【文章內容簡介】 控制場合；從產品配套上來說， 生產了各種人機界面單元、通訊單元，使應用到可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。 這種控制方式的特點很多，有：可靠性高，擴展能力強，邏輯運算能力強，輸入輸出電路一律采用光電隔離，內部采用電磁屏蔽，從而能更好地適用于工作環(huán)境；配套齊全，功能完善，實用性強；易學易用，深受工程技術人員歡迎。 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，它體積小，重量輕，能耗少；系統設計工作量小，維護方便，便于維修和改造。 PLC用存儲邏輯代替界限邏輯，大大地減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計以及建造的周期大大縮短，是現代工業(yè)工作控制 系統的良好選擇。 通過上文對各種控制方式的比較，我們可以看出此次課題應該采用 PLC 控制方式更加合理。 21 世紀，可編程控制器會有更大的發(fā)展，將在工業(yè)以及工業(yè)以 15 外的眾多領域發(fā)揮越來越重要的作用。 選擇 PLC 的原因 次設計選擇 PLC 是 因為它有它自身的優(yōu)點： (1) 好的通用性。 PLC 采用存儲邏輯 , 其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中 , 要改變控制邏輯 , 只需改變程序即可 ,因而可通過編程來實現各種控制功能。而傳統的繼電控制系統要改變控制功能需重新設計和連線 , 耗時長、耗資大。 (2) 高的可靠性。一方 面 PLC在硬件上采用了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列抗干擾措施 , 在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設計 , 對元器件進行了精心的挑選 。 另一方面 , 它采用了諸如數字濾波、指令復執(zhí)、程序卷回、差錯校驗等一系列軟件抗干擾措施及故障診斷技術 , 以及在系統一級的冗余配置等。因而它的可靠性很高 , 其平均無故障時間可達 2～ 5 萬小時以上。 (3) 強的功能。 PLC 不僅具有邏輯運算和控制 , 以及順序控制等功能 , 而且還具有模擬轉換、數模轉換、高速計數、速度控制、位置控制、模擬量調節(jié) (如 PID 控制 )以及遠程通訊、生產監(jiān)控等功能。 (4) 編程簡單 ,使用方便。 PLC 編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖 , 它是一種面向控制過程、面向問題的 “ 自然語言 ” 編程方式 , 容易掌握。對于企業(yè)中一般的電氣技術人員和技術工人 , 這種面向生產、面向用戶的編程方式 , 與常用的微機語言相比更容易接受。在 PLC 出現之前，大多數控制設備是用硬接線邏輯設備。由于他們的邏輯性比較強，所以要對他們改動會比較困難，在更新機械設備的同時，只能研究新的控制設備，這不僅延長了生產周期，而且也提高了生產成本，在產品更新很快的今天，這 些不足之處會大大限制企業(yè)的發(fā)展，降低企業(yè)的競爭力。而 PLC的出現解決了以上的難題。它替代了硬接線控制設備，實現了軟件編程，用程序來描述控制過程，要更改生成過程只需要改變程序就可以了。這大大縮短了生產周期，效率得到了明顯的改善。 16 4 控制模型的設計 機械手能模仿人手和臂的某些動作功能，用于按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和 自動包裝等方面 。 機械手主要由手部和運 動機構組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構，使手部完成各種轉動（擺動）、移動或復合運動來實現規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設計的關鍵參數。 自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有（ 2～ 3）個自由度。設計的是一個五自由度工件搬運氣 動機械手。 模塊式機械手是將一些通用部件，根據作業(yè)的要求，選擇必要的能完成預定機能的單元部件，以底座為基礎進行組合，配上與其相適應的控制部分，即成為能完成特殊要求的機械手。通過模塊選擇與組合以構成一定范圍內的不同功能或同功能不同性能、不同規(guī)格的系列產品。并且在產品變化或臨時需要對機械手進行新的分配任務時，可以允許方便的改動或重新設計其新部件，能很快地投產，降低安裝和轉換工作的費用。各模塊劃分，如圖 41所示。 17 圖 41 機械手各模塊的組成 總體方案的設計 本課題目標是實 現生產瓷磚連續(xù)自動包裝 ,為 5 個自由度機械手控制系統 .執(zhí)行件作循環(huán)往復的直線水平運動和旋轉運動 ,并且運動中速度要調節(jié) ,運動 總體方框圖 見圖 42。