【導(dǎo)讀】本文敘述了一種基于PLC控制的五自由度應(yīng)用型氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)。細(xì)介紹了機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)、氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等具體內(nèi)容。機(jī)械、食品機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域。制及過程控制不可缺少的核心部件。準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行物品搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度得到提高。而氣動(dòng)技術(shù)與PLC技術(shù)相結(jié)合，則可以更為方便的實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。陶瓷墻地磚性能指標(biāo)及檢測方法..............錯(cuò)誤!

　　

【正文】 24V。它不帶擴(kuò)展就能滿足壓坯機(jī) 10路輸出和 15個(gè)輸入的要求。它主要采用的繼電器符號和邏輯語言編寫程序，I/O 接口都要經(jīng)過光電隔離與 PLC 的控制功能部件交換信息。具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能耐惡劣環(huán)境，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)百瓦、直流負(fù)載，很適合電容生產(chǎn)的應(yīng)用。以上指標(biāo)都是比較保守的，實(shí)際測量結(jié)果要高出以上標(biāo)準(zhǔn)。隨著元器件水平的提高，這些指 標(biāo)也還在不斷地提高。軟件指標(biāo)包括運(yùn)行方式、速度、程序容量、指標(biāo)類型、元件種類和數(shù)量、指令類型等。 機(jī)型不同其軟件指標(biāo)相差非常懸殊。這項(xiàng)指標(biāo)的高低直接反映可編程控制器的運(yùn)算規(guī)模。軟件指標(biāo)的另一部分就是指令的類型，可編程控制器的各種運(yùn)算功能都是由這種指令的種類和功能所決定的。 37 電磁鐵的選擇 本文手指吸合和放置瓷磚采用電磁鐵控制， 電磁鐵都是為特定客戶設(shè)計(jì) 。生產(chǎn) ,型號眾多無法一一列舉，我們可根據(jù)如下主要參數(shù)來選擇電磁鐵 。 電磁鐵輸出要求 /力量 什么是行程：滑桿相對于完全吸入位置的位 移 . 電磁鐵通電就會(huì)產(chǎn)生力量 ,在不同大小的行程位置力量的大小不同 ,通常規(guī)律是 ,行程越大 ,力量越小 .(追求的理想狀態(tài)是：電磁鐵可以產(chǎn)生的力量 /行程曲線 ,剛好滿足應(yīng)用需求的力量 /行程曲線 ) 定義：從給電磁鐵施加電壓開始 ,到滑桿完成需要位移時(shí)的時(shí)間 . Duty Cycle={通電時(shí)間 On time/(通電時(shí)間 On time＋斷電時(shí)間Off time)}X100% 電磁鐵在通電激勵(lì)時(shí)發(fā)熱 ,負(fù)載周期或者最長通電時(shí)間以及電磁鐵的功率決定了電磁鐵工作時(shí)的溫升 . 電磁鐵工作時(shí)的溫升 ,和工作時(shí)的環(huán)境溫度決定了電磁鐵材料絕緣等級的選擇 . (絕緣等級對應(yīng)溫度℃： A=105,E=120,B=130,F=155,H=180,N=200,C=220+) 電磁鐵輸入條件 和 功率 應(yīng)用可能有： AC/DC(恒壓源 ,恒流源 ,電瓶 ,干電池 ,DC 發(fā)電機(jī) ,電容 ),整流濾波方式 ,電壓范圍 ,最大可供電流等 ： 電磁鐵應(yīng)用中 ,如果現(xiàn)有電源是交流 AC,需要采用整流器轉(zhuǎn)換為直流 .原則上要設(shè)計(jì)為全波整流類型 .整流元件的反向峰值電壓應(yīng)該是電磁鐵驅(qū)動(dòng)電壓的 三倍 . (功率 )成比例 .但力量在電磁鐵達(dá)到磁飽和后不再隨電流 (功率 )增大 .但同時(shí) ,溫升隨電流 (功率 )成比例增大 . 電磁閥的選擇 38 電磁閥選擇的依據(jù) 電磁閥選型首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個(gè)方面的現(xiàn)場工況 (即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動(dòng)作方式、特殊要求進(jìn)行選擇 )。 選型依據(jù)： 一、根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的：通徑規(guī)格 (即 DN)、接口方式 按照現(xiàn)場管道內(nèi)徑尺寸或流量要求來確定通徑 (DN)尺寸。 接口方式，一 般 DN50 要選擇法蘭接口， ≤DN50 則可根據(jù)用戶需要自由選擇。 