【文章內(nèi)容簡介】 是基礎設施建設和工業(yè)解決方案。 歐姆龍 S7200 系列 PLC 突出的特點：可 靠性高、操作簡便；豐富的內(nèi)置集成功能；強勁通訊能力；豐富的擴展模塊；簡單、易用的 Micro/WIN 編程軟件。 OMRON 的可編程序控制器更加小型化。 SYSMAC CPM1A 的大小僅相當于一個PC 卡 (對于 10 點的機型來說 )，從而使安裝體積大幅度減小，同時也進一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型 PLC 所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場創(chuàng)造了新的環(huán)境。編程環(huán)境與 CQM1 及 SYSMAC A 等機種相同。由于原有 SYSMAC 支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴展及維護都可簡單進行。 三 菱 FX 系列可編程控制器是當今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型 PLC。在 FX 中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對應機械動作流程進行順序設計的 SFC 順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在 FX 系列 PLC中設置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進行中斷處理，擴大了PLC 的應用領域。其 FX2N PLC 還可以采用作為擴展設備的硬件計數(shù)器，可獲取最高 50kHz 的高速脈沖。 2. 確定型號 FX1N－ 60MR 綜上，對于被控對象，采用 PLC 系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較 好的性價比，使用和維修方便；選用的 PLC 主機和配置、控制功能等必須能華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 60 頁 滿足被控對象的各種控制要求；選用的 PLC主機及配置必須是功能較強的新一代 PLC機型，一般最好不要選用舊機型（若采用三菱公司的 PLC，則選 FX 系列，不選 F1系列）。同時還應當考慮將來工藝的變化和擴展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易懂性。在此，我選用三菱 FX1N 來做控制核心。 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系 列 PLC 產(chǎn)品。其中 FX2 是近年推出的產(chǎn)品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機殼內(nèi)的 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N、FX2NC 等系列 PLC，具有較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu) 。 三菱 FX系列的結(jié)構(gòu)功能 可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計算機，它的結(jié)構(gòu)原理與微型計算機相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機不同，這使它的操作使用方法、編程語言、工作方式等與 微型機有所不同。 PLC 是用微處理器實現(xiàn)繼電器、定時器和計數(shù)器以及 A/D、 D/A 模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進行它們之間的聯(lián)系。 本設計采用 FX 系列 PLC 作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來講述 PLC 的應用知識、操作技能。 FX 系列 PLC 硬件組成與其它類型 PLC 基本相同，主體由三部分組基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 12 頁 共 60 頁 成，其 PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 系統(tǒng)電源有些在 CPU 模塊內(nèi)，也有單獨作為一個單元的，編程器一般看作 PLC 的外設。 PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 圖 21 PLC 的組成框圖 外部開關(guān)信號、模擬信號以 及各種傳感器檢測信號作為 PLC 的輸入變量，它們經(jīng) PLC 的輸入端子進入 PLC 的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態(tài)信號和數(shù)據(jù)；經(jīng) PLC 內(nèi)部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。 PLC 的各個部分協(xié)調(diào)一致地實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。 PLC 輸入輸出接口的安全保護 當輸出口連接電感類設備時，為了防止電路關(guān)斷時刻產(chǎn)生高壓對輸入、輸出口造成破壞，應在感性元件兩端加保護元件。對于直流電源，應并接續(xù)流二極管，對于交華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 60 頁 流電路應并接阻容電路。阻容電路中電阻可取 51～ 120Ω，電容取 ～ F，電容的額定電壓應大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選 1A 的管子，其額定電壓應大于電源電壓的 3 倍。圖 22 為輸入輸出口的保護環(huán)節(jié)示意圖。 圖 22 輸入輸出口的保護 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 14 頁 共 60 頁 第 3 章 各功能實現(xiàn)形式與控制方式 本機械手模型的機能和特性 物體在三維空間內(nèi)的禁止位置是由三個坐標和圍繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的，因此，抓握物體的位置和方向能從理論上求得。根據(jù)資料的介紹，如果采用機械手，其機能要接近于人的上肢，則需要具有 27 個自由度，而每一個自由度至少要有 一根“人造肌肉”來控制。我們不要那么多自由度，因為根據(jù)實際情況而言，控制的自由度越多，其各個部分也就越復雜，相應的制造成本也就增加。 本設計的機械手，它共有自由度 5 個。即：手臂前后伸縮、手臂上下伸縮、手臂左右旋轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)、手指的抓握。 夾緊機構(gòu) 機械手手爪是用來抓取工件的部件。手爪抓取工件時要滿足迅速、靈活、準確可靠的要求。設計制造夾緊機構(gòu) —— 機械手，首先要從機械手的坐標形式，運行速度和加速度的情況來考慮。其夾緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力來計算。則同時考慮有足夠的開口尺寸，以 適應被抓物體的尺寸變化為擴大機械手的應用范圍，還需備有多種抓取機構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力要限制在一定的范圍內(nèi)并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動定心結(jié)構(gòu)。為防止突然斷電造成被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機構(gòu)本身則結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動作靈活、和工作可靠。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 共 60 頁 夾緊結(jié)構(gòu)形式多樣、有機械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進行操作的裝置。本設計采用機械式夾緊裝置。 機械式夾緊是最基本的一種，應用廣泛，種類繁多。如按手指運動的方式和模仿人手的動作，可分為回 轉(zhuǎn)型、直進型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓式等。本設計采用二指式手爪。由可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的開閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個直流電動機完成，同時通過兩個限位開關(guān)完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設置在 180 度。 軀干 軀干有底盤和手臂兩部分組成。 底盤是支撐機械手的全部重量并能帶動手臂旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。底盤采用一個直流電動機驅(qū)動，底盤旋轉(zhuǎn)時帶動一個旋轉(zhuǎn)編碼盤旋轉(zhuǎn)，機械手每旋轉(zhuǎn)三度發(fā)出一個脈沖，由傳感器檢測并 送入可編程控制器，從而計算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時，在 底盤上裝有限位開關(guān)，最大旋轉(zhuǎn)角度可達 180 度。 手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件使它們運動的機構(gòu)。本設計手臂由橫軸和豎軸組成、可完成伸縮、升降的運動。手臂采用電動機帶動絲杠、螺母來實基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 16 頁 共 60 頁 現(xiàn)伸縮和升降運動。由可編程控制器發(fā)出信號控制步進電機運轉(zhuǎn)，同時在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動的特點是易于自鎖、位置精度較高，傳動效率較高。 旋轉(zhuǎn)編碼盤 機械手底盤和軀干每旋轉(zhuǎn) 3 度發(fā)出一個脈沖，并把信號送回可編程控制器來得到轉(zhuǎn) 過的準確的角度。編碼盤的機構(gòu)如圖 31。 圖 31 旋轉(zhuǎn)編碼盤 可以通過改變程序中計數(shù)器 C0 的初值來確定所要轉(zhuǎn)過的角度，這里可以通過用計算機 讀出指令表，然后修改得到不同的控制角度。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 共 60 頁 綜上所述，根據(jù)機械手的各部分要求條件可確定本設計機械手控制系統(tǒng)所選器材列表如表 31。 表 31所選器材列表 名稱 型號或規(guī)格 數(shù)量 名稱 型號或規(guī)格 數(shù)量 PLC FX1N60MR 1 限位開關(guān) LX19111 8 電磁閥 VF3130 1 轉(zhuǎn)換開關(guān) LW65 1 按鈕 LA101H 13 熔斷器 RC1A30/15 2 連接導線 若干 基于三菱 FX系列 PLC的機械手控制系統(tǒng)設計 第 18 頁 共 60 頁 電源