【導讀】部、運動機構和控制系統(tǒng)三大部分組成。本文在闡述其結構和工作原理的基礎上，提出了。用氣動驅動和PLC控制的設計方案。以三菱的FX2N系列可編程控制器為控制器設計機械?？刂?、故障報警等功能。業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。安全，被廣泛應用于機械制造、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?，綜合了計算機和自動控制等先進技術，制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。使用PLC的自動控制系統(tǒng)具有體積小，可靠高，故障率低，據(jù)猜測，今后機器人將在醫(yī)療、變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性生產(chǎn)線。目前，國際上的機械手公司主要分為日系和歐系。在我國，機械手市場份額大部分。電系統(tǒng)用于維護維修的機器人等。重復高精度是指如果重復多次，機械手到達同樣位置的精確程度。的，因此可以通過編程予以校正。復運行機器人來測定。

　　

【正文】 非晶硅 圖 集成型 RGB 顏色傳感器結構 25 RGB（紅綠藍）顏色傳感器，它檢測物體的對三基色的反 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)濟效益，綜合其各種情況，在本設計，選擇 RGB 顏色傳感器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)設計的基本原則 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. 確定合理的結構型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。 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，一般于較復雜的控制系統(tǒng) [15]。 考慮此系統(tǒng)控制比較簡單，應用于小批量的生產(chǎn)線故此選擇整體 式 PLC 的結構形式較為合適 。 2. 確 定合理的安裝方式 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I/O 式以及多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設置驅動遠程 I/O 硬件，系統(tǒng)反應快、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，但需要增設驅動器和遠程 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。 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． 從 I/O 點數(shù) 來確定 PLC 容量 (1) 確定系統(tǒng)的實際輸入點數(shù) 26 系統(tǒng)由啟動按鈕 SB停止按鈕 SB急停按鈕 SB手臂復位按紐 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SA 以及手動的升降、左右旋轉、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) 確定應選擇 PLC 的點數(shù) PLC 平均的 I/O 點的價格還比較高，因此應該合理選用 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，但輸入和輸出各應留有裕量。 (4) 確定系統(tǒng)同時接通輸入 /輸出點的數(shù)量 a．同時接通的輸入點數(shù)量 對于選用高密度的輸入模塊 (如 32 點、 48 點等 )，應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%。 b． 同時接通的輸出點數(shù)量 同時接通輸出設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(82A)，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．從 用戶存儲容量 來確定 PLC 的容量 系統(tǒng)存儲容量 也決定了 PLC 的容量，系統(tǒng)存儲容量主要由 PLC 的 I/O 點數(shù)決定。 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)確定的基礎上，按下式估算存儲容量后，再加 20%到 30%的裕量。 27 存儲容量（字節(jié)）＝開關量 I/O 點數(shù) （ 8125%） ＋ 模擬量 I/O 通道數(shù) 100 A=4010+0100 =400（字節(jié)） 另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器類型的選擇。但是，本課題要求的存儲容量很低，一般的 PLC 都能夠滿足 [16]。 確定 PLC 的 I/O 模塊 一般 I/O 模塊的價格占 PLC 價格的一半以上。 PLC 的 I/O 模塊有開關量 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 的應用范圍和價格，應當根據(jù)實際需要加以選擇。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，所以只需要對開關量 I/O 模塊選擇即可 。 1. 開關量輸入模塊的選擇 開關量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設備的開關信號，將信號轉換為 PLC 內(nèi)部接受的低電壓信號，并實現(xiàn) PLC 內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以下幾個方面： (1) 輸入信號的類型及電壓等級 開關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。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入設備連接；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 。 開關量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流 5V、 12V、 24V、 48V、 60V 等；交流110V、 220V 等。