【文章內容簡介】 確定時、高速計數(shù)和模擬信號采集等問題都不易解決。正因為繼電器控制系統(tǒng)的種種缺陷，使得控制系統(tǒng)的使用范圍越來越狹窄，逐步被其他控制系統(tǒng)所取代。此控制系統(tǒng)可利用四個傳統(tǒng)繼電器作為限位開關，并加上輔助電路以實現(xiàn)機械手的功能。但是由于傳統(tǒng)繼電器觸點接觸不良容易出現(xiàn)故障，即故障率高，控制不靈活及功率消耗大，并且接線復雜抗干擾能力差，難以實現(xiàn)模塊化和智能化，性價比較低。所以這種控制方式已經(jīng)逐漸被淘汰，顯然此控制系統(tǒng)不能選用此方案。 我們考慮控制系統(tǒng)控制邏輯部分采用哪一種控制系統(tǒng)，要從控制系統(tǒng)的可靠性要求、系統(tǒng)研發(fā)周期要求和系統(tǒng)應用對象三方面綜合考慮。首先要考慮該控制系統(tǒng)的可靠性要求，可靠性要求嚴格的控制系統(tǒng)必須采用PLC設計。如電梯控制系統(tǒng)等，普通的單片機控制系統(tǒng)或許能從功能上滿足電梯控制系統(tǒng)的功能需求，但普通單片機控制系統(tǒng)的可靠性不如PLC的可靠性高，而可靠性是衡量設備能否正常工作的能力的重要指標，可靠性要求不高的控制系統(tǒng)可以采用單片機控制系統(tǒng)來設計，只有在非常簡單的控制系統(tǒng)當中，我們才考慮采用繼電器控制。其次從系統(tǒng)應用對象來看，控制系統(tǒng)價格較高的系統(tǒng)，我們可以優(yōu)先考慮采用PLC控制系統(tǒng)，如數(shù)控機床刀庫控制系統(tǒng)。如果控制系統(tǒng)的控制對象整體成本價值較低則采用單片機控制系統(tǒng)，如遙控汽車等玩具、全自動洗衣機或家用電器等通常采用帶A/D轉換的8位PIC系列單片機和68系列單片機。最后從研發(fā)周期來看，采用PLC設計系統(tǒng)相當于單片機控制系統(tǒng)設計省去了單片機控制系統(tǒng)硬件電路板的設計，縮短了控制系統(tǒng)的設計時間。PLC單元控制程序可以用梯形圖編寫，并能實現(xiàn)在線仿真，從而進一步的縮短了控制系統(tǒng)程序調試的周期。綜上所述，我們可以看到PLC控制系統(tǒng)同其他控制系統(tǒng)相比，簡單易學，可靠性高，靈活方便，抗干擾能力強，設計周期短，易于維護。PLC以其特有的優(yōu)勢必將在工業(yè)控制領域擁有更廣闊的應用前景。（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10～20ms。（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟件、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高?！LC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強電或弱電等，有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。　為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，就很容易被一般工程技術人員指導所理解和掌握。，維修方便　PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。一般情況下機械手驅動系統(tǒng)的選擇按照動力源分為液壓、氣壓和電動三大類，根據(jù)需要，也可以將這三種基本類型組合成復合式的驅動系統(tǒng)。目前廣泛采用的驅動系統(tǒng)方案的特性、輸出功率和使用方案、控制性能和安全性、結構性能、安裝和維護要求、效率和制造成本比較如下表31所示：特性輸出功率和使用范圍控制性能和安全性結構性能安裝和維護要求效率和制造成本氣壓驅動氣壓較低，輸出功率小，當輸出功率增大時，結構尺寸將過大，只適用于小型、快速驅動壓縮性大，對速度、位置精確控制困難，阻尼效果差，低速不易控制，排氣有噪音結構體積較大，結構易于標準化，易實現(xiàn)直接驅動，密封問題不突出安裝要求不高，能在惡劣環(huán)境種工作，維護方便效率低，～，結構簡單，成本低液壓驅動油壓高，可獲得較大的輸出功率，適用于重型、低速驅動液體不可壓縮，壓力、流量易控制，反應靈敏，可無級調速、能實現(xiàn)速度、位置的精確控制，傳動平穩(wěn)，泄漏對環(huán)境污染結構較氣動要小，易于標準化，易實現(xiàn)直接驅動，密封問題顯得重要安裝要求高（防泄漏），要配置液壓元設備，安裝面積大，維護要求較高～，管路結構較復雜，成本高交直流普通電動機適用于抓其重量較大而速度低的中、重型機器人的驅動，輸出力較大控制性能差，慣性大，不易精確定位，對環(huán)境無影響電動機驅動以實現(xiàn)標準化，需減速裝置，傳動體積較大安裝維修方便成本低步進、伺服電動機步進電動機輸出力較小、伺服電機可大一些，適用于運動控制要求嚴格的中、小型機器人控制性能好，控制靈活性強，可實現(xiàn)速度、位置的精確控制，對環(huán)境無影響體積小，需減速裝置維修使用較復雜成本較高表31驅動系統(tǒng)方案比較綜合考慮以上驅動系統(tǒng)的優(yōu)缺點以及工作要求，選擇液壓驅動系統(tǒng)作為本設計的驅動系統(tǒng)。