【正文】 C 的 E 口。 排氣路線：擺動氣缸 C 的 D 口 → 單向調(diào)速閥 19→ 三位四通電磁換向閥 12 排氣口 →調(diào)速閥 8→ 消聲器 9→ 排出。 (8)垂直手臂的下降 擺動氣缸左旋到指定位置（ 90 度）， 撞到左轉(zhuǎn)限位開關(guān)，使三位四通電磁閥 12 的電磁鐵 6YA 斷電，擺動氣缸的左旋運動停止。經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥 11的電磁鐵 3YA 得電，閥 11 的閥芯右移，執(zhí)行小臂的下降運動。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通 電磁換向閥 11 左端 → 單向調(diào)速閥17→ 氣缸 B 的無桿腔。 排氣路線：氣缸 B 的有桿腔 → 單向調(diào)速閥 18→ 三位四通電磁換向閥 11 的排氣口 →調(diào)速閥 6→ 消聲器 7→ 排出。 (9)放物 小臂氣缸下降到指定位置時，撞到下限位開關(guān)， 使三位四通電磁閥 11 的電磁鐵 3YA斷電， 垂直手臂的下降 運動停止。經(jīng)時間繼電器延時， 使二位二通電磁 13 斷電，二位二通電磁閥 14 通電，真空發(fā)生器停止運動，真空消失，壓縮空氣進入吸盤 26，將物料與吸盤吹開，這時氣路為： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 二位二通電磁閥 14→ 調(diào)速閥 23→ 過濾器 25→ 吸盤 26。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 21 頁 排氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 二位二通電磁閥 14→ 調(diào)速閥 23→ 過濾器 25→ 吸盤 26。 (10) 垂直手臂的上升 經(jīng)傳感器檢測到物料已脫離吸盤，發(fā)出訊號，經(jīng)時間繼電器延時，使三位四通電磁閥 11 的 4YA 得電，閥 11 的右位接入工作， 執(zhí)行 垂直手臂的上升 動作。 這時的氣路是： 進氣路線： 2 空氣處理單元 → 儲氣罐 3→ 三位四通電磁換向閥 11 右端 → 單向調(diào)速閥18→ 氣缸 B 的有桿腔。 排氣路線：氣缸 B的無桿腔→單向調(diào)速閥 17→三位四通電磁換向閥 11 的排氣口→調(diào)速閥 6→消聲器 7→排出。 (11)回到初始位 置 垂直手臂上升 到指定位置，撞到上限位開關(guān)，接通復(fù)位按鈕，回到初始位置，重復(fù)以上動作。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 22 頁 第四章 控制系統(tǒng)的 分析設(shè)計 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計是整個機械手設(shè)計的關(guān)鍵和核心。它在結(jié)構(gòu)和功能上的合理劃分與巧妙實現(xiàn)，對提高機械手整體可靠性、實用性具有重要的意義，同時也是降低制造成本、縮短開發(fā)周期的有效途徑。為此本章在分析了當前機械手廣泛采用的控制器結(jié)構(gòu)及 PLC 的發(fā)展之后，提出了采用 PLC 的控制方法。 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 23 頁 控制系統(tǒng)的性能要求 對于一般的控制系統(tǒng)有以下控制的要求： (1)穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是系統(tǒng)受到短暫的擾動后其運動性能從偏離平衡點恢復(fù)到原平衡點狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是一般自動控制必須滿足的基本要求，對穩(wěn)定性的研究是自動化控制系統(tǒng)中的一個基本問題。 (2)過渡過程性能 描述過渡過程性能可以用平衡性和快速性加以衡量，平衡性指系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)時具有較小的超調(diào)和震蕩性；系統(tǒng)由初始狀態(tài)運動到新的平衡狀態(tài)經(jīng)歷的時間表示系統(tǒng)過渡過程的快速程度。 (3)穩(wěn)態(tài)誤差 穩(wěn)態(tài)誤差是在過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。控制 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越小，說明控制精度越高。因此，穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)性能好壞的一項重要指標，控制系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)之一就是在兼顧其他性能指標的情 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 24 頁 況下，使穩(wěn)態(tài)誤差盡可能小或者小于某個允許的限制值。 傳感器的選擇 傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。它主要被用于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。 根據(jù)本設(shè)計的要求需要對位置檢測裝置、滑覺傳感器、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置檢測機械手動作是否到位，滑覺傳感器是判別物料是否被穩(wěn)定吸住，視覺 傳感器是為了完成機械手對物料的識別。 位置檢測裝置 滑覺傳感器 視覺傳感器 ： NPN 和 PNP、繼電器和模擬輸出。 顏色傳感器的類型比較 : (1)光到光電流轉(zhuǎn)換器 光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，將光轉(zhuǎn)換成光電流?？梢允褂猛獠侩娐?，將光電流轉(zhuǎn)換成一定比例的電壓輸出，然后可以通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，輸送到微控制器中。 優(yōu)點： 設(shè)計靈活。可以針對各個應(yīng)用訂制放大器的增益和帶寬及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的速 度和分辨率 。 缺點： 增加了組裝成本，提高了設(shè)計復(fù)雜程度，光到光電流轉(zhuǎn)換器適合要求響應(yīng)時間短、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應(yīng)用。 (2)光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個跨阻抗放大器。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號處理器。 優(yōu)點：簡化外設(shè)電路設(shè)計，改善空間利用效率，降低組裝成本。 缺點：響應(yīng)時間預(yù)先由內(nèi)置電流到電壓轉(zhuǎn)換器確定，如跨阻抗放大器，要求額外的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式， 光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計周期較短、產(chǎn)品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計精良的應(yīng)用。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 25 頁 (3)光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器 光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器由搭配 RGB 濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如 2 線串行接口，以進一步處理信號，而不需額外的器件。 優(yōu)點： 提供抗噪聲干擾能力，簡化外圍電路設(shè)計，改善空間利用率，降低組裝成本 。 