【文章內(nèi)容簡介】 戶程序服務(wù)外設(shè)命令圖 3 5 P C 的 工 作 過 程是輸 出 映 像 存 儲 器 的 內(nèi) 容 輸 出至 相 應(yīng) 輸 出 口數(shù)據(jù)輸出是否山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 9 I/O 處理過程： （ 1）數(shù)據(jù)輸入 /輸出 —— I/O 狀態(tài)刷新 采樣輸入信號 送出處理結(jié)果 a. 輸入映像存儲器及其刷新 —— 對應(yīng)于輸入端子狀態(tài)的數(shù)據(jù)區(qū) PLC 中的 CPU 是不能直接從與外部接線端子打交道的。在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，經(jīng)過輸入調(diào)理電路（光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、濾波處理等）后進(jìn)入輸入緩沖器等待采樣。沒有 CPU 的采樣“允許” ，外界的輸入信號是不能進(jìn)入內(nèi)存的。 當(dāng) CPU 采樣時，輸入信號便進(jìn)入輸入映像存儲器 —— 刷新。接著進(jìn)入 程序的執(zhí)行階段，直至信號的輸出。在此期間，輸入映像存儲器將現(xiàn)場與 CPU 隔離，無論輸入信號如何變化，輸入映像存儲器中的內(nèi)容保持到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新采樣新的信號，即： 輸入映像存儲器每周期刷新一次。 這樣，是否會影響對現(xiàn)場信息的反應(yīng)速度？由于， PLC 掃描周期一般僅幾十 mS，兩次采樣之間的間隔時間很短，對一般的開關(guān)量而言，可以認(rèn)為采樣是連續(xù)的。 b. 輸出映像存儲器及其刷新 —— CPU 數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果和最終結(jié)果的存放區(qū)域 同理， CPU 不能直接驅(qū)動負(fù)載，處理的結(jié)果存放在輸出映像存儲器中，直至 所有程序執(zhí)行完畢，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容經(jīng)輸出鎖存器（稱為輸出狀態(tài)刷新）送到輸出端子上驅(qū)動外部負(fù)載。即： 輸出映像存儲器 —— 隨時刷新 執(zhí)行用戶程序輸入端子輸入調(diào)理電路輸入緩沖器輸入映像存儲器輸出映像存儲器輸出鎖存器輸出驅(qū)動電路輸出端子生 產(chǎn) 現(xiàn) 場輸 入 信 號受 控元 件允 許（ 輸 入 刷 新 ）允 許（ 輸 出 刷 新 ）山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 10 輸出鎖存器 —— 每周期刷新一次 （刷新后的輸出狀態(tài)一直保持到下一次刷新） 同樣，兩次刷新的間隔僅幾十 mS，即使考慮電路的電氣慣性（延遲）時間，仍可認(rèn)為輸出是及時的。 c. 輸入 /輸出狀態(tài)表 —— 狀態(tài) RAM 表 I/O 映像存儲器的內(nèi)容，在 CPU 中構(gòu)成 I/O 狀態(tài)表，其內(nèi)容是 CPU 處理用戶程序及數(shù)據(jù)的依據(jù)。 注意 ：輸入狀態(tài)表 —— 采樣時刷新 輸出狀態(tài)表 —— 隨時 刷新（中間值和最終結(jié)果） 輸出端子的接通或開斷 —— 輸出鎖存器決定 （ 2） 執(zhí)行用戶程序 執(zhí)行 監(jiān)視 a. 監(jiān)控定時器 WDT（ WATCH DOG TIMER） —— 即監(jiān)控定時器 t1 正常：執(zhí)行完用戶程序所需的時間應(yīng)不超過 t1。執(zhí)行程序前，復(fù)位 t1，執(zhí)行程序開始 t1 計時，完畢后立即復(fù)位 t1，表示程序執(zhí)行正常。 異常：因某些原因，程序進(jìn)入死循環(huán)，執(zhí)行程序時間超出 t1 值， WDT 發(fā)出警告，程序重新開始執(zhí)行，同時復(fù)位 t1。若因偶然因素，則重 新執(zhí)行程序?qū)⒄＃駝t，系統(tǒng)自動停止執(zhí)行用戶程序，切斷外部負(fù)載，并發(fā)出故障信號等待處理。 b. 執(zhí)行用戶程序 （ 3） 執(zhí)行外設(shè)命令 每次執(zhí)行完用戶程序，輸出后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)命令的操作，如沒有外設(shè)命令，自動循環(huán)掃描。 機(jī)械手簡介 mechanical hand 也被稱為自動手， auto hand 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(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 11 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(jié)構(gòu) 形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)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(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，稱為機(jī)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(jī) 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2～ 3 個自由度。 機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動軌跡控制方式可分 為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)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(dú)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(jī)械手。 機(jī)械手是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實現(xiàn)與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖 然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動、不知疲勞、不怕危險、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： (1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 (2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中 它可以用來組裝零部件。 (3)可在勞動條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動。 (4)可在危險場合下工作，如軍工品的裝卸、危險品及有害物的搬運(yùn)等。 (5）宇宙及海洋的開 發(fā)。 (6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗。 機(jī)械手簡述 :機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。 1． 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 12 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。