【導(dǎo)讀】部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。本文在闡述其結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，提出了。用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和PLC控制的設(shè)計(jì)方案。以三菱的FX2N系列可編程控制器為控制器設(shè)計(jì)機(jī)械?？刂?、故障報(bào)警等功能。業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。安全，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工業(yè)和原子能等部門?？删幊炭刂破魇且灾醒胩幚砥鳛楹诵模C合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，據(jù)猜測(cè)，今后機(jī)器人將在醫(yī)療、變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性生產(chǎn)線。目前，國(guó)際上的機(jī)械手公司主要分為日系和歐系。在我國(guó)，機(jī)械手市場(chǎng)份額大部分。電系統(tǒng)用于維護(hù)維修的機(jī)器人等。重復(fù)高精度是指如果重復(fù)多次，機(jī)械手到達(dá)同樣位置的精確程度。的，因此可以通過編程予以校正。復(fù)運(yùn)行機(jī)器人來測(cè)定。

　　

【正文】 非晶硅 圖 集成型 RGB 顏色傳感器結(jié)構(gòu) 25 RGB（紅綠藍(lán)）顏色傳感器，它檢測(cè)物體的對(duì)三基色的反 射比率，從而鑒別物體顏色。這類裝置許多是溫反射型、光束型、光纖型的，封裝在各種金屬和聚碳酸脂外殼中。典型的輸出有： NPN 和 PNP、繼電器和模擬輸出。 根據(jù)前面的介紹，為了便于 PLC 控制程序的編寫，利于公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，綜合其各種情況，在本設(shè)計(jì)，選擇 RGB 顏色傳感器為識(shí)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(jiǎn)單化，控制系統(tǒng)更容易實(shí)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(jì)的基本原則 PLC 機(jī)型的選擇 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要 求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 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(gè) I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)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(kuò)展靈活方便 ,在 I/O 點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)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) [15]。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體 式 PLC 的結(jié)構(gòu)形式較為合適 。 2. 確 定合理的安裝方式 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I/O 式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I/O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)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(yuǎn)程 I/O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I/O 電源；多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)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。 確定 PLC 的容量 PLC 的容 量包括 I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。 1． 從 I/O 點(diǎn)數(shù) 來確定 PLC 容量 (1) 確定系統(tǒng)的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù) 26 系統(tǒng)由啟動(dòng)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(cè)傳感器 PS系統(tǒng)的自動(dòng) /手動(dòng)控制開關(guān)SA 以及手動(dòng)的升降、左右旋轉(zhuǎn)、伸縮、吸放按鈕（ SB5SB12）作為個(gè)輸入繼電器的外部控制點(diǎn)，共有 28 個(gè)輸入點(diǎn)。 (2) 確定系統(tǒng)的實(shí)際輸出點(diǎn)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(dòng)作，報(bào)警指示燈、原位指示燈及自動(dòng) /手動(dòng)指示燈工作，一共 12 個(gè)輸出點(diǎn)。 (3) 確定應(yīng)選擇 PLC 的點(diǎn)數(shù) PLC 平均的 I/O 點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用 PLC 的 I/O 點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的 I/O 點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。 通常 I/O 點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被 控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)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(shí)際需要 40 個(gè)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出點(diǎn)數(shù)定為 48 點(diǎn)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(shí)接通輸入 /輸出點(diǎn)的數(shù)量 a．同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)量 對(duì)于選用高密度的輸入模塊 (如 32 點(diǎn)、 48 點(diǎn)等 )，應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的 60%。 b． 同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量 同時(shí)接通輸出設(shè)備的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個(gè) 220V/2A的 8 點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可承受 2A 的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的 60%。 對(duì)同時(shí)接通的輸入 /輸出點(diǎn)的制約，此系統(tǒng)是可以滿足的。 2．從 用戶存儲(chǔ)容量 來確定 PLC 的容量 系統(tǒng)存儲(chǔ)容量 也決定了 PLC 的容量，系統(tǒng)存儲(chǔ)容量主要由 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)決定。 PLC 的 I/O 點(diǎn)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(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲(chǔ)容量后，再加 20%到 30%的裕量。 27 存儲(chǔ)容量（字節(jié)）＝開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù) （ 8125%） ＋ 模擬量 I/O 通道數(shù) 100 A=4010+0100 =400（字節(jié)） 另外，在存儲(chǔ)容量選擇的同時(shí)，注意對(duì)存儲(chǔ)器類型的選擇。但是，本課題要求的存儲(chǔ)容量很低，一般的 PLC 都能夠滿足 [16]。 確定 PLC 的 I/O 模塊 一般 I/O 模塊的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上。 PLC 的 I/O 模塊有開關(guān)量 I/O 模塊、模擬量 I/O 模塊及各種特殊功能模塊等。不同的 I/O 模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC 的應(yīng)用范圍和價(jià)格，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。根據(jù)本課題要求，不需要用到模擬量 I/O 模塊及各種特殊功能模塊，所以只需要對(duì)開關(guān)量 I/O 模塊選擇即可 。 1. 