缺點： 只通過 2 線串行接口模塊提供到微控制器或 PC 的直接接口，響應(yīng)時間由內(nèi)置模擬電路和數(shù)字電路預(yù)先確定，預(yù) 先確定模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換器適合要求抗噪聲能力、縮短設(shè)計周期、加快產(chǎn)品開發(fā)周期及光線條件和空間利用率設(shè)計精良的應(yīng)用。 傳感器選擇 根據(jù)前面的介紹和比較，為了便于 PCL 控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計，選擇 RGB 顏色傳感器著為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，便于 PLC 控制系統(tǒng)的簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)。 控制系統(tǒng) PLC的選型及控制原理 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 一、 PLC 機型 的選擇 PLC 機型選擇的基本原則是在 滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： (1) 確定 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 整體式 PLC的每一個 I／ O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC的功能擴展靈活方便 ,在 I／ O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I／ O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體試 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適。 (2) 確定合理的 安裝方式 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 26 頁 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I／ O式以及多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程 I／ O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程 I／ O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程 I／ O電源；多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 在工廠小批量生產(chǎn)中降低成本是很重要的，所以此系統(tǒng)選擇集中試的安裝方式。 （ 3) 滿 足 相應(yīng)的功能 要求 一般小型 ( 低檔 ) PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。 對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 此系統(tǒng)只需用開關(guān)量控制，選用一般小型 PLC即可。 (4) 滿足 響應(yīng)速度 要求 PLC 是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮 PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。 本系統(tǒng)不需要 跨范圍使用 PLC 對某些 功能或信號 也沒有 特殊的速度要求 ，不需要 選用具有高速 I／ O處理功能的 PLC。 (5) 滿足 系統(tǒng)可靠性要求 對于一般系統(tǒng) PLC的可靠性均能滿足。對可靠性 要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 本系統(tǒng)選用 一般系統(tǒng) PLC能夠滿足要求，不需要考慮太多此方面的問題。 (6) 機型 盡量 統(tǒng) 一 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 27 頁 一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到 PLC的機型統(tǒng)一。 以保證 其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理 ； 有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高 ； 其外部設(shè)備 可以 通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。 本課題的要求不高，不需要考慮配備上位計算機，但為了方便采購和管理等我們還是要求機型要統(tǒng)一。 二、 確定 PLC 的 容量 PLC 的容量包括 I／ O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。 1）確定系統(tǒng)的實際輸入點數(shù) 系統(tǒng)由 啟動按鈕 SB 停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復(fù)位按紐 SB顏色 傳感器 ST左旋極限傳感器 ST右旋極限傳感器 ST上升限位傳感器 ST下降限位傳感器 ST 手臂縮回 限位傳感器 ST手臂伸出 限位傳感器 ST超上升 限位傳感器 ST超下降 限位傳感器 ST超左旋 限位傳感器 ST超右旋 限位傳感器 ST1超伸出 限位傳感器 ST1超縮回 限位傳感器 ST1 工件檢測傳感器 PS系統(tǒng)的自動 /手動控制開關(guān) SA 以及手動的升降 、左右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個輸入繼電器的外部控制點，共有 28 個輸入點。 2）確定系統(tǒng)的實際輸出點數(shù) 系統(tǒng)有手臂左旋、右旋、伸出、縮回、上升、下降、吸物、放物的電磁閥動作，報警指示燈、原位指示燈及 自動 /手動指示燈工作，一 共 12 個輸出點。 3）確定應(yīng)選擇 PLC 的點數(shù) PLC 平均的 I／ O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I／ O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的 I／ O點最少，但必須留有一定的裕量。 通常 I／ O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上 10％ 到 15％的裕量來確定。 本系統(tǒng)的輸入、輸出實際需要 40 個點，所以本系統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出點數(shù)定為 48點比較合適，但輸入和輸出各應(yīng)留有 裕量 。 4）確定系統(tǒng)同時接通輸入 /輸出點的數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 ( 如 32點、 48 點等 ) ，應(yīng)考慮該模塊同時接通的點數(shù)一般不要超過輸入點數(shù)的 60％。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 28 頁 同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V／ 2A 的８點輸出模塊，每個輸出點可承受 2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并 不是 16A(8 2A) ，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點數(shù)不要超出同一公共端輸出點數(shù)的 60％。 對同時接通的輸 /入輸出點的制約， 此系統(tǒng)是可以滿足的。 (2)系統(tǒng) 存儲容量 的選擇 PLC 的 I／ O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了 PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在 I／O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式