因此 ,采用氣動元件構成所需驅動系統。 18 圖 42 瓷磚自動包裝機械手運動框圖 機械手控制系統實例分析 機械手的結構 該氣動機械手具有五自由度（手指運動不計入自由度數），結構示意圖，如圖 43 所示。臂部有 3 個自由度，即大臂 45176。旋轉、小臂五個位置的伸縮、手腕 90176。旋轉；手指有 1 個自由度，即手 指的吸合和斷開；還有腰關節(jié) 180176。的旋轉。該氣動機械手具有五自由度（手指運動不計入自由度數），結構示意圖，如圖 所示。臂部有 3 個自由度，即大臂 45176。旋轉、小臂五個位置的伸縮、手腕 90176。旋轉；手指有 1個自由度，即手指的吸合和斷開；還有腰關節(jié) 180176。的旋轉。 PLC 控制器 手指吸瓷磚 面磚豎放 檢測瓷磚系統 小臂對瓷磚分組（五個一組） 瓷磚合格 輸入檢測信號到控制器分析 大臂放下合格瓷磚 打包機完成 封裝和打包至生產線 19 圖 43 機械手的機構組成 機械手的動作流程 機械手的動作如圖 44 所示，它是一個水平 /垂直位移和旋轉的機械設備，用來將瓷磚由右工作臺搬到左工作臺。 左工作臺是一個傳送帶 ,有步進電機控制(M1),手指每取走一塊瓷磚傳送帶就步進一個位置 ,為下一 塊瓷磚做好準備 .同時在機械手動作之前 ,光電開關檢測傳送帶是否有瓷磚 ,以防止誤動作 ,損壞機構 . 它的動作循環(huán)是：原位 — 手腕旋轉 90176。 — 光電檢測信號 — 手指吸盤吸合 瓷磚 — 手腕旋轉 90176。 — 大臂旋轉 45176。 — 腰關節(jié)旋轉 180176。 — 大臂旋轉 45176。 — 小臂伸出一個位置 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤斷開 — 放下第一塊瓷磚 — 大臂旋轉90176。 — 手腕旋轉 90176。 — 小臂縮回一個位置 — 腰關節(jié)旋轉 180176。回到原位 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤吸合 — 手腕旋轉 90176。 — 大臂旋轉 45176。 — 腰關節(jié)旋轉 180176?！?大臂旋轉 45176。 — 小臂伸出一個位置 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸 盤斷開 — 放下第二塊瓷磚 — 大臂旋轉 90176。 — 手腕旋轉 90176。 — 小臂縮回一個位置 — 原位 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤吸合 — 手腕旋轉 90176。 — 大臂旋轉 45176。 — 腰關節(jié)旋轉 180176。 —大臂旋轉 45176。 — 小臂伸出一個位置 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤斷開 — 放下第三塊瓷磚 — 大臂旋轉 90176。 — 手腕旋轉 90176。 — 小臂縮回一個位置 — 腰關節(jié)旋轉 20 180176。回到原位 — 原位 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤吸合 — 手腕旋轉 90176。 — 大臂旋轉 45176。 — 腰關節(jié)旋轉 180176。 — 大臂旋轉 45176。 — 小臂伸出一個位置 — 手腕旋轉90176。 — 手指吸盤斷開 — 放下第四塊瓷磚 — 大臂旋轉 90176。 — 手腕旋轉 90176。 — 小臂縮回一個位置 — 腰關節(jié)旋轉 180176。回到原位 — 原位 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤吸合 — 手腕旋轉 90176。 — 大臂旋轉 45176。 — 腰關節(jié)旋轉 180176。 — 大臂旋轉 45176。 — 小臂伸出一個位置 — 手腕旋轉 90176。 — 手指吸盤斷開 — 放下第五塊瓷磚 — 大臂旋轉90176。 — 手腕旋轉 90176。 — 小臂縮回一個位置 — 腰關節(jié)旋轉 180176?；氐皆?。 一個包裝箱五塊瓷磚包裝完成 ,通信系統通知下一級系統進行打包 、 運走 ,一個循環(huán)過程結束 . 圖 44 機械手的動作模型 機械手的工作過程分析 本論文機械手的全部動作由氣缸驅動，而氣缸又由相應的電磁閥控制 。其中，手腕的旋轉由單線圈兩位電磁閥控制。例如，當手腕向下旋轉電磁閥通電時，手腕旋轉，當碰到限位開關 SQ2 時停止。而當線圈斷電時，手腕向上旋轉而當碰到限位開關 SQ1 時停止。當腰旋轉電磁閥得電時，腰部旋轉，碰限位開關 SQ4 停止，而斷電時復位。 21 機械手的工作過程如下： 1） 原位狀態(tài)下（機械手大臂在右限位、手腕在上限位 SQ小臂在左限位 SQ9 動作），按啟動按鈕，機械手手腕開始動作。 2） 手腕旋轉 90176。