【文章內(nèi)容簡介】 進制位） 真（ 1）；假（ 0） BYTE （字節(jié)） 8 （字節(jié)） 無符號整數(shù) 0 ~ 255； 0 ~ FF（ Hex） INT（整數(shù)） 16 （字） 有符號整數(shù) 32768 ~ 32767； 8000 ~ 7FFF（ Hex） WORD（字） 無符號整數(shù) 0 ~ 65535； 0 ~ FFFF（ Hex） DINT （雙整數(shù)） 32 （雙字） 有符號整數(shù) 2147483648 ~ 2147483647 8000 0000 ~ 7FFF FFFF（ Hex） DWORD （雙字） 無符號整數(shù) 0 ~ 4294967295； 0 ~ FFFF（ Hex） REAL （實數(shù)） IEEE 32位 單精度浮點+38 ~ （負數(shù)）； + ~++38（正陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 數(shù) 數(shù)）； ※ ASCII 8個 （字節(jié)） 字符列表 ASCII 字符、 漢字內(nèi)碼（每個漢字 2字節(jié)） STRING （字符串） 字符串 1 ~ 254 個 ASCII 字符、 漢字內(nèi)碼（每個漢字 2字節(jié)） 圖 11 S7200 支持的數(shù)據(jù)格式 可編程序控制器的連接 ＰＣ機與ＰＬＣ實現(xiàn)通信的條件 帶異步通信適配器的ＰＣ機與ＰＬＣ只有滿足如下條件，才能互聯(lián)通信： （１）帶有異步通信接口的ＰＬＣ才能與帶異步通信適配器的ＰＣ機互聯(lián)。還要求雙方采用的總線標準一致，否則要通過 “ 總線標準變換單元 ” 變換之后才能互聯(lián)。 （２）雙方的初始化，使波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位數(shù)、奇偶校驗都相同。 （３）要對ＰＬＣ的通信協(xié)議分析清楚，嚴格地按照協(xié)議的規(guī)定及幀格式編寫ＰＣ機的通信程序。ＰＬＣ中配有通信機制，一般不需用戶編程。 2 、ＰＣ機及與ＦＸ系列ＰＬＣ的串行通訊 2． 1 硬件連接 ＰＣ機與ＦＸ系列ＰＬＣ不能直接連接，要經(jīng)過ＦＸ－２３２ＡＷ單元進行ＲＳ２３２Ｃ／ＲＳ－４２２的變換。 2． 2 ＦＸ系列ＰＬＣ的通信協(xié)議 在ＰＣ機中必須依據(jù)互聯(lián)的ＰＬＣ的通信協(xié)議來編寫通信程序，因此先介紹ＦＸ系列ＰＬＣ的通信協(xié)議。 （１）數(shù)據(jù)格式 ＦＸ系列ＰＬＣ采用異步格式，由１位起始位、７位數(shù)據(jù)位、１位偶校驗位及１位停止位組成，波特率為９６００ｂｐｓ，字符為ＡＳＣＩＩ碼。 （２）通信命令 ＦＸ系列ＰＬＣ有４個通信命令，它們是讀命令、寫命令、強制通命令 、強制斷命令。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 （３）通信控制字符 ＦＸ系列ＰＬＣ采用面向字符的傳輸規(guī)程，用到５個通信控制字符。 （ 4）傳輸過程 ＰＣ機與ＦＸ系列ＰＬＣ之間采用應(yīng)答方式通信，傳輸出錯則組織重發(fā)。 可編程序控制器的工作過程 可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用 了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為 4個階段。 第一階段是初始化處理。 可編程序控制器的輸入端子不是直接與主機相連， CPU 對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為 I/0 狀態(tài)表 .該表是一個專門 存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器 。存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時， CPU 首先使 I/0 狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當確認其硬件工作正常后，進入下一階段。 第二階段是處理輸入信號階段。 在處理輸入信號階段， CPU 對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到 I/0 狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在 I/0 狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。 第三階 段是程序處理階段。 當輸入狀態(tài)信息全部進入 I/0 狀態(tài)表后， CPU 工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各 I/0 狀態(tài)和有關(guān)指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入 I/0 狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。 第四階段是輸出處理階段。 CPU 對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到 I/0 狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進行各種相應(yīng)的動作。然后， CPU 又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。 可編程序控制器的使用 步驟 在可編程序控制器與被控對象 (機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程 )構(gòu)成一個自動控制系 統(tǒng)時，通常以七個步驟進行 : 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 (1)系統(tǒng)設(shè)計 即確定被控對象的動作及動作順序。 (2) I/0 分配 即確定哪些信號是送到可編程序控制器的，并分配給相應(yīng)的輸入端號 。哪些信號是由可編程序控制器送到被控對象的，并分配相應(yīng)的輸出端號 .此外，對用到的可編程序控制器內(nèi)部的計數(shù)器、定時器等也要進行分配?？删幊绦蚩刂破魇峭ㄟ^編號來識別信號的。 (3)畫梯形圖 它與繼電器控制邏輯的梯形圖概念相同，表達了系統(tǒng)中全部動作的相互關(guān)系。