簡單的機(jī)械手可以沒有手腕。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。 2．傳動系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)。常用機(jī)械手 傳動系統(tǒng)分機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電力傳動等幾種形式。 機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作．動作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計算機(jī)進(jìn)行控制。 機(jī)械手的選擇 由于機(jī)械手是 在 搬運(yùn)中 的應(yīng)用 ，所以采用 傳送帶加旋轉(zhuǎn)的 機(jī)械手 類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 13 第 3 章 設(shè)計主體部分 搬運(yùn)機(jī)械手工作示 意圖如圖 31 所示，其任務(wù)是將傳送帶 A 的物品搬到傳送帶 B上。機(jī)械手的原位是在傳送帶 B 上，開始工作時，先是手臂上升，到上限位時，上升限位開關(guān) LS4 閉合，手臂左旋；左旋到位時，左旋限位開關(guān) LS2 閉合，手臂下降；到下限位時，下降限位開關(guān) LS5 閉合，傳送帶 A 遠(yuǎn)行。當(dāng)光電開關(guān) PSl 檢測到物品已進(jìn)入手指范圍時，手指抓物品。當(dāng)物品抓緊時，抓緊限位開關(guān) LS1 動作，手臂上升；到上限位時，上升限位開關(guān) LS4 閉合，手臂右旋；右旋到位時，右旋限位開關(guān) LS3 閉合，手臂下降；下降到下限位時，下降限位開關(guān) LS5 閉合，手指放開，物品被放到 傳送帶 B 上延時 2s 時間到，一個循環(huán)結(jié)束，再重復(fù)。 圖 31 圖 32山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 14 輸入電器 輸入點(diǎn) 輸出電器 輸出點(diǎn) 起動按鈕 X0 輸送帶 A 驅(qū)動接觸器 KM Y0 停止按鈕（常開） X1 手臂左旋電磁閥 YV1 Y1 手指抓緊檢測開關(guān) LS1 X2 手臂右旋電磁閥 YV2 Y2 手臂左旋限位開關(guān) LS2 X3 手臂上升電磁閥 YV3 Y3 手臂右旋限位開關(guān) LS3 X4 手臂下降電磁閥 YV4 Y4 手臂上升限位開關(guān) LS4 X5 手臂抓緊電磁閥 YV5 Y5 手臂下降限位開關(guān) LS5 X6 手臂放松電磁閥 YV6 Y6 物品檢測光電開關(guān) PS1 X7 圖 341 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 15 圖 342 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 16 圖 343 說明： SET（置位）線圈得電保持， RST（復(fù)位）線圈失電保護(hù)， SFTL 位左移 ,ZRST區(qū)間復(fù)位 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 17 圖 351 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 18 圖 352 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 19 圖 353 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 20 連線圖 圖 36 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 21 調(diào)試 1) 按下起動按鈕 SB1 時，機(jī)械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電 ，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作； 2) 左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作； 3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作； 4) 啟動傳送帶 A 運(yùn)行，由光電開關(guān) PS/PH 檢測傳送帶 A 上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作； 5) 手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動作； 6) 右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作； 7) 手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作； 8) 放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時 2 秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù) 循環(huán)以上過程。 9) 按下停止按鈕 SB1 或斷電時，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機(jī)械手按停止前的動作繼續(xù)工作。 （說明： SB1 為一復(fù)合 按鈕 ，功能實現(xiàn)是一開一停）山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 22 第 4 章 論文 小結(jié) 這 次 畢業(yè)論文 ,對我來說非常有意義 ,在寫論文的過程中我學(xué)到很 多的 關(guān)于機(jī)械手和 PLC 方面的知識， 我以后會加強(qiáng) 對它們的 學(xué)習(xí) 和應(yīng)用 。我覺得 PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從 產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用 。當(dāng)然機(jī)械手在工業(yè)中的應(yīng)用更 是越來越成熟，它必然會發(fā)揮它的最大作用。我堅信我們國家的工業(yè)會是越來越棒，我為我是一個中國人而自豪。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計用紙 23 參考文獻(xiàn) [1]可編程序控制器原理與應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社 主編 汪志鋒 [2] PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐 人民郵電出版社 編著 求是科技 [3] 可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用 北京理工大學(xué)出版社 編著 夏辛明 [4]可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 主編 王也仿 [5] 可編程控制器原理與應(yīng)用 中國電力出版社 主編 郁漢琪 [6] 張建民 .《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》 .北京：高等教育出版社，成大先 . 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