缸活塞桿扭曲變形和設(shè)備的損壞。因此，從設(shè)備安全運(yùn)行的角度出發(fā)，旋轉(zhuǎn)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)懸臂氣缸活塞桿處于縮回狀態(tài)。 手指在抓取工件前后和放置工件前有延時(shí)這種設(shè)計(jì)思路唯一的目的是讓氣缸能穩(wěn)定可靠地抓取和放置工件。因?yàn)闅庾^小，當(dāng)手臂氣缸活塞桿下降到下限位傳感器接受到信號(hào)時(shí)，直接驅(qū)動(dòng)氣爪夾緊，一方面顯得很倉促，另一方面要夾準(zhǔn)工件，對(duì)設(shè)備的調(diào)試精度要求很高：首先要將氣爪的中心于工件停留位置的中心對(duì)準(zhǔn)，然后又要確保每次送過來的工件停留位置一致，另外，手臂氣缸下限位傳感器安裝的位置要合適，偏高會(huì)造成手臂氣缸活塞桿的形成沒有到底就驅(qū)動(dòng)氣爪夾緊，工件會(huì)被氣爪撞擊。若在氣爪夾緊工件、手臂氣缸活塞桿提升的環(huán)節(jié)里加入延時(shí)，就能可靠的將工件提升搬運(yùn)。在機(jī)械手放置工件前加延時(shí)，一方面是為了讓手臂氣缸活塞桿下降到最低處，另一方面在降到最低處后有個(gè)停頓，能消除工件下降過程中的慣性作用，使工件以最小的沖擊力平穩(wěn)的放到位置上。這些細(xì)節(jié)上的要求在調(diào)試亞龍Y235A型光機(jī)電一體化設(shè)備時(shí)，更突出了它的重要性。 機(jī)械手每個(gè)動(dòng)作時(shí)間的轉(zhuǎn)換都通過傳感器的位置信號(hào)控制通過傳感器來檢測(cè)機(jī)械手的每個(gè)動(dòng)作執(zhí)行情況以及是否到位，能確保機(jī)械手完整地執(zhí)行每個(gè)搬運(yùn)環(huán)節(jié)，可靠的完成整個(gè)工作過程。這種控制方式屬于狀態(tài)控制，是目前機(jī)械設(shè)備操控設(shè)計(jì)普遍采用的控制方法。它能使機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)確無誤的完成工作任務(wù)，一旦出現(xiàn)故障，設(shè)備維修人員能快速準(zhǔn)確的判斷故障出現(xiàn)的位置，及時(shí)修復(fù)。在機(jī)械手運(yùn)行過程中，按下停止按鈕SB6 ，要求機(jī)械手完成當(dāng)前工件的搬運(yùn)后，回到原位停止。也就是當(dāng)停止信號(hào)出現(xiàn)時(shí)不能立即停止，必須讓機(jī)械手完成一個(gè)工作循環(huán)后才能停止。那么首先要分清楚機(jī)械手一個(gè)工作循環(huán)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，工作任務(wù)中講的初始位置就是機(jī)械手一個(gè)工作循環(huán)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。編寫程序時(shí)可利用一個(gè)輔助繼電器M，通過停止信號(hào)使輔助繼電器M吸合并自鎖，利用啟動(dòng)信號(hào)切斷回路使M復(fù)位，然后在最后一個(gè)步進(jìn)完成時(shí)，將輔助繼電器M的常開觸點(diǎn)串進(jìn)輸出停止步進(jìn)的回路，將輔助繼電器M的常閉觸點(diǎn)串進(jìn)輸出啟動(dòng)步進(jìn)的回路，就可符合工作任務(wù)的要求。如果機(jī)械手在搬運(yùn)過程中遇到突然斷電等突發(fā)情況，要保證機(jī)械手所有氣缸的氣路狀態(tài)斷電瞬間不改變、夾持的工件不掉下，電磁閥的配置就需要有選擇。要做到上述功能，機(jī)械手的懸臂氣缸、手臂氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸必須用二位五通雙控電磁閥驅(qū)動(dòng)。氣爪氣缸一般情況下選用二位五通單控電磁閥。我們來分析一下氣爪的工作過程：機(jī)械手手臂降到A處，氣爪夾緊工件，運(yùn)到B處放下，那么我們只要使氣爪夾工件前松開一次，夾緊后搬運(yùn)到B處放料時(shí)在松開一次，其余時(shí)間段全部夾緊。讓二位五通單控電磁閥線圈通電時(shí)氣爪松開，斷電時(shí)氣爪夾緊，那么無論在哪個(gè)環(huán)節(jié)，即使遇到突然斷電等突發(fā)情況，夾持的工件也不會(huì)掉下。模塊四 控制單元 可編程控制器的定義PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。我國工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低，如機(jī)械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼器和接觸器控制。加入WTO后，中國正日益成為世界新的制造業(yè)基地，制造業(yè)的控制主要以邏輯控制為主，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化改造也為PLC的應(yīng)用提供廣闊的發(fā)展空間。由于PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快、可靠性高，又具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，很快被應(yīng)用到各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，可編程序控制器應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在許多場(chǎng)合傳統(tǒng)的順序控制器，如繼電接觸器控制、二極管矩陣邏輯以及硬接線的數(shù)字邏輯等，已被具有存儲(chǔ)功能的可編程序控制器所代替。目前中國還是制造業(yè)大國，是世界的生產(chǎn)加工中心，有大量的制造業(yè)，就必須用各種生產(chǎn)設(shè)備，大部分生產(chǎn)設(shè)備都和 PLC 有關(guān)，需要大量的精通 PLC 控制的從業(yè)人員。　