二、根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的：材質(zhì)、溫度組 ^` 腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級不銹鋼材質(zhì)電磁閥。 高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結(jié)構(gòu)類型的。 流體狀態(tài)：大至有氣態(tài)，液態(tài)或混合狀態(tài)，特別是口徑大于 DN25 訂貨時(shí)一定要區(qū)分開來。 流體粘度：通常在 50cSt 以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。 三、根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的：原理和結(jié)構(gòu)品 種 公稱壓力：這個(gè)參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的，是根據(jù)管道公稱壓力來定。 工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動(dòng)或分步直動(dòng)式原理；最低工作壓差在 以上時(shí)直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式均可選用。 四、電氣選擇：電壓規(guī)格應(yīng)盡量優(yōu)先選用 AC220V、 DC24 較為方便。 五、根據(jù)持續(xù)工作時(shí)間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電 t 當(dāng)電磁閥需要長時(shí)間開啟，并且持續(xù)的時(shí)間多余關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)選用常開型。 要是開啟的時(shí)間短或開和關(guān)的時(shí)間不多時(shí)，則選常閉型。 但是有些用于安全保護(hù)的工況，如爐、窯 火焰監(jiān)測，則不能選常開的， 39 應(yīng)選可長期通電型。 六、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動(dòng)、防水霧、水淋、潛水 。 爆炸性環(huán)境：必須選用相應(yīng)防爆等級的電磁閥 當(dāng)管內(nèi)流體有倒流現(xiàn)象時(shí)，可選擇帶止回功能電磁閥 . 當(dāng)需要對電磁閥進(jìn)行現(xiàn)場人工操作時(shí)，可選擇帶手動(dòng)功能電磁閥。 露天安裝或粉塵多場合應(yīng)選用防水，防塵品種 (防護(hù)等級在 IP54 以上 )。 用于噴泉必須采用潛水型電磁閥 (防護(hù)等級在 IP68 以上 )。 電磁閥線圈通電要求 根據(jù)表 73 及各動(dòng)作中機(jī)械的狀態(tài)，便可自行列出各動(dòng)作中對 YV1YV8 線圈的通電要求。見附表 2 接近開關(guān) 接近開關(guān)簡介 無觸頭行程開關(guān)又稱為接近開關(guān)，其功能是當(dāng)某中種物體與之接近到一定距離時(shí)就發(fā)出動(dòng)作信號，而不像機(jī)械行程開關(guān)那樣需要施加機(jī)械力。接近開關(guān)是通過其感辯頭與被測物體間介質(zhì)能量的變化來取得信號的。接近開關(guān)的應(yīng)用已遠(yuǎn)超出一般行程控制和限位保護(hù)的范疇，例如用于高速計(jì)數(shù)、測速、液面控制、檢測金屬體的存在、零件尺寸以及無觸頭按鈕等。即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力也優(yōu)于一般機(jī)械式行程開關(guān)。 接近開關(guān)的形 式有多種，不論哪一種都是由接近信號發(fā)生機(jī)構(gòu)以及后級的檢波、鑒幅和輸出電路所構(gòu)成。原則上講，接近開關(guān)可以根據(jù)任何一種物理變換為電量的原理作為辯識機(jī)構(gòu)，如電、磁、光、聲及超聲波等。接近開關(guān)可根據(jù)其感辨機(jī)構(gòu)工作原理的不同分為下列幾種形式： 1） 高頻振蕩型用于檢測各種金屬，當(dāng)前應(yīng)用最為普遍； 2） 電磁感應(yīng)型（包括差動(dòng)變壓器型）用于檢測導(dǎo)磁和非導(dǎo)磁金屬； 3） 電容型用于檢測各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體及金屬； 4） 永磁型及磁敏元件用于檢測磁場及磁性金屬； 5） 光電型用于檢測不透光的物質(zhì)； 6） 超聲波型用于測不透過超聲波的物質(zhì)； 40 接近開 關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo) 1）距離：對不同類型的接近開關(guān)的動(dòng)作距離含意不同。