【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是 PLC真正的輸出。 (6) 中斷程序的處理 如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)， CPU 停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高 PLC 對(duì)某些事件的影響速度。 (7) 立即 I/O 處理 在子程序執(zhí)行中使用立即 I/O 指令可以直接存取 I/O點(diǎn)。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相 應(yīng)的輸入過(guò)程映像寄存器的值未被更新。用立即 I/O 指令讀來(lái)改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器的值被更新。 課題的目的和意義 一、提高生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化程度 應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、改善勞動(dòng)條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng) 條件得以改善。 在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒(méi)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 6 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)支配著機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)。目前機(jī)械手的 控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位 (或機(jī)械擋塊定位 )系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息 (如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間 )，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 設(shè)計(jì)介紹 機(jī)械手作為一種自動(dòng)化設(shè)施，電氣系統(tǒng)應(yīng)完成預(yù)設(shè)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)貨物的準(zhǔn)確搬運(yùn)。本課題中的搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能： 控制系統(tǒng)能夠根據(jù) PLC輸入的指令，準(zhǔn)確靈活的控制搬運(yùn)機(jī) 械手，完成搬運(yùn)任務(wù)； 控制系統(tǒng)能夠保證搬運(yùn)機(jī)械手針對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的要求，能夠準(zhǔn)確完成貨物的搬運(yùn)，保證快速性和準(zhǔn)確性兼顧； 機(jī)械手基本結(jié)構(gòu) 四軸構(gòu)成：橫向 X軸；縱向 Y軸；底盤旋轉(zhuǎn)軸；夾手旋轉(zhuǎn)軸。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)如下圖 21所示，有氣控機(jī)械手、 XY軸絲杠組、底盤機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)夾手等組成。 其運(yùn)動(dòng)控制方式為： (1)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)角度為 90度的氣控機(jī)械手； (2)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠組件使機(jī)械手沿 X、 Y軸移動(dòng) (有 x、 y軸限位開關(guān) )； (3)由直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的底盤帶動(dòng)整個(gè)機(jī)械手。 (4)機(jī)械手的張合由電磁閥控制。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 7 圖 21 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手運(yùn)行的工藝過(guò)程 分析工藝過(guò)程： 機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)后按扭后，完成一個(gè)工作周期。 工作過(guò)程的描述： 1) 按下起動(dòng)按鈕系統(tǒng)開始運(yùn)行。 2) 當(dāng)檢查取物點(diǎn)有工件時(shí)，機(jī)械手水平方向的步進(jìn)電機(jī)開始動(dòng)作，機(jī)械手臂開始前伸。 3) 當(dāng)手臂前伸同時(shí)，手臂開始下降。 4) 前伸、下降到位后，夾手夾緊工件。 5) 夾緊到位后，手臂開始豎直上升。 6) 上升到位后，底盤旋轉(zhuǎn)，夾手旋轉(zhuǎn)。 7) 底盤、夾手轉(zhuǎn)動(dòng)到位后，縱軸開始下降。 8) 到達(dá)指定位置后，夾手張開，縱軸上升。 9) 上升到位后，夾手回轉(zhuǎn)、底盤回轉(zhuǎn)。 10) 夾手 、底盤回轉(zhuǎn)到位后，橫軸回縮。 11) 橫軸回縮到位后，機(jī)械手臂回到初始狀態(tài)。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 8 控制方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)械手進(jìn)行有序的控制，提高搬運(yùn)工作的準(zhǔn)確性、安全性。 主要由 S7200PLC 來(lái)進(jìn)行控制，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)，直流減速電機(jī)，電磁閥來(lái)控制搬運(yùn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。 由于 PLC的抗干擾能力強(qiáng)，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟(jì)角度考 慮，設(shè)計(jì)出如圖 22所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。 圖 22 機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖 機(jī)械手完成以上工藝主要是通過(guò)機(jī)械控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即利用 PLC控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行和電磁閥的通斷，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手臂和夾手的旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手的上升、下降、伸出和回縮，電磁閥驅(qū)機(jī)械手爪的夾緊和放松。 