，當碰到限位開關 SQ2 動作，手腕旋轉結束，機械手手指吸盤吸瓷磚。 3） 吸合瓷磚延時 1S，手指動作結束，機械手大臂開始旋轉。 4） 大臂旋轉 45176。碰限位開關 SQ3 動作，旋轉結束，機械手腰開始動作。 5） 腰旋轉 180176。碰限位開關 SQ4 動作，旋轉結束，大臂開始動作。 6） 大臂旋轉 180176。將第一塊瓷磚放入包裝箱 1 中。 7） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時 1S。同時，向 PLC 發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。 8） 小臂收縮到行程開關 SQ8 受壓動作，收縮停止，腰旋轉 180176。 9） 重復步驟 1） —— 5）。 10） 大臂旋轉 180176。將第二塊瓷磚放入包裝箱 1 中。 11） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時 1S。同時，向 PLC 發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。 12） 小臂收縮到行程開關 SQ7 受壓動作，收縮停止，腰旋轉 180176。 13） 重復步驟 1） —— 5）。 14） 大臂旋轉 180176。，將第三塊瓷磚放入包裝箱 3中。 15） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時 1S。同時，向 PLC 發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。 16） 小臂收縮到行程開關 SQ6 受壓動作，收縮停止，腰旋轉 180176。 17） 重復步驟 1） —— 5）。 18） 大臂旋轉 180176。將第四塊瓷磚放入包裝箱 4 中。 19） 手指吸盤斷開，放下瓷磚延時 1S。同時，向 PLC 發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。 20） 小臂收縮到行程開關 SQ6 受壓動作，收縮停止，腰旋轉 180176。 21） 重復步驟 1） —— 5）。 22） 大臂旋轉 180176。將第五塊瓷磚放入包裝箱 5 中。 22 23） 手指吸盤斷開，放 下瓷磚延時 1S。同時，向 PLC 發(fā)出信號，小臂收縮一個位置。 24） 小臂收縮到行程開關 SQ5 受壓動作，收縮停止，腰旋轉 180176。 25） 完成五塊瓷磚的包裝，一個工作循環(huán)完畢。轉入下一次循環(huán)。 機械手按上述順序周而復始地包瓷磚。 即為瓷磚自動包裝線 。 瓷磚通過傳送帶送到機械手，傳送帶為步進式控制。每當機械手從傳送帶上取走一塊瓷磚時，該傳送帶向前步進一個步距，將使機械手在下一個工作循環(huán)取走瓷磚。當機械手準備下降時，為了確保安全，必須在工作臺無工件時才允許機械手下降。也就是說，若上一次搬運到工作臺上的工件尚未過來，機械手應自動停 止下降，用光電開關 X008 進行無工件檢測。傳送帶由電動機 M1 驅動，機械手腰部的回轉運動由氣動閥 Y Y2 控制，大臂的旋轉運動由氣動閥 Y Y4 控制，機械手的手指吸合與斷開由氣動閥 Y5 控制，小臂的伸縮運動分別有氣動閥 YY Y Y Y10 控制。 機械手的操作方式分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為步進、單周期和連續(xù)操作方式。 手動操作：及時用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制。例如當選擇大臂旋轉運動時，按下按鈕，機械手大臂旋轉。當選擇吸合 /斷開運動是，按下啟動按鈕，手指吸合；按下停 止按鈕，手指斷開。 步進操作：每按下一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。 單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。 連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按一下停止按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。 23 5 PLC 設計 PLC 的簡介 隨著微電子技術、計算機技術、通信技術、容錯控制技術、數字控制技術的飛速發(fā)展，可編程序控制器的數量、型號、品種以異乎尋常的速度發(fā) 展。 目前，可變程序控制器的生產廠家眾多，產品型號、規(guī)格不可勝數，但主要分為歐、日、美三大塊。在中國市場上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三菱和歐姆龍公司，美國的代表是 AB與 GE 公司。各大公司在中國均推出自己的從微型到大型的系列化產品。令人感到遺憾的是，國產 PLC 始終沒