大多數(shù)接近開關(guān)是指開關(guān)剛好動(dòng)作時(shí)感辨頭與檢測體之間的距離。以能量束為原理（光及超聲波）的接近開關(guān)則是指發(fā)送器于接收器之間的距離。接近開關(guān)說明書中規(guī)定的是動(dòng)作距離的標(biāo)準(zhǔn)值，在常溫和額定電壓下，開關(guān)的實(shí)際動(dòng)作值不應(yīng)小于其標(biāo)準(zhǔn)值，也不能大雨標(biāo)準(zhǔn)值的 20%。一般動(dòng)作距離在 5μ m~。 2）重復(fù)精度：下連續(xù)進(jìn)行 10 次實(shí)驗(yàn)，取其中最大或最小值與 10 次試驗(yàn)的平均值之差作為接近開關(guān)的重復(fù)精度。 3）操作頻率：最高操作次數(shù)。操作頻率的大小與接近開關(guān)信 號發(fā)生機(jī)構(gòu)的原理及出口元件的種類有關(guān)。采用無觸頭輸出形式的接近開關(guān)，操作頻率主要決定于信號發(fā)生機(jī)構(gòu)及電路中的其他儲(chǔ)能元件，若為觸頭輸出形式，則主要決定于所用繼電器的操作頻率。 4）復(fù)位行程：開關(guān)從“動(dòng)作”到“復(fù)位”的位移距離。 接近開關(guān)的選擇 接近開關(guān)可根據(jù)其感辨機(jī)構(gòu)工作原理的不同分為好幾種形式，在這里選用當(dāng)前應(yīng)用最普遍的高頻振蕩型接近開關(guān)。接近開關(guān)型號為 LJ124 型，供電電壓為24V，最大輸出電流為 100mA，動(dòng)作距離約為 。金屬物到位時(shí)，輸出端輸出電壓≥ 22V； 金屬物離去后，輸出電 壓＜ 50mV，開關(guān)的重復(fù)定位精度≤ mm。接近開關(guān)在整個(gè)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的控制過程中一共用到 8個(gè)，其中三個(gè)旋轉(zhuǎn)控制的，五個(gè)小臂控制的，編號分別為 SQ SQ SQ3； SQ SQ SQ6； SQ SQ8。 組合開關(guān)、斷路器的選擇 組合開關(guān)主要用于電源的引入，所以又叫電源隔離開關(guān)。其選用依據(jù)是電源種類、電壓等級、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當(dāng)采用組合開關(guān)來控制 5KW 以下小容量電磁閥時(shí)，其額定電流一般為（ ） IN， 接通次數(shù) 小于（ 1520）次 /h，常用的組合開關(guān)為 HZIO 系列。 由于斷路器具 有很好的保護(hù)作用，故在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用中越來越多。自動(dòng)開關(guān)的類型較多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動(dòng)操作使和電動(dòng)操作使。在選用時(shí)主要從保護(hù)特性要求、分段能力、電網(wǎng)電壓類型、電壓等級、長期工作負(fù)載的平均電流、操作頻繁程度等幾方面去確定它的型號。 41 8 電氣控制裝置工藝設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)的目的是為了滿足電氣控制設(shè)備的制造和使用要求。各種電磁閥及各類電器元件根據(jù)各自的作用，都有一定的裝配位置，例如拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)與各種執(zhí)行元件 (電磁鐵、電磁閥、電磁離合器、電磁吸盤等 )以及各種檢測元件 (限位開關(guān)、傳感器、溫度、壓力、速度繼 電器等 )必須安裝在生產(chǎn)機(jī)械的相應(yīng)部分 .各種控制電器 ,保護(hù)器 (熔斷器 ,電流、電壓保護(hù)繼電器 )電腦感可以安放在單獨(dú)的電器箱內(nèi) ,而各種控制按鈕、控制開關(guān)、各種指示燈、指示儀表、需經(jīng)常調(diào)節(jié)的電位器等則必須安裝在控制臺(tái)面板上 .由于各種電器元件安裝位置不同 ,在構(gòu)成一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí) ,必須劃分組件 ,同時(shí)要解決組件之間 ,電氣箱之間以及電氣箱與被控制裝置之間的連線問題 . 劃分組件的原則是 : 1) 功能類似的元件組合在一起 .例如用語操作的各類按鈕、開關(guān)、鍵盤、指示檢測、調(diào)節(jié)等元件集中為控制面板組件 。各類繼電器、接觸器、熔斷器、 照明變壓器等控制電器集中為電氣板組件 。各類控制電源、整流、濾波元件集中為電源組件等等。 2) 盡可能減少組件之間的連線數(shù)量 .接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中 . 3) 強(qiáng)弱電控制器分離 .以減少干擾 . 4) 力求整齊美觀 .外形尺寸、重量相近的電器組合在一起 . 5) 便于檢查與調(diào)試 .