如果使用圖形編程器 (LCD 或 CRT)，則畫出梯形圖相當于編制出了程序，可將梯形圖直接送入可編程序控制器。對簡易編程器，則往往要經(jīng)過下一步的助記符程序轉(zhuǎn)換過程。 (4)助記符機器程序 相當于微機的助記符程序，是面向機器的 (即不同廠家的可編程序控制器，助記符指令形式不同 )，用簡易編程器時，應(yīng)將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符程序，才能將其輸入到可編程序控制器中。 (5)編制程序 即檢查程序中每條語法錯誤，若有則修改。這項工作在編程器上進行。 (6)調(diào)試程序 即檢查程序是否能正確完成邏輯要求，不合要求，可以在編程器上修 改。程序設(shè)計(包括畫梯形圖、助記符程序、編輯、甚至調(diào)試 )也可在別的工具上進行。如 IBMPC機，只要這個機器配有相應(yīng)的軟件。 (7)保存程序 調(diào)試通過的程序，可以固化在 EPROM 中或保存在磁盤上備用。 可編程序控制器的輸入輸出保護 類別 保護措施 直流輸入 在需要保護的輸入口反并接穩(wěn)壓二極管 ,穩(wěn)壓值低于輸入口的 電壓額定值 交流輸入 在需要保護的輸入口并接電阻與電容串聯(lián)的組合 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 交流感性負載 在負載兩端并聯(lián)壓敏電阻 ,或并聯(lián)電阻與電容串聯(lián)的組合(C=。R:,100200 歐 ) 直流感性負載 在負載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管 (額定電流為 1 安左右 )或齊納二管 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第三章 裝配單元的系統(tǒng)控制設(shè)計 裝配單元機械手裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 對氣動機械手的基本要求是能快速、準確地拾一放和搬運物件，這就要求它們具有高精度、快速反應(yīng)、一定的承載能力、足夠的工作空間和靈活的自由度及在任意位置都能自動定位等特性。設(shè)計氣動機械手的原則是 :充分分析作業(yè)對象 (工件 )的作業(yè)技術(shù)要求，擬定最合理的作業(yè)工序和工藝，并滿足系統(tǒng)功能要求和環(huán)境條件 。明確工件的結(jié)形狀和材料特性，定位精度要求，抓取、搬運時的受力 特性 、尺寸和質(zhì)量參數(shù)等，從而進一步確定對機械手結(jié)構(gòu)及運行控制的要求，盡量選用定型的標準組件，簡化設(shè)計制造過 程，兼顧通用性和專用性，并能實柔性轉(zhuǎn)換和編程控制 . 機械手的運動 機械手以及其手部所夾持的工件（或工具）在空間的位置，由臂部、腕部等組成部件以及整機的各自獨立運動的合成來確定。如圖 2所示，機械手通常可實現(xiàn)如下的基本動作： 手臂的運動：伸縮運動、回轉(zhuǎn)運動、上下擺動（即俯仰）、升降運動。 手腕的運動：回轉(zhuǎn)運動、上下擺動、左右擺動。 手部的運動：夾緊和松開。 整機主體的運動：整機行走。 機械手的每一個運 動，必須要配有一個原動件，當各原動件按一定的規(guī)律運動時，機械手各運動部件隨之作確定的運動，從而使機械手具有運動和位置的確定性。 所以通過上述我采取了下列設(shè)計方案。 機械手的驅(qū)動方案設(shè)計 由于氣壓傳動系統(tǒng)的動作迅速，反應(yīng)靈敏，阻力損失和泄漏較小，成本低廉因此本機械手采用氣壓傳動方式。 機械手的坐標型式與自由度 按機械手手臂的不同運動形式及其組合情況，其坐標型式可分為直角坐標式、圓柱坐標式、球坐標式和關(guān)節(jié)式。 按坐標系分類： （ 1)直角坐標機械手 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 主機架由三個相互正交的平移軸組成，手臂可作 前后伸縮、上下升降和左右橫移三個動作，具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高的特點。 (2）圓柱坐標機械手 由立柱和一個安裝在立柱上的水平臂組成，手臂可作前后伸縮、上下升降和繞立柱轉(zhuǎn)動三個動作，這種結(jié)構(gòu)占據(jù)空間位置小，活動范圍大。 (3）球坐標機械手 由回轉(zhuǎn)機座、俯仰鉸鏈和伸縮臂組成，手臂可作前后伸縮、上下擺動（俯仰和左右擺動三個動作，該結(jié)構(gòu)能以簡單的機構(gòu)得到較大的工作范圍。 (4）關(guān)節(jié)坐標機械手 由大小兩手臂和立柱等機構(gòu)組成，大小臂間的聯(lián)結(jié)為肘關(guān)節(jié)，大臂和立柱間的聯(lián)結(jié)為肩關(guān)節(jié)，可實現(xiàn)三個方向的旋轉(zhuǎn)運動，具有動作靈 活、運動慣性小、動作范圍大等優(yōu)點。 由于本機械手在上下料時手臂具有升降、收縮及回轉(zhuǎn)運動，因此，采用圓柱坐標型式。相應(yīng)的機械手具有三個自由度，為了彌補升降運動行程較小的缺點，增加手臂擺動機構(gòu)，從而增加一個手臂上下擺動的自由度。 機械手的控制方案設(shè)計 考慮到機械手的通用性，同時使用點位控制，因此我們采用可編程序控制器 (PLC)對機械手進行控制。當機械手的動作流程改變時，只需改變 PLC 程序即可實現(xiàn)，非常方便快捷。 ，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模 集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障 自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 、建造工作量小，維護方便，容易改造 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 2021屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 ，重量輕，能耗低 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 根據(jù)以上特點， 我選擇了 PLC 作為我此次設(shè)計機械手的軟件。 機械手的技術(shù)參數(shù)列表 一、用途 : 用于自動輸送線的上下料。 二、設(shè)計技術(shù)參數(shù) : 抓重 10 公斤 (夾持式手部 ) 5 公斤 （ 氣流負壓式吸盤 ） 自由度數(shù) ： 3個自由度 坐 標型式 ：圓