【文章內(nèi)容簡介】 料順利的分揀到各物料區(qū)，且要求機械手各部分傳動精度高、效率快。2：機械手的各元件的裝載要正確，能實現(xiàn)無故障的搬運。3：搬運裝置的檢測元件要合理的選擇，要求能物廉價美、靈敏度高。 檢測裝置的設計檢測裝置的設計主要是用來區(qū)分不同的物料，以便機械手能將物料搬運到不同的物料區(qū)域。在本次設計中采用的檢測傳感器是顏色傳感器，它的主要參數(shù)如下[13]：檢測范圍 12～50mm 工作電壓 12～28VDC 光源 LED白光 接線方式 M128針接插件 開關頻率 500Hz 輸出信號 三路信號 PNP . 輸出電流 100mA 材料 ABS 工作溫度范圍 （10℃～55℃）用以上的顏色傳感器檢測紅、黃、綠等顏色，檢測過后用機械手將各物料抓放在各物料區(qū)。 搬運系統(tǒng)工作原理及操作方法一、工作原理本設計中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成左行右行的運動，手臂采用直流電機帶動絲桿螺母實現(xiàn)左右行，升降的運動。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號，經(jīng)步進電動機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)，帶動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)完成手臂的運動。發(fā)出脈沖的個數(shù)，可控制手臂的兩個軸的運動距離。（1） 機械手分別通過PLC的運算產(chǎn)生脈沖，方向信號，控制步進電機的驅(qū)動器，達到對距離,速度,方向控制的目的。（這為機械手的控制系統(tǒng)設計，將在第五章介紹）（2） 夾放工件通過夾緊、放松電機的正反轉(zhuǎn)來控制。（3） 在自動運行方式下按下啟動按鈕，整個系統(tǒng)按照PLC程序的設定有序的運行，正常停車時，按下正常停車按鈕機械手停車。二、機械手操作動作簡述本次設計的機械手的結構示意圖如下：1—機架底座 2—轉(zhuǎn)盤 3—電機齒輪箱 4—機械手大臂 5—手抓圖4—2 機械手結構示意圖1．該機械手是一個水平/垂直位移的機械設備，每次工作從原點位置（原點位置：機械手處于最上面，最左邊，并且為松開狀態(tài)）開始工作，先垂直下降到左工作臺，夾緊工件后，水平右移到右工作臺，放下工件，返回原點位置； 2．機械手有多種運行方式：自動運行方式和手動運行方式，前者為按下啟動按鈕就直接工作到結束；手動運行方式為垂直下降/上升、夾緊、松開、水平左移/右移。3．連續(xù)工作方式就是在原點位置系統(tǒng)啟動后，機械手從原點位置開始一個周期接一個周期的反復連續(xù)工作，按下停止按鈕后，機械手才停止工作。第五章 PLC控制系統(tǒng)的設計 可編程控制器簡述[14]一、PLC發(fā)展歷程　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）?！　€人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率會一直保持在30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)?！　LC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。二、PLC構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作?！　PU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（420mA,020mA），電壓型（010V,05V,1010V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡就是控制器的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。大多數(shù)具有RS232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用?！　τ谝粋€自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先，網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。三、PLC的優(yōu)點可靠性高，抗干擾能力強；配套齊全，功能完善，適用性強；3．易學易用，深受工程技術人員歡迎；系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造； 體積小，重量輕，能耗低。四、PLC的應用　開關量的邏輯控制　模擬量控制　運動控制　過程控制　數(shù)據(jù)處理 通信及聯(lián)網(wǎng) 控制系統(tǒng)方案的設計及要求一、方案的設計控制系統(tǒng)是一個裝置或系統(tǒng)的命令的發(fā)行者，有一個好的控制系統(tǒng)是該裝置或系統(tǒng)能實現(xiàn)快速運轉(zhuǎn)的關鍵。繼電器控制過去在工業(yè)控制領域中占主導地位。而繼電器控制有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間和資金的嚴重浪費?？删幊绦蚩刂破鱌LC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐，所以本次設計中選用PLC作為實驗裝置的主要控制器。二、設計的要求[14]在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： 最大限度地滿足控制要求 充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計中最重要的一條原則。設計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術人員及操作人員緊密配合，共同解決重點問題和疑難問題。 保證系統(tǒng)的安全可靠 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。 力求簡單、經(jīng)濟、使用與維修方便 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標。 適應發(fā)展的需要 適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。三、控制系統(tǒng)設計步驟分析被控對象并提出控制要求詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。確定輸入／輸出設備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備（如：按紐、位置開關、轉(zhuǎn)換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數(shù)。選擇PLC PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求確定的I/O點數(shù)，畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設備的連接圖或?qū)P系表，并畫出PLC系統(tǒng)的電氣原理圖。程序設計 程序設計包括：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。然后對設計好的程序進行模擬調(diào)試，根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。聯(lián)機調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進一步進行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機調(diào)試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調(diào)試。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。 可編程控制器選型PLC是用來執(zhí)行具體的控制，具體的工藝要求和具體的工作環(huán)境決定了如何具體選擇PLC的系統(tǒng)配置和I/O模塊?；驹瓌t是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修，設備的通用性。對開關量的控制系統(tǒng)，當速度要求不高時，一般的小型PLC都可以滿足要求，當要求較高輸出有高速脈沖信號時，要考慮輸入輸出點的型式，最好采用晶體管型式輸出。一般從PLC的內(nèi)存容量大小和PLC的CPU最多能支持1/0點數(shù)多少這兩個方面來考慮，下面結合本系統(tǒng)來具體介紹PLC的選型過程：一、PLC所需的I/O點數(shù)輸入信號端：啟動按鈕一個、停止按鈕一個、霍爾行程開關兩個、光電開關一個、紅、黑顏色按鈕各一個、上升下降放松夾緊按鈕四個、物料區(qū)域位置開關兩個、上、下限位置開關各一個及手抓原點位置開關一個，即共16個輸入點。輸出信號端：電磁閥的三個電磁鐵及手抓上升、下降、放松、夾緊、左右旋轉(zhuǎn)的電機接觸器六個，即共9個輸出。所以根據(jù)上述輸入輸出點的數(shù)量，繪制出的I/O地址分配表如下：表5—1 PLC控制的I/O地址分配表輸入端地址分配輸出端地址分配序號輸入設備名稱輸入地址序號輸出設備名稱輸入地址1啟動按鈕SB11供料電磁閥1YA2停止按鈕SB22右行電磁閥2YA3左行程開關SQ13左行電磁閥3YA4右行