其圖片如下圖32所示：圖32液壓驅動系統(tǒng)本章首先介紹機械手的控制方案，然后寫出各控制方案優(yōu)缺點，最后經(jīng)比較后得出最佳方案，即用PLC進行控制，接著介紹可編程控制器PLC的特點，最后敘述了各驅動系統(tǒng)方案，根據(jù)本設計要求選擇液壓驅動系統(tǒng)。4系統(tǒng)的硬件設計限位開關又稱行程開關，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變去控制電路和電機。它是一種常用的小電流主令電器，利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。在電氣控制系統(tǒng)中，限位開關的作用是實現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機械設備的行程及限位保護。其構造由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。限位開關就是用以限定機械設備的運動極限位置的電氣開關。這種開關有接觸式的和非接觸式的。 接觸式的比較直觀，機械設備的運動部件上，安裝上行程開關，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關有一定的“超行程”以保護開關不受損壞。 非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。限位開關用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將限位開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，限位開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，限位開關是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。限位開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。常用限位開關如圖41所示，其電氣原理圖a)及圖片c)、d)也如下所示： （a)電氣原理圖 c) 臺灣常用限位開關 d)美國凸輪限位開關圖41常見限位開關及原理圖根據(jù)接觸方式和電路信號需求，本設計中應選擇接近式常開觸點限位開關。此限位開關主要用來控制機械手在運動過程中的停止時刻和停止位置，在機械手控制系統(tǒng)中共用了5個限位開關，即高限位開關，低限位開關、左限位開關、右限位開關、工件到位檢測限位開關。1） 高限位開關 高限位開關用于控制機械手上升時的位置。在機械手工作臺上方的適當位置上安裝好限位開關，然后當機械手上升到可以接觸到高限位開關時，PLC就控制機械手停止上升。2） 低限位開關 低限位開關用于控制機械手下降時的位置。在機械手工作臺下方的適當位置上安裝好限位開關，然后當機械手下降到可以接觸到低限位開關時，PLC就控制機械手停止下降。3） 左限位開關 左限位開關用于控制機械手左移時的位置。在機械手工作臺左方的適當位置上安裝好限位開關，然后當機械手左移到可以接觸到左限位開關時，PLC就控制機械手停止左移。4） 右限位開關 右限位開關用于控制機械手右移時的位置。在機械手工作臺右方的適當位置上安裝好限位開關，然后當機械手右移到可以接觸到右限位開關時，PLC就控制機械手停止右移。5） 工件到位檢測 此限位開關用于控制機械手開始從原點下降的時刻。在機械手的工作臺的適當位置上安裝好限位開關，然后當傳送帶傳送工件到位接觸到此限位開關時，PLC就控制機械手開始下降。電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業(yè)設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其它的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節(jié)閥等。 工作原理電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來開啟或關閉不同的排油孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。二、主要分類電磁閥從原理上分為三大類：1）直動式電磁閥原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。2）分步直動式電磁閥原理：它是一種直動和先導式相結合的原理，當入口與出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。特點：在零壓差或真空、高壓時也能可靠動作，但功率較大，要求必須水平安裝。3）先導式電磁閥原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把