【文章內(nèi)容簡介】 之后，本章節(jié)將對(duì)機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)中的電氣原理圖設(shè)計(jì)。根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的功能以及整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比對(duì)PLC和電氣元器件進(jìn)行介紹以及選型。根據(jù)工藝要求，本節(jié)將從機(jī)械手的電源電路、控制電路、工作狀態(tài)指示燈電路、LED段碼指示電路等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。 機(jī)械手電源電路設(shè)計(jì)主要是通過交流220V接開關(guān)電源變成直流24V，當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲鱍R1閉合，電氣控制系統(tǒng)得電，熔斷器的作用起電路保護(hù)作用，防止過大電流沖擊。 機(jī)械手控制電路機(jī)械手控制電路如圖所示。“1”即繼電器KM1得電時(shí)直流減速電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)?！?”即繼電器KM2得電時(shí)直流減速電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。所有電動(dòng)機(jī)的電路均如圖所示不再一一列舉。圖31 機(jī)械手控制電路圖為保證安全，防止PLC誤動(dòng)作導(dǎo)致電源相間短路在輔助電路中設(shè)計(jì)了互鎖保護(hù)，： 圖32互鎖保護(hù)輔助電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，指示燈采用使用接觸器輔助觸點(diǎn)來完成相應(yīng)的狀態(tài)指示功能，紅燈代表對(duì)應(yīng)功能停止綠燈代表運(yùn)行。GL代表綠燈RL代表紅燈。數(shù)字編號(hào)對(duì)應(yīng)接觸器編號(hào)相對(duì)應(yīng)的功能。所有指示燈電路均如此，故圖中不再一一列舉。 圖33工作狀態(tài)指示燈電路圖 LED段碼指示電路因工藝需要，特設(shè)計(jì)LED七段顯示器顯示設(shè)定的機(jī)械手工作循環(huán)次數(shù)。 圖34 LED段碼指示電路圖 PLC的選型及參數(shù)PLC是一種以微處理器為核心的新型工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它的最大特點(diǎn)就是體積小，功能強(qiáng)，響應(yīng)速度快，可靠性高?？刂七^程通過以梯形圖的方式編程，隨時(shí)可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機(jī)修改，還具有可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。S7200 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個(gè)緊湊的外殼中，從而形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的Micro PLC。下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應(yīng)用程序中的輸入輸出設(shè)備[6]。其硬件結(jié)構(gòu)簡圖如下：外設(shè)I/O接口 輸出部件存儲(chǔ)器 EPROM 微處理器 運(yùn)算器 控制器電源 輸入部件I/O擴(kuò)展接口 I/O擴(kuò)展單元 受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖35 PLC硬件結(jié)構(gòu)簡圖根據(jù)系統(tǒng)控制要求的經(jīng)濟(jì)性和可靠性來考慮，選擇西門子S7200系列PLC。西門子S7200PLC中又有CPU22CPU22CPU22CPU22CPU224XP等。從搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求中可以看到，此次需要18個(gè)數(shù)字量輸入，15個(gè)數(shù)字量輸出，共需26點(diǎn)I/O，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)，PLC選用西門子S7200系列的CPU 226 AC/DC/RLY，交流220V供電，直流數(shù)字量輸入，繼電器電路輸出類型。該P(yáng)LC具有24個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，16個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，擴(kuò)展模塊數(shù)量可達(dá)7個(gè)。CPU內(nèi)置了2個(gè)高速脈沖發(fā)生器。 表31 PLCCPU22X技術(shù)參數(shù)特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 224XPalCPU 226外形尺寸90*80*6290*80*62*80*62140*80*62190*80*62程序存儲(chǔ)器：運(yùn)行模式下編輯非運(yùn)行模式編輯4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2048字節(jié)2048字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)10240字節(jié)掉電保護(hù)時(shí)間50小時(shí)50小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)100小時(shí)本機(jī)I/O數(shù)字量、模擬量6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出14輸入/10輸出2輸入/1輸出24輸入/16輸出擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊17個(gè)模塊1高速計(jì)數(shù)器單相兩相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路20KHz4路30KHz2路200KHz3路20KHz1路100KHz6路30KHz4路20KHz脈沖輸出(DC)2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100KHz2路20KHz模擬電位器11222實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡卡內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置通訊口1 S4851 S4851 S4852 RS4852 RS485浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算是I/O映像大小256（128輸入/128輸出）布爾型執(zhí)行速度根據(jù)本系統(tǒng)的I/O分配以及脈沖數(shù)出頻率決定選用CPU 226 的S7200PLC。