【文章內(nèi)容簡介】 裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。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)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 可編程控制器（ PLC）的歷史與發(fā)展趨勢 可編程控制器 (PLC)的歷史 可編程控制器（ Progremmable Controller,PC）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代 工業(yè)自動化控制裝置。早年的可編程控制器在功能上只能實現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（ Programmable Logy Controller） .這時的 PLC 基本上是（硬）繼電器控制裝置的替代物，主要用于實現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時、記數(shù)等功能。 國際電工委員會（ IEC）與 1987 年 2 月在頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其一步定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲 3 執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作的 指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 20世紀(jì) 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨變。美國、日本、德國等一些廠商先后開采用微處理器作為 PLC 的 CPU，這樣使 PLC 的功能大大的增強(qiáng)。 20世紀(jì) 80 年代，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展微處理器價格大幅下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的 CPU 的檔次譜偏提高，一般采用 16位和 32 位的 CPU。 目前，世界上約有 200 家 PLC 生產(chǎn)廠家。其中，美國的（ Rockwell）、(GE)，德國的西門子（ Siemems） ,法國的施耐德（ Schmeider） , 日本的三菱，歐姆龍（ Omron）還有我國江蘇嘉華，他們從只有幾十個點（ I/O 總點數(shù)）的微型 PLC 到上萬個點的巨型 PLC?？梢灶A(yù)見 PLC 將會是電氣控制裝置的主要控制元件。 可編程控制器的發(fā)展與趨勢 由于工業(yè)生產(chǎn)對自動控制系統(tǒng)的多樣性，今后幾年的 PLC 技術(shù)將圍繞如下幾個方面發(fā)展。 （ 1）進(jìn)一步加快 CPU 的處理速度。全面使用高速 CPU 芯片和 24 位、32位、 64 位 RIST 芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可以使速度達(dá)到ns級。 （ 2）變革操作控制方式。大量使用中斷驅(qū)動方式，以增加對輸入 /輸出（ I/O）的快速反應(yīng)能力。 （ 3）發(fā)展自能化模塊。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù) /模（ D/A）轉(zhuǎn)換模塊、 PID 控制模塊及一些自能化 I/O 模塊。 4 （ 4）進(jìn)一步提高可靠性。 PLC 將在硬件上采用多 CPU 的容錯系統(tǒng)，軟件上開發(fā)更加高級的診斷程序，以及發(fā)展軟件的容錯技術(shù)，增強(qiáng) PLC 的自診斷和外部故障檢測功能等。在 PLC 線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號；還設(shè)置了“看門狗”電路， 能把因干擾而飛走的程序拉回來，從而起到自動恢復(fù)作用。 可編程控制器的基本功能和特點 PLC的基本功能 （ 1）邏輯控制功能 邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。 PLC 設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場（開關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場的被控對象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此 PLC 中一個邏輯位的狀態(tài)可以無限次地使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。 （ 2）定時控制功能 PLC 中用戶提供使用的定時器，定時器的設(shè)定值（定時時間）可以在編程時設(shè)定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。 （ 3）記數(shù)控制功能 PLC 為用戶提供了很多計數(shù)器。計數(shù)器到某一定值時（設(shè)定值），產(chǎn)生一個狀態(tài)信號，利用該信號實現(xiàn)對某個操作的記數(shù)控制。 PLC 將根據(jù)用戶用計數(shù)器指令指定的計數(shù)器對某個控制信號的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，以完成對某個工作過程的計數(shù)控制。 （ 4）步進(jìn)控制功能 5 PLC 為用戶提供了若干個狀態(tài)器，可以實現(xiàn)由時間、技術(shù)和其他指定邏輯信號為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件 滿足時，自動進(jìn)行下一道工序。 （ 5）數(shù)據(jù)處理功能 大部分 PLC 都有數(shù)據(jù)處理功能，可實現(xiàn)算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。 （ 6）過程控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能方便地對模擬量的控制調(diào)節(jié)。 （ 7）通信聯(lián)網(wǎng)功能 有些 PLC 采用通信技術(shù)，可以多臺 PLC 之間的同位鏈接、 PLC與計算機(jī)之間的通信等。 （ 8）監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對 PLC的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時器、計數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號的 狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。 （ 9）停電記憶功能 PLC 內(nèi)部的部分存儲器所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分存儲器中的信息不會丟失。 （ 10)故障診斷功能 PLC 可對系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴(yán)重錯誤則自動終止運行。 6 PLC的特點 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機(jī)， 30 年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步，其領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用，主要特點有：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)工廠環(huán)境。 PLC的分類 PLC 的種類很多，其實現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此， PLC 的分類并沒有一個 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實現(xiàn)的功能大致地分類。 1. 按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC 按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。 （ 1）整體式 PLC 整體式 PLC 的 CPU、存儲器、 I/O 安裝在同一機(jī)體內(nèi)（如三菱的 FX 系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低。適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。 （ 2）模塊式 PLC 組合式 PLC 為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽上可安裝一個 PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。 I/O點數(shù)和功 能分類 I/O 的點數(shù)是衡量 PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚉LC、中型 PLC 和大型 PLC. （ 1）微型 PLC I/O 點數(shù)小于 64 點 （ 2）小型 PLC I/O 點數(shù)在 64256 點之間。 （ 3）中型 PLC I/O 點數(shù)在 256 點 — 512 點之間。 （ 4）大型 PLC I/O 點數(shù)在 512— 8192 之間。 7 （ 5）超大型 PLC 大于 8192 點 按照 PLC 所能實現(xiàn)的功能不同，可以把 PLC 大致地分為低檔 PLC、中檔 PLC和高檔 PLC 三類 8 第二章 機(jī)械手的設(shè)計 機(jī)械手設(shè)計的目的 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是為了培養(yǎng)從事機(jī)械設(shè)計、制造行業(yè)