【文章內(nèi)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(guān)，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(fù)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(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)計，只有在非常簡單的控制系統(tǒng)當(dāng)中，我們才考慮采用繼電器控制。其次從系統(tǒng)應(yīng)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(zhuǎn)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(shè)計系統(tǒng)相當(dāng)于單片機控制系統(tǒng)設(shè)計省去了單片機控制系統(tǒng)硬件電路板的設(shè)計，縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)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(diào)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(xué)，可靠性高，靈活方便，抗干擾能力強，設(shè)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(lǐng)域擁有更廣闊的應(yīng)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(nèi)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(guān)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(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)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(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強電或弱電等，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接?！榱诉m應(yīng)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(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)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(shù)人員指導(dǎo)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(shè)備與PLC相應(yīng)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(jié)構(gòu)，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(fù)運行。一般情況下機械手驅(qū)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(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。目前廣泛采用的驅(qū)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能安裝和維護要求效率和制造成本氣壓驅(qū)動氣壓較低，輸出功率小，當(dāng)輸出功率增大時，結(jié)構(gòu)尺寸將過大，只適用于小型、快速驅(qū)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(jié)構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)易于標準化，易實現(xiàn)直接驅(qū)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(jié)構(gòu)簡單，成本低液壓驅(qū)動油壓高，可獲得較大的輸出功率，適用于重型、低速驅(qū)動液體不可壓縮，壓力、流量易控制，反應(yīng)靈敏，可無級調(diào)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(jié)構(gòu)較氣動要小，易于標準化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動，密封問題顯得重要安裝要求高（防泄漏），要配置液壓元設(shè)備，安裝面積大，維護要求較高～，管路結(jié)構(gòu)較復(fù)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(qū)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(qū)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(fù)雜成本較高表31驅(qū)動系統(tǒng)方案比較綜合考慮以上驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)缺點以及工作要求，選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)作為本設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)。其圖片如下圖32所示：圖32液壓驅(qū)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(qū)動系統(tǒng)方案，根據(jù)本設(shè)計要求選擇液壓驅(qū)動系統(tǒng)。4系統(tǒng)的硬件設(shè)計限位開關(guān)又稱行程開關(guān)，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(dāng)動物接近靜物時，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關(guān)接點開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛碗姍C。它是一種常用的小電流主令電器，利用生產(chǎn)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(guān)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(guān)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(shè)備的行程及限位保護。其構(gòu)造由操作頭、觸點系統(tǒng)和外殼組成。限位開關(guān)就是用以限定機械設(shè)備的運動極限位置的電氣開關(guān)。這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。 接觸式的比較直觀，機械設(shè)備的運動部件上，安裝上行程開關(guān)，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(dāng)行程開關(guān)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(guān)有一定的“超行程”以保護開關(guān)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(yīng)式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。限位開關(guān)用于控制機械設(shè)備的行程及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將限位開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，限位開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。因此，限位開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān) d)美國凸輪限位開關(guān)圖41常見限位開關(guān)及原理圖根據(jù)接觸方式和電路信號需求，本設(shè)計中應(yīng)選擇接近式常開觸點限位開關(guān)。此限位開關(guān)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(guān)，即高限位開關(guān)，低限位開關(guān)、左限位開關(guān)、右限位開關(guān)、工件到位檢測限位開關(guān)。1） 高限位開關(guān) 高限位開關(guān)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(dāng)位置上安裝好限位開關(guān)，然后當(dāng)機械手上升到可以接觸到高限位開關(guān)時，PLC就控制機械手停止上升。2） 低限位開關(guān) 低限位開關(guān)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(dāng)位置上安裝好限位開關(guān)，然后當(dāng)機械手下降到可以接觸到低限位開關(guān)時，PLC就控制機械手停止下降。3） 左限位開關(guān) 左限位開關(guān)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(dāng)位置上安裝好限位開關(guān)，然后當(dāng)機械手左移到可以接觸到左限位開關(guān)時，PLC就控制機械手停止左移。4） 右限位開關(guān) 右限位開關(guān)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(dāng)位置上安裝好限位開關(guān)，然后當(dāng)機械手右移到可以接觸到右限位開關(guān)時，PLC就控制機械手停止右移。5） 工件到位檢測 此限位開關(guān)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(dāng)位置上安裝好限位開關(guān)，然后當(dāng)傳送帶傳送工件到位接觸到此限位開關(guān)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(shè)備，是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)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(diào)整介質(zhì)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(yù)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(diào)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(guān)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(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)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(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門打開。當(dāng)入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導(dǎo)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(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)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(dǎo)式電磁閥原理：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把