需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起 . 電氣控制設(shè)備的各部分及足見之間的連線方式通常有 : 1) 電器板、控制板、機(jī)床電器的進(jìn)出線一般采用接線端子 . 2) 被控制設(shè)備與電氣箱之間采用多孔接插件 ,便于拆裝、搬運(yùn) . 3) 印刷電路板及若電控制組件之間宜采用各種類型標(biāo)準(zhǔn)接插件 . 總裝配圖、接線圖是進(jìn)行分部設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)各部分組成一個(gè)完整系統(tǒng)的依據(jù) .總體設(shè)計(jì)要使整個(gè)系統(tǒng)集中、緊湊 ,同時(shí)在場地允許條件下 ,對發(fā)熱厲害 ,噪聲震動(dòng)大的電氣部件 ,如電動(dòng)機(jī)組 ,起動(dòng)電阻箱等盡量放在離操作者較遠(yuǎn)的地方或隔離起來 ,對于多工位加工的大型設(shè)備 ,應(yīng)考慮兩地操作的可能 .總電源緊急停止控制應(yīng)放在方便明顯的位置 .總體配置設(shè)計(jì)合理與否將影響到電氣控制系統(tǒng)工作的 42 可靠性 ,并關(guān)系到電氣系統(tǒng)的制造、裝備質(zhì)量、調(diào)試、操作及維護(hù)是否方便 .本設(shè)計(jì)的控制面板和電氣控制箱見附圖 1和附圖 2所示 . 43 9 總 結(jié) 本課題討論的對象主要是對機(jī)械手運(yùn)動(dòng)位置的控制，這個(gè)對象雖然雖然在工業(yè)上有很多的應(yīng)用，且水平都較高，但將其用于瓷磚的包裝還是一項(xiàng)新的技術(shù)，同時(shí)存在著比較大的技術(shù)難題，例如：對瓷磚的檢測單純的依賴機(jī)器還比較困難，而且可能成本大于效益。高能耗、勞動(dòng)密集和低附加值一直是制約我國陶瓷工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，為了讓我國陶瓷生產(chǎn)企業(yè)走出困境，節(jié)約能耗、生產(chǎn)自動(dòng)化和經(jīng)營集約化是行之有效的途徑。本文就是想通過對被控對象和控制機(jī)構(gòu)兩部分的深入討論之后，總結(jié)出一套可行的方案來緩 解此問題。 本設(shè)計(jì)先介紹了瓷磚的特點(diǎn)、品種、和發(fā)展趨勢及在建筑陶瓷行業(yè)中的意義。篇幅較短，然后引出機(jī)械手位置的控制時(shí)瓷磚包裝中的重要環(huán)節(jié)，然后在第四、第五章著重介紹這種控制方案，應(yīng)用自己學(xué)的 PLC 知識，設(shè)計(jì)出一套瓷磚自動(dòng)包裝控制方案。達(dá)到用所學(xué)知識應(yīng)用于陶瓷行業(yè)，服務(wù)社會(huì)的目的。雖系統(tǒng)不是很完善，但在目前這種瓷磚包裝行業(yè)有一定的優(yōu)越性，前景較好。 44 10 經(jīng)濟(jì)分析 每一種新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)，大部分是基于該產(chǎn)品能帶來更大的收益。要獲得更大的收益，就需要得到購買者的 認(rèn)可，這就是性價(jià)比的問題，也就是說如何用最小的錢買到最好的產(chǎn)品。那么對于生產(chǎn)廠家而言，怎樣使用最小的成本生產(chǎn)出最有市場價(jià)值的產(chǎn)品無疑是設(shè)計(jì)過程中非常重要的問題。所以，在設(shè)計(jì)中，如何通過設(shè)計(jì)來減少材料的使用和提高材料的利用率，并通過整體設(shè)計(jì)使產(chǎn)品的性能價(jià)格比最優(yōu)化，是設(shè)計(jì)者必須重視的問題。 本設(shè)計(jì)對 機(jī)械手 位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。系統(tǒng)由一般同行所需要的硬件，以及一套可行性高的 PLC 程序組成。 目標(biāo)成本 單位產(chǎn)品目標(biāo)成本＝預(yù)測價(jià)格（１－稅率－目標(biāo)利潤率） 此處稅率＝ 8％，目標(biāo)利潤率＝ 50％ 初步計(jì)算成本 根據(jù)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)所需的材料費(fèi)用、工資、折舊等消耗，定價(jià)參考目前市場價(jià)格，得出了成本概算見表 1 表 1： 機(jī)械手 位置控制系統(tǒng)成本概算表 序號 項(xiàng)目 金額 備注 1 原材料 單位產(chǎn)品 \各種元器件 2 PLC 歐姆龍 CQM、 CPM 以及軟件 3 固定費(fèi)用 資產(chǎn)折舊 ,企業(yè)管理 ,銷售費(fèi)用 ,設(shè)備維修費(fèi)用 總計(jì) 經(jīng)濟(jì)分析及市場前景預(yù)算 一個(gè)好的應(yīng)用方案，不僅要看技術(shù)含量，還要看它是否實(shí)用，性價(jià)比是否適當(dāng)。生物信號采集與控制系統(tǒng)無