開關(guān)量輸入模塊的選擇 開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部接受的低電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： (1) 輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí) 開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入三種類型。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵 的惡劣環(huán)境下使用 。 開關(guān)量輸入模塊的輸入信號(hào)的電壓等級(jí)有：直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 等；交流110V、 220V 等。選擇時(shí)主要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般 5V、12V、 24V 用于傳輸距離較近場(chǎng)合，如 5V 輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過十米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級(jí)較高的模塊。 本系統(tǒng)傳輸距離較近可選擇 24V 直流輸入 。 (2) 輸入接線方式 開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式。 匯點(diǎn)式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個(gè)公共端（ COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成 若干組，每一組（幾個(gè)輸入點(diǎn)）有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價(jià)格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號(hào)之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。所以本系統(tǒng)考慮價(jià)格便宜問題，且輸入信號(hào)之間不需要分隔，選用匯點(diǎn)式較合適。 (3)輸入門檻電平 28 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱 PLC 說明書。 2. 開關(guān)量輸出模塊的選擇 開關(guān)量輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號(hào)的電氣隔離。選擇時(shí)主要應(yīng)考慮以 下幾個(gè)方面： (1) 輸出方式 開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。 繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動(dòng)作速度較慢（驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合 。 本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要考慮價(jià)格相對(duì)要便宜，而本系統(tǒng)對(duì)動(dòng)作速度要求不高，所以選擇繼電器輸出作為輸出方式。 (2) 輸出接線方式 開關(guān)量 輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式 。 分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，一組有一個(gè)公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動(dòng)不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個(gè)輸出點(diǎn)就有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時(shí)主要根據(jù) PLC 輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級(jí)的多少而定。一般整體式 PLC 既有分組式輸出，也有分隔式輸出。本系統(tǒng)選擇分組式輸出 。 (3) 驅(qū)動(dòng)能力 開關(guān)量輸出模塊的輸出電流 (驅(qū)動(dòng)能力 )必須大于 PLC 外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大 ，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 (4) 輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān) 開關(guān)量輸出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。 PLC 種類及型號(hào)選擇 PLC 種類較多，主要有西門子、三菱、 OMRON、 FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的主要是西門子、三菱、 OMRON 的 PLC。根據(jù)前面確定的 PLC 點(diǎn)數(shù)：實(shí)際輸入點(diǎn) 28 點(diǎn)，實(shí)際輸出點(diǎn) 12 點(diǎn)，綜合對(duì)比 三菱 FX 系列 29 （包括 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N 等）、西門子系列、 OMRON 系列中 I/O 點(diǎn)數(shù)為 48 點(diǎn)各型號(hào)的 PLC 的價(jià)格、性能、實(shí)用場(chǎng)合等各方面。本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號(hào)為：FX2N—64MR—001，合計(jì)總數(shù) 64 點(diǎn) —32 點(diǎn)輸入， DC24V， 32 點(diǎn)繼電器輸出；尺寸（ mm）： 2208790，其性能、價(jià)格都優(yōu)于其他 PLC[17]。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列，它能最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，程式執(zhí)行更快，全面補(bǔ)充通訊功能，適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特 殊 功能模塊，它可以為工廠自動(dòng)化控制應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號(hào) PLC 有 32 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)， 32 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作流程分析及 I/O 點(diǎn)數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)分配，如表 、表 所示： 表 機(jī)械手控制輸入點(diǎn)分配表 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)號(hào) 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)號(hào) 啟動(dòng)按鈕 SB1 X000 手動(dòng)下降按鈕 SB6 X016 停止按鈕 SB2 X001 手動(dòng)左旋按鈕 SB7 X017 急停按鈕 SB3 X002 手動(dòng)右旋按 鈕 SB8 X020 左旋極限傳感器 ST2 X003 手動(dòng)伸出按鈕 SB9 X021 右旋極限傳感器 ST3 X004 手動(dòng)縮回按鈕 SB10 X022 上升限位傳感器 ST4 X005 手動(dòng)吸氣按鈕 SB11 X023 下降限位傳感器 ST5 X006 手動(dòng)放氣按鈕 SB12 X024 手臂縮回限位傳感器 ST6 X007 超上升限位傳感器 ST8 X025 手臂伸出限位傳感器 ST7 X010 超下降限位傳感器 ST9 X026 工件檢測(cè)傳感器 PS1 X011 超左旋限位傳感器 ST10 X027 手動(dòng) SA X012 超右旋限位傳感器 ST11 X030 自動(dòng) X013 超伸出限位傳感器 ST12 X031 復(fù)位按鈕 SB4 X014 超縮回限位傳感器 ST13 X032 手動(dòng)上升按鈕 SB5 X015 30 表 機(jī)械手控制輸出點(diǎn)分配表 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn)號(hào) 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn)號(hào) 左旋電磁閥 6YA Y000 吸氣電磁閥 7YA Y006 右旋電磁閥 5YA Y001 放氣電磁閥 8YA Y007 縮回電磁閥 2YA Y002 報(bào)警指示燈 L11 Y010 伸出電磁閥 1YA Y003 手動(dòng)指示燈 L12 Y011 上升電磁閥 4YA Y004 自動(dòng)指示燈 L13 Y012 下降電磁閥 3YA Y005 原位指示燈 L14 Y013 PLC 外部接線圖 根據(jù)表 、 分配輸入 /輸出信號(hào)與 PLC 輸入 /輸出接口分配情況及所選定的 PLC，得到 PLC 的外部接線圖如圖 。 操作面板 同是為了方便操作，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械手操作面板，機(jī)械手操作面板如圖 所示 手動(dòng) 自動(dòng) SA SB11 SB5 SB9 SB8 SB2 SB1 SB12 SB6 SB10 SB7