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入設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合，如 5V 輸入模塊最遠不得超過十米。距離較遠的應選用輸入電壓等級較高的模塊。 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 開關量輸入模塊主要有匯點式和分組式兩種接線方式。 匯點式的開關量輸入模塊所有輸入點共用一個公共端（ COM）；而分組式的開關量輸入模塊是將輸入點分成 若干組，每一組（幾個輸入點）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關量輸入模塊價格較匯點式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點式的。所以本系統(tǒng)考慮價格便宜問題，且輸入信號之間不需要分隔，選用匯點式較合適。 (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，傳輸距離也越遠，具體可參閱 PLC 說明書。 2. 開關量輸出模塊的選擇 開關量輸出模塊是將 PLC 內(nèi)部低電壓信號轉換成驅動外部輸出設備的開關信號，并實現(xiàn) PLC 內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應考慮以 下幾個方面： (1) 輸出方式 開關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。 繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅動交流負載，又可用于直流負載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但其屬于有觸點元件，動作速度較慢（驅動感性負載時，觸點動作頻率不得超過 1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合 。 本系統(tǒng)為中小型生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，需要考慮價格相對要便宜，而本系統(tǒng)對動作速度要求不高，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 。 分組式輸出是幾個輸出點為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅動不同電源的外部輸出設備；分隔式輸出是每一個輸出點就有一個公共端，各輸出點之間相互隔離。選擇時主要根據(jù) PLC 輸出設備的電源類型和電壓等級的多少而定。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) 驅動能力 開關量輸出模塊的輸出電流 (驅動能力 )必須大于 PLC 外接輸出設備的額定電流。用戶應根據(jù)實際輸出設備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實際輸出設備的電流較大 ，輸出模塊無法直接驅動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。 (4) 輸出的最大電流與負載類型、環(huán)境溫度等因素有關 開關量輸出模塊的技術指標，它與不同的負載類型密切相關，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)境溫度升高會降低，在實際使用中也應注意。 PLC 種類及型號選擇 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 點數(shù)：實際輸入點 28 點，實際輸出點 12 點，綜合對比 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 點數(shù)為 48 點各型號的 PLC 的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇 PLC 型號為：FX2N—64MR—001，合計總數(shù) 64 點 —32 點輸入， DC24V， 32 點繼電器輸出；尺寸（ mm）： 2208790，其性能、價格都優(yōu)于其他 PLC[17]。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特 殊 功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。 該型號 PLC 有 32 個輸入節(jié)點， 32 個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 I/O 點數(shù)分配 根據(jù)機械手動作流程分析及 I/O 點數(shù)確定，可以確定電氣控制系統(tǒng)的 I/O 點分配，如表 、表 所示： 表 機械手控制輸入點分配表 輸入設備 輸入點號 輸入設備 輸入點號 啟動按鈕 SB1 X000 手動下降按鈕 SB6 X016 停止按鈕 SB2 X001 手動左旋按鈕 SB7 X017 急停按鈕 SB3 X002 手動右旋按 鈕 SB8 X020 左旋極限傳感器 ST2 X003 手動伸出按鈕 SB9 X021 右旋極限傳感器 ST3 X004 手動縮回按鈕 SB10 X022 上升限位傳感器 ST4 X005 手動吸氣按鈕 SB11 X023 下降限位傳感器 ST5 X006 手動放氣按鈕 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 工件檢測傳感器 PS1 X011 超左旋限位傳感器 ST10 X027 手動 SA X012 超右旋限位傳感器 ST11 X030 自動 X013 超伸出限位傳感器 ST12 X031 復位按鈕 SB4 X014 超縮回限位傳感器 ST13 X032 手動上升按鈕 SB5 X015 30 表 機械手控制輸出點分配表 輸出設備 輸出點號 輸出設備 輸出點號 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 報警指示燈 L11 Y010 伸出電磁閥 1YA Y003 手動指示燈 L12 Y011 上升電磁閥 4YA Y004 自動指示燈 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，應設計一個機械手操作面板，機械手操作面板如圖 所示 手動 自動 SA SB11 SB5 SB9 SB8 SB2 SB1 SB12 SB6 SB10 SB7