機(jī)械手 電氣 控制柜 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在確定設(shè)計(jì)方案之后，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)行選型，設(shè)計(jì)機(jī)械手電氣控制系統(tǒng)。 PLC 的選型及參數(shù) 我選取 PLC的是 ： S7200系列是一類可編程邏輯控制器（ Micro PLC）。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要。具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得 S7200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。 S7200 CPU模塊包括一個(gè)中央處理器單元（ CPU）、電源以及數(shù)字量 I/O點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 PLC CPU 22X的技術(shù)參數(shù)如圖 31所示 圖 31 PLC CPU22X技術(shù)參數(shù) 根據(jù)本系統(tǒng)的 I/O 分配以及脈沖輸出頻率決定選用 CPU 226 的 S7 200PLC。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 電氣元器件的選型及參數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的選型 步進(jìn)電機(jī)最大特點(diǎn)是它接受數(shù)字控制信號(hào) (電脈沖信號(hào) )，并轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移。它本身就是一個(gè)完成數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行組件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)相比，其成本明顯降低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。 步進(jìn)電機(jī)在精密小型電動(dòng)機(jī)中是一種應(yīng)用最為廣泛的機(jī)種。本次用到的步進(jìn)電機(jī)為2S42Q02940，如圖 32， 步進(jìn)電機(jī) 2S42Q02940參數(shù)，如表 31 圖 32 步進(jìn)電機(jī) 2S42Q02940 表 31 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 2S42Q02940 步距角 176。177。 5% 相電流（ A） 保持扭矩（ Nm） 阻尼扭矩（ Nm） 相電阻（Ω） 177。 10% 相電感（ mH） 177。 20% 電機(jī)慣量 電機(jī)長(zhǎng)度 L（ mm） 40 引線數(shù)量 4 絕緣等級(jí) B 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 耐壓等級(jí) 500VAC1 分鐘 最大軸向負(fù)載（ N） 10 最大徑向負(fù)載（ N） 21 工作環(huán)境溫度 20℃～ 50℃ 表面溫升 最高 80℃（兩相接通額定電流） 絕緣阻抗 最小 100MΩ， 500VDC 重量（ kg） 引出線長(zhǎng)度（ mm） 500177。 3 本課題用到的是兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)， PLC 無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以 PLC 的輸出信號(hào)要先經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制或者細(xì)分來(lái)使運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) Kinco174。2M412 步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (兩相雙極微步型 )，如圖 33 圖 33 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 Kinco174。2M412 Kinco174。2M412步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如表 32 表 32 2M412步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)參數(shù) 供電電壓 直流 12V40V 輸出相電流 控制信號(hào)輸入電流 620mA 冷卻方式 自然風(fēng)冷 使用環(huán)境要求 避免金屬粉塵、油霧或腐蝕性氣體 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 使用環(huán)境溫度 10℃到 +45℃ 使用環(huán)境濕度 85%非冷凝 重量 直流減速電機(jī) 直流減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)，如表 33。 表 33 直流電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 額定電壓（ V） 額 定 轉(zhuǎn) 速(r/min) 額 定 轉(zhuǎn) 矩(mN178。 m) 額定電流≤(A) 額定功率 (W) M28831 24 3000 5 繼電器 繼電器是一種控制元件，它主要用來(lái)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型繼電器，具體技術(shù)參數(shù)參見表 34。 表 34 JZ11技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 吸引線圈額定電壓（ V） 吸引線圈消耗功率（ W） 觸點(diǎn)額定電流（ A） 觸點(diǎn)數(shù)量 JZ11 直流 1 2 4 1220 直流 5 動(dòng)合 動(dòng)斷 6 2 4 4 2 6 光電開關(guān) 光電開關(guān)是利用物體對(duì)光束的遮蔽，吸收或反射作用，對(duì)物體的位置，形狀和標(biāo)志符號(hào)等進(jìn)行無(wú)接觸檢測(cè)。它具有體積小，可靠性高，檢測(cè)精度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。 在光電開關(guān)中最重要的是光電器件，把光照強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感元件。光電器件主要由發(fā)光二極管，光敏電阻，光電晶體管，光電耦合器等構(gòu)成了光電開關(guān)的傳感系統(tǒng)。 沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 行程開關(guān) 行程開關(guān)主要用于檢測(cè)工作機(jī)械的位置，發(fā)出命令以控制其運(yùn)動(dòng)方向或行程長(zhǎng)短，行程開關(guān)也稱位置開關(guān)。行程開關(guān)按結(jié)構(gòu)分為機(jī)械結(jié)構(gòu)的接觸式有觸電行程開關(guān)和電氣結(jié)構(gòu)的非接觸式接近開關(guān)。接觸式行程開關(guān)靠移動(dòng)物體碰撞行程開關(guān)的操作頭而使行程開關(guān)的常開觸電接通和常閉觸電分?jǐn)?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制作用。在本課題中選用 KW7型行程開關(guān)。 低