【正文】 %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙 （ %）等行業(yè)。 PLC的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也是。有調(diào)查表明， PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占 42%，采用繼電器、接觸器控制尚有 24%。所以說，需要應(yīng)用 PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場的根本原因。 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 32 PLC的結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上分 ,PLC 分為固定式和組合式 (模塊式 )兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等 .這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架 ,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 圖 41 PLC PLC 的主要結(jié)構(gòu)有： A： 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成。 CPU 單元還包括外 圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度。 IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 B： 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 PLC 常用的存儲器類型： (1) RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀 /寫存儲器 (隨機(jī)存儲器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 (2) EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) 這是一種可擦除的只讀存儲器。在斷電情況下，存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。 (3) EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) 這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進(jìn)行修改。 C：電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計(jì) 和制造也十分重視。 一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 其主要設(shè)備有： 編程設(shè)備 :編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件。用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器 PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 人機(jī)界面 :最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕。目前液晶屏（或觸摸屏式）的一體式操作員終端 應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 輸入輸出設(shè)備 :用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器、打印機(jī)等 常見的 PLC的類型挺多的，有三菱的 FX系列、西門子的 S7系列、臺灣的豐煒等等。 PLC 的分類 PLC 的分類有： (一 ) 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 以外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 34 (二 ) 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O點(diǎn)數(shù)一般在 256~1024 點(diǎn)之間。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊， (三 ) 大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動 化。 PLC的特點(diǎn) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動、機(jī)械振動、溫度變化等中可靠地工作， PLC的平均無故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的 F1系列 PLC平均無故障時(shí)間間隔長達(dá) 30萬 h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng) 由于 PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對同一控制對象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變 PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。 編程簡單、使用、維護(hù)方便 組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍 廣 PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級控制系統(tǒng)；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此， PLC應(yīng)用范圍很廣。 體積小、重量輕、功耗低 PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約 。 PlC的用途 PLC的用途主要由以下： 用于邏輯控制 這是 PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用 PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動電梯控制等。 用于模擬量控制 PLC通過模擬量 I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 35 對模擬量控制。 用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（ NC）及計(jì)算機(jī)控制（ CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。 用于工業(yè)機(jī)器人控制。 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的 PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn) PLC與PLC之間、 PLC與遠(yuǎn)程 I/O之間、 PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 機(jī)械手通常應(yīng)用于動作復(fù)雜的場合來代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動， 普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動作簡單的電氣及流水線控制，而 PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) ?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng) 。 編程簡單、使用、維護(hù)方便；組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于類似機(jī)械手的控制動作復(fù)雜的場合，本設(shè)計(jì)正是以 PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動作。 