產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已發(fā)生調(diào)整，逐漸有勞動(dòng)力密集型轉(zhuǎn)化為技術(shù)密集型，大量的新設(shè)備被采用，這些設(shè)備很多都和 PLC 控制相關(guān)，需大量的高技術(shù)人才。　 可編程控制器的基本組成及特點(diǎn)可編程序控制器(Programmable Contmller)原本應(yīng)簡稱PC，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)專稱PC相區(qū)別，所以可編程序控制器簡稱定為PLC(Programmable Logic Controller)，但并非說PLC只能控制邏輯信號(hào)。PLC是專門針對(duì)工業(yè)環(huán)境應(yīng)用設(shè)計(jì)的，自帶直觀、簡單并易于掌握編程語言環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置。PLC的基本組成：PLC基本組成包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入，輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接D、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等)、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實(shí)際控制對(duì)象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。 PLC 的組成PLC硬件電路由中央處理器、存儲(chǔ)器、接口、編程器和電源五部分組成。 PLC的組成框圖(1) 中央處理器中央處理器(CPU)由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成并集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線總線、地址總線、控制總線和電源總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、編程器和電源相連接。小型PLC的CPU采用8位或16位微處理器或單片機(jī)，如803M68000等，這類芯片價(jià)格很低。中型PLC的CPU采用16位或32位微處理器或單片機(jī)，如80896系列單片機(jī)等，這類芯片主要特點(diǎn)是集成度高、運(yùn)算速度快且可靠性高i而大型PLC則需采用高速位片式微處理器。CPU按照PLC內(nèi)系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC控制系統(tǒng)完成各項(xiàng)工作任務(wù)。(2) 存儲(chǔ)器PLC內(nèi)的存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)等。1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器PLC系統(tǒng)程序決定了PLC的基本功能，該部分程序由PLC制造廠家編寫并固化在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，主要有系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用等部分。系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作：用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行。功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序。系統(tǒng)程序?qū)儆谛栝L期保存的重要數(shù)據(jù)，所以其存儲(chǔ)器采用ROM或EPROM。ROM是只讀存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器只能讀出內(nèi)容，不能寫入內(nèi)容，ROM具有非易失性，即電源斷開后仍能保存已存儲(chǔ)的內(nèi)容。EPEROM為可電擦除只讀存儲(chǔ)器，須用紫外線照射芯片上的透鏡窗口才能擦除已寫入內(nèi)容，可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器還有E2PROM、FLASH等。2)用戶程序存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器用于存放用戶載入的PLC應(yīng)用程序，載入初期的用戶程序因需修改與調(diào)試，所以稱為用戶調(diào)試程序，存放在可以隨機(jī)讀寫操作的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM內(nèi)以方便用戶修改與調(diào)試。通過修改與調(diào)試后的程序稱為用戶執(zhí)行程序，由于不需要再作修改與調(diào)試，所以用戶執(zhí)行程序就被固化到EPROM內(nèi)長期使用。3) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器PLC運(yùn)行過程中需生成或調(diào)用中間結(jié)果數(shù)據(jù)(如輸入/輸出元件的狀態(tài)數(shù)據(jù)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的預(yù)置值和當(dāng)前值等)和組態(tài)數(shù)據(jù)(如輸入輸出組態(tài)、設(shè)置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲(chǔ)區(qū)保持范圍、模擬電位器設(shè)置、高速計(jì)數(shù)器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等)，這類數(shù)據(jù)存放在工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，由于工作數(shù)據(jù)與組態(tài)數(shù)據(jù)不斷變化，且不需要長期保存，所以采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM。