【文章內(nèi)容簡介】 ，這些切換主令信號分別來自按鈕、限位開關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。輔助繼電器同時(shí)又是執(zhí)行元件的輸入變量。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí)行元件確定以后，將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件，分別代入相應(yīng)的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程，即可完成自動(dòng)工作循環(huán)的邏輯控制[8]。機(jī)械手上移、下移、左移、右移的動(dòng)作通過兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來完成，即橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右移動(dòng)和上下移動(dòng)；機(jī)械手的夾緊和放松由電磁閥來實(shí)現(xiàn)；從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手將工件從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)。 機(jī)械手的控制要求的設(shè)計(jì)為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開關(guān)分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：單步、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和回原位的操作。手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類推?；卦唬寒?dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。單步運(yùn)行：供試用，即每按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開關(guān)放置于“手從操作”位置。第3章 　搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣控制的設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)在數(shù)控系統(tǒng)中要求點(diǎn)位準(zhǔn)確控制時(shí)，通常用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行需要驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的作用是把PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，從而對機(jī)械手進(jìn)行預(yù)定的軌跡控制。，細(xì)分設(shè)定為8細(xì)分，信號端采用+24V供電，輸入端為低電平有效[9]。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。它的主要特性有以下四點(diǎn)：，驅(qū)動(dòng)信號必須為脈沖信號，沒有，脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。，一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成。，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。步進(jìn)電機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。它能夠直接接受數(shù)字信號，無需中間轉(zhuǎn)換，直接輸出的位移量與輸入數(shù)字脈沖量相對應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)以開環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測與反饋部分以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換，從而簡化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，使控制成本大大降低。步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式以及混合式等幾種。由于其要求具有較高的控制性能，又具有定位轉(zhuǎn)矩，所以選擇混合型步進(jìn)電機(jī)。[10]。圖 PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖Fig. PLC and stepper motor drive connection diagram本設(shè)計(jì)主電路由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，即橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下左右的移動(dòng)；機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。圖 機(jī)械手系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[11]Fig. Hardware structure of the manipulator system 電磁閥的設(shè)計(jì) 電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)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。所以需要一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥即可[12]。電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個(gè)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(huì)被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動(dòng)來開啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)[13]。 操作面板的設(shè)計(jì) 根據(jù)工件生產(chǎn)和搬運(yùn)的特點(diǎn)和控制要求，機(jī)械手的控制按鈕設(shè)有以下幾種。 在機(jī)械手工作過程中，當(dāng)出現(xiàn)抓取不牢、搬運(yùn)不穩(wěn)、下放不到位、沖擊過大或運(yùn)動(dòng)時(shí)超過極限位置以及其它異常現(xiàn)象而不得不停止工作時(shí)，按下急停按鈕，使所有運(yùn)動(dòng)停止，并保持原來狀態(tài)，直至重新啟動(dòng)系統(tǒng)?？梢詼p少和避免事故，減少因故障引起的損失。在機(jī)械手工作前，首先要打開電源開關(guān)，給PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施供電，觸摸終端由PLC進(jìn)行供電，為系統(tǒng)啟動(dòng)做準(zhǔn)備。在機(jī)械手工作完成后，將電源開關(guān)打到“關(guān)”的狀態(tài)，將PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施與電源切斷，保護(hù)機(jī)械手系統(tǒng)的安全。 當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)模式，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可以將機(jī)械手調(diào)到手動(dòng)模式，機(jī)械手可通過點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)上電且機(jī)械手處于自動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手開始按照指令進(jìn)行搬運(yùn)操作。 當(dāng)系統(tǒng)安裝完成后，未與生產(chǎn)線連接前，要對系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，要按動(dòng)此按鈕對所有指示燈進(jìn)行檢測，保證與生產(chǎn)線連接后的工作安全。