機(jī)械手動作 PLC 設(shè)計(jì) 本課題可采用可編程序控制器對機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動控制。軟件采用模塊式結(jié)構(gòu)回原位、手動、單步、單周期、連續(xù)、用選擇開關(guān)來選擇動作種類?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)械手的下降、夾 緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退動作。 圖 42 機(jī)械手的動作周期 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 36 I/O接口簡介 A、 I/O接口的概念 CPU與外部設(shè)備、存儲器的連接和數(shù)據(jù)交換都需要通過接口設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，前者被稱為I/O接口，而后者則被稱為存儲器 接口。存儲器通常在 CPU的同步控制下工作，接口電路比較簡單；而 I/O設(shè)備品種繁多，其相應(yīng)的接口電路也各不相同，因此，習(xí)慣上說到接口只是指 I/O接口。 B、接口的分類 I/O接口的功能是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn) CPU通過系統(tǒng)總線把 I/O電路和 外圍設(shè)備聯(lián)系在一起，按照電路和設(shè)備的復(fù)雜程度， I/O接口的硬件主要分為兩大類： （ 1） I/O接口芯片 這些芯片大都是集成電路，通過 CPU輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關(guān)的 I/O電路和簡單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見的接口芯片如定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷控制器、 DMA控制器、并行接口等。 （ 2） I/O接口控制卡 有若干個(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與 CPU同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上。 按照接口的連接對象來分，又可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。 PLC設(shè)計(jì) 輸入輸出設(shè)備 根據(jù)壓力機(jī)液壓系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 輸入設(shè)備：開關(guān) 14 個(gè)； 輸出設(shè)備：手臂伸縮缸的伸縮、手臂回轉(zhuǎn)缸的回轉(zhuǎn)、手指夾緊缸的夾緊與張開、定位缸的滑動、手臂升降缸升降，報(bào)警指示燈。 選擇可編程控制器 本系統(tǒng) 有輸入信號 21個(gè)，輸出信號 18 個(gè)，均為開關(guān)量。根據(jù)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)，類型及控制要求，同時(shí)考慮到維護(hù)，改造和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素，上網(wǎng)查得選擇可編程控制器型號為 FX2N80MR001，共有 40 個(gè)輸入點(diǎn)， 40 個(gè)輸出點(diǎn)，可滿足控制要求。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 37 三菱 PLC FX2N80MR001是 FX系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列。最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足各個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 其它功能： 快速斷開端子塊 因 為采用了優(yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換 時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能 在所有的 FX2NPLC 中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操表功能對過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。 持續(xù)掃描功能 為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期。 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能 可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 x000 到x017）。 注解記錄功能 元件注解可以記錄在程序寄存器中。 在線程序編輯 在線改變程序不會損失工作時(shí)間或停止 生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 RUN/STOP 開關(guān) 面板上運(yùn)行 /停止開關(guān)易于操作。 遠(yuǎn)程維護(hù) 遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和密碼保護(hù) ,使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)程序。 PLC 的 I/O 分配如下： 表 41 I/O 分配表 x1 啟動 y1 報(bào)警燈紅 x2 停止 y2 報(bào)警燈綠 x3 工件到位 y3 手臂伸長電磁閥 x4 機(jī)械手原位 y4 手臂收縮電磁閥 x5 下降到位 y5 上升電磁閥 x6 上升到位 y6 下降電磁閥 x7 夾緊工件 y7 手腕右轉(zhuǎn)電磁 閥 X8 放松到位 y8 手腕左轉(zhuǎn)電磁閥 X9 單周期 y9 夾緊電磁閥 x10 連續(xù) y10 放松電磁閥 第四章 機(jī)械手的 PLC 控制設(shè)計(jì) 38 x11 回原位 y11 下降指示 x12 上升 y12 上升指示 x13 下降 y13 夾緊指示 x14 放松 y14 放松指示 x15 快進(jìn) y15 慢進(jìn)指示 x16 慢進(jìn) y16 慢退指示 x17 快退 y17 快進(jìn)指示 x18 慢退 y18 快退指示 x19 復(fù)位 x20 左旋 x21 右旋 PLC外圍接線圖如下 ： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 39 X1X2Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y18Y9X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13 X3X14 X15X16 X17X18X19X20X21FX2N80MR001報(bào)警燈紅報(bào)警燈綠手臂伸長電磁閥手臂收縮電磁閥上升電磁閥下降電磁閥手腕右轉(zhuǎn)電磁閥手腕左轉(zhuǎn)電磁閥8夾緊電磁閥放松電磁閥下降指示上升指示夾緊指示放松指示慢進(jìn)指示慢退指示快進(jìn)指示快退指示啟動停止機(jī)械手原位下降到位上升到位夾緊工件放松到位單周期連續(xù)回原位上升下降工件到位放松快進(jìn)慢進(jìn)快退慢退左旋右旋復(fù)位圖 42 PLC I/O 接線控制圖 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 40 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年所學(xué)的一個(gè)綜合考察。我覺得作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)的學(xué)生，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面有了更大的進(jìn)步。在這 3個(gè)月的時(shí)間里，通過網(wǎng)上查找資料，翻閱設(shè)計(jì)手冊等相關(guān)專業(yè)書籍，使我了解到很多機(jī)械手的相關(guān)知識。熟悉了機(jī)械手設(shè)計(jì)的過程步驟，通過機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注意事項(xiàng)等，鞏固了