RAM是一種高密度、低功耗的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池作為備用電源，一旦斷電就可通過鋰電池供電，保持RAM中的內(nèi)容。(3) 接口輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。PLC的輸入接口有直流輸入、交流輸入、交直流輸入等類型：輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出和繼電器輸出等類型。晶體管和晶閘管輸出為無觸點(diǎn)輸出型電路，晶體管輸出型用于高頻小功率負(fù)載、晶閘管輸出型用于高頻大功率負(fù)載：繼電器輸出為有觸點(diǎn)輸出型電路，用于低頻負(fù)載?，F(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件輸入給PLC各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。輸出接口電路將CPU送出的弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。1) 輸入接口輸入接口用于接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭等開關(guān)量輸入信號(hào)。另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變換器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。以直流輸入接口電路為例，R1是限流與分壓電阻，R2與C構(gòu)成濾波電路，濾波后的輸入信號(hào)經(jīng)光耦合器T與內(nèi)部電路耦合。當(dāng)輸入端的按鈕SB接通時(shí)，光耦合器T導(dǎo)通，直流輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換咸PLC能處理的5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電平(簡稱1TL)，同時(shí)LED輸入指示燈亮，表示信號(hào)接通。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。交流輸入與交直流輸入接口電路與直流輸入接口電路類似。2) 輸出接口輸出接口電路向被控對(duì)象的各種執(zhí)行元件輸出控制信號(hào)。常用執(zhí)行元件有接觸器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥(模擬量)、調(diào)速裝置(模擬量)、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成，與輸入接口電路類似，內(nèi)部電路與輸出接口電路之間采用光電耦合器進(jìn)行抗干擾電隔離。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號(hào)送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號(hào)放大。(4) 其它接口若主機(jī)單元的I/O數(shù)量不夠用，可通過I/O擴(kuò)展接口電纜與∞擴(kuò)展單元(不帶CPU)相接進(jìn)行擴(kuò)充。PLC還常配置連接各種外圍設(shè)備的接口，可通過電纜實(shí)現(xiàn)串行通信、EPROM寫入等功能。(5) 編程器編程器作用是將用戶編寫的程序下載至PIE的用戶程序存儲(chǔ)器，并利用編程器檢查、修改和調(diào)試用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行過程，顯示PLC狀態(tài)、內(nèi)部器件及系統(tǒng)的參數(shù)等。編程器有簡易編程器和圖形編程器兩種。簡易編程器體積小，攜帶方便，但只能用語句形式進(jìn)行聯(lián)機(jī)編程，適合小型PLC的編程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。圖形編程器既可用語句形式編程，又可用梯形圖編程，同時(shí)還能進(jìn)行脫機(jī)編程。(6) 電源PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。PLC大都采用高質(zhì)量的工作穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的開關(guān)穩(wěn)壓電源，許多PLC電源還可向外部提供直流24V穩(wěn)壓電源，用于向輸入接口上的接入電氣元件供電，從而簡化外圍配置。 S7—200可編程程控制器的外形結(jié)構(gòu)S7—200 PLC系列PLC由PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊組成。其中，PLC主機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器、通信電路、基本輸入／輸出電路、電源等基本模塊組成，相當(dāng)一個(gè)整體式的PLC，可以單獨(dú)完成控制功能，它包含一個(gè)控制系統(tǒng)所需的最小組成單元?？刹灏谓泳€端子(224,226)通訊口24V 傳感器 電源輸出Panel安裝固定孔安裝于標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上 的夾子 可選卡插槽 內(nèi)部: 電源 超級(jí)電容 時(shí)鐘(224(XP),226)I/O 點(diǎn)狀態(tài) LED可插拔模擬量終端 S7200的外形結(jié)構(gòu)圖，雖然PLC的外觀與通用計(jì)算機(jī)有較大差別，但在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，PLC只是像一臺(tái)增強(qiáng)了I／0功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。 可編程控制器的特點(diǎn)(1) PLC抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。