根據(jù)此系統(tǒng)的控制要求和資源要求，對(duì)電器元器件進(jìn)行選型。 接觸器接觸器是一種電控制元件，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。主要用來反映各種控制信號(hào)，其觸點(diǎn)通常接在控制電路中。本課題選用JZ11型接觸器。 行程開關(guān)行程開關(guān)主要用于將機(jī)械位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)得以改變，從而控制機(jī)械動(dòng)作或用作程序控制。本設(shè)計(jì)選用KW7型行程開關(guān)。 熔斷器熔斷器也被稱為保險(xiǎn)絲，它是一種安裝在電路中，保證電路安全運(yùn)行的電器元件。熔斷器其實(shí)就是一種短路保護(hù)器，廣泛用于配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要進(jìn)行短路保護(hù)或嚴(yán)重過載保護(hù)。本設(shè)計(jì)選用RL115型熔斷器。 低壓斷路器低壓斷路器又稱自動(dòng)開關(guān)。它是按規(guī)定條件，對(duì)配電電路，電動(dòng)機(jī)或其他用電設(shè)備實(shí)行不頻繁通斷操作，線路切換，自動(dòng)分?jǐn)嚯娐返拈_關(guān)電器，這種開關(guān)相當(dāng)于刀開關(guān)，熔斷器，熱繼電器和欠電壓繼電器的組合，并具有良好的滅弧性能，所以它是低壓配電系統(tǒng)中的主要電器元件，作為線路及電源設(shè)備過載，欠電壓及短路保護(hù)用[7]。本設(shè)計(jì)選用DZ1540/1型低壓斷路器。 控制按鈕控制按鈕是一種短時(shí)接通或斷開小電流電路的手動(dòng)主令電器。主要用于操縱接觸器，繼電器或電氣連鎖電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種運(yùn)動(dòng)的控制。按鈕可以做成很多形式，以滿足不同的控制或操作需要，結(jié)構(gòu)形式有旋轉(zhuǎn)式，指示燈式，緊急式，撳鈕式，帶鎖式等。為了便于區(qū)分各按鈕不同的控制作用，通常將按鈕做成不同顏色以示區(qū)別，以避免誤操作[8]。本設(shè)計(jì)選用8個(gè)LA101控制按鈕。 直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是,提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了，直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率[9]。本設(shè)計(jì)選用M28831型直流減速電機(jī)。4 機(jī)械手軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章針對(duì)機(jī)械手控制系統(tǒng)的用戶程序經(jīng)行設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)要求、I/O分配、系統(tǒng)工作流程及編程設(shè)計(jì)思路進(jìn)行逐一地介紹。通過機(jī)械手搬運(yùn)，把物料從生產(chǎn)流水線上搬運(yùn)至裝配單元，便于裝配。機(jī)械手搬運(yùn)的物料的重量為：200g——2000g。機(jī)械手有上升、回轉(zhuǎn)180度，伸縮功能。整個(gè)控制系統(tǒng)能自動(dòng)循環(huán)工作，也可手工調(diào)整。手動(dòng)運(yùn)行調(diào)試：分別按下左旋、右旋、提升、下降、伸出、縮回、放松和夾緊8個(gè)按鈕，實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的功能。自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試：進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行方式，依次實(shí)現(xiàn)下降－伸出－夾緊－上升－右旋－下降－放松－縮回－上升－左旋動(dòng)作。，機(jī)械手立即停止動(dòng)作。在此次程序設(shè)計(jì)中，用到了定時(shí)器指令、順控繼電器(SCR)指令、邏輯操作指令、傳送指令、計(jì)數(shù)器指令、比較指令、轉(zhuǎn)換指令，本節(jié)將對(duì)這些高級(jí)指令進(jìn)行介紹。 定時(shí)器指令定時(shí)器在使用前要先預(yù)置時(shí)間初始值，當(dāng)定時(shí)器滿足條件運(yùn)行時(shí)，從開始0按精度等級(jí)單位増計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器當(dāng)前值達(dá)到預(yù)置值時(shí)，定時(shí)器動(dòng)作，定時(shí)器的常開接點(diǎn)閉合，常閉接點(diǎn)斷開。以下是不同類型定時(shí)器的介紹。（1）打開延遲定時(shí)器和有記憶的打開延遲定時(shí)器打開延遲定時(shí)器(TON)和有記憶的打開延遲定時(shí)器在使能輸入接通時(shí)記時(shí)。定時(shí)器號(hào)(Txx)決定了定時(shí)器的分辨率，并且分辨率現(xiàn)在已經(jīng)在指令盒上標(biāo)出了。（2）關(guān)斷延時(shí)定時(shí)器關(guān)斷延時(shí)定時(shí)器用于在輸入斷開后延時(shí)一段時(shí)間斷開輸出。定時(shí)器號(hào)(Txx)決定了定時(shí)器的分辨率，并且分辨率現(xiàn)在已經(jīng)在指令盒上標(biāo)出了。（3）分辨率對(duì)定時(shí)器的影響對(duì)于1 ms分辨率的定時(shí)器來說，定時(shí)器位和當(dāng)前值的更新不與掃描周期同步。對(duì)于大于1 ms的程序掃描周期，定時(shí)器位和當(dāng)前值在一次掃描內(nèi)刷新多次。對(duì)于10 ms分辨率的定時(shí)器來說，定時(shí)器位和當(dāng)前值在每個(gè)程序掃描周期的開始刷新。定時(shí)器位和當(dāng)前值在整個(gè)掃描周期過程中為常數(shù)。在每個(gè)掃描周期的開始會(huì)將一個(gè)掃描累計(jì)的時(shí)間間隔加到定時(shí)器當(dāng)前值上。對(duì)于分辨率為100 ms的定時(shí)器，在執(zhí)行指令時(shí)對(duì)定時(shí)器位和當(dāng)前