系統(tǒng)在工作過程中由于某種原因出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)故障排除后，需按此按鈕對報(bào)警進(jìn)行清除，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。6. 上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕 主要是在調(diào)試或排除故障以及其它需要進(jìn)行單步操作時(shí)，對機(jī)械手進(jìn)行手動(dòng)操作。當(dāng)系統(tǒng)安裝完成或故障排除后，需要將機(jī)械手返回到工作原點(diǎn)時(shí)，按動(dòng)此按鈕。 PLC部分 根據(jù)流水線搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求，考慮到I/O點(diǎn)數(shù)通常留有10%15%的裕量，我們采用了德國西門子PLC S7200 CPU226（DC/DC/DC）型號，此類型PLC具有極高的可靠性、豐富的指令集、強(qiáng)大的通信功能和品種豐富的擴(kuò)展模塊等等。此外，很高的性能價(jià)格比也是此系統(tǒng)采用它的重要原因。本系統(tǒng)采用晶體管輸出類型PLC，它的高速脈沖輸出（PTO）功能在步進(jìn)電機(jī)控制上非常的方便，它可以直接通過驅(qū)動(dòng)模塊來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的旋轉(zhuǎn)要求，來控制機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度[1415]。根據(jù)控制要求，首先要確定I/O個(gè)數(shù)，進(jìn)行I/O分配。系統(tǒng)的I/。表 輸入輸出端子分配表[16]Table The input and output terminals distribution table 圖 機(jī)械手搬運(yùn)產(chǎn)品PLC接線圖[17]Fig. Manipulator handling products PLC wiring diagram第4章 　搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作方式 該機(jī)械手的工作方式有四種，分別為找原點(diǎn)、自動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)。 復(fù)位操作主要用于在工作開始前或故障排除后，要將機(jī)械手的各個(gè)部位移動(dòng)至原位，同時(shí)也是各部件運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。 自動(dòng)工作方式是機(jī)械手接收生產(chǎn)線指令，通過總控制臺(tái)的控制進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)?？刂泼姘迳瞎ぷ鞣绞竭x擇開關(guān)處于“自動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于聯(lián)線狀態(tài)，只接受來自自動(dòng)生產(chǎn)線上的指令信號。 手動(dòng)工作方式主要是用于總控制臺(tái)出現(xiàn)故障、調(diào)試或其它需要手動(dòng)操作。處于“手動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于離線狀態(tài)，不接受自動(dòng)生產(chǎn)線上的信號，只接收控制面板上的指令信號。處于手動(dòng)狀態(tài)，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開按鈕時(shí)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動(dòng)作。此時(shí)，除急停信號外，其他輸入信號無效。半自動(dòng)工作方式應(yīng)用較少，主要用于故障整修時(shí)為了與主控制臺(tái)分離，而還要通過自動(dòng)來完成試操作的場合，所以半自動(dòng)方式也是不可缺少的。處于“半自動(dòng)”位時(shí)，不接受自動(dòng)生產(chǎn)線上的控制信號，只接收兩生產(chǎn)線上有無工件的檢測信號。處于此方式，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的啟動(dòng)按鈕，可進(jìn)入單循環(huán)操作，此時(shí)，除急停信號和檢測信號外，其他輸入信號無效，一個(gè)工作循環(huán)完成后，自動(dòng)退出單循環(huán)狀態(tài)。機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制，故其手動(dòng)程序采用普通的PLC控制指令控制，自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制。 梯形圖的總體設(shè)計(jì)按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動(dòng)方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序；在選擇“回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原位程序；在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行[18]。圖 系統(tǒng)控制總流程圖Fig. System control flow chart 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)通用部分梯形圖分為兩部分：(1).狀態(tài)器的初始化圖 狀態(tài)器初始化梯形圖Fig. The state controller initialization ladder diagram說明：指令“SBR”見附錄（2).復(fù)位圖 復(fù)位梯形圖Fig. Rest the ladder diagram圖 復(fù)位梯形圖(續(xù)）Fig. Rest the ladder diagram 圖 手動(dòng)操作梯形圖Fig. Manual operation ladder diagram 圖 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）Fig. Manual operation ladder diagram 圖 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）Fig. Manual operation ladder diagram 圖 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）Fig. Manual operation ladder diagram 圖 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖Fig. Automatic state ladder diagram圖 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）Fig. Automatic state ladder diagram圖 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）Fig. Automatic state ladder diagram圖 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）Fig. Automatic state ladder diagram圖 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）Fig. Automatic state ladder diagram第5章 　組態(tài)系統(tǒng)調(diào)試與監(jiān)控 組態(tài)的概況組態(tài)軟件，又稱為組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)[19]。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專用工具才能識(shí)別。在工業(yè)控制中，形成的組態(tài)結(jié)果可以用在實(shí)時(shí)監(jiān)控之中。組態(tài)工具的解釋引擎根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果實(shí)時(shí)運(yùn)行。簡而言之，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 組態(tài)軟件及其特點(diǎn)隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高和計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們