【導(dǎo)讀】本文敘述了一種基于PLC控制的五自由度應(yīng)用型氣動機(jī)械手的設(shè)計。細(xì)介紹了機(jī)械手的整體設(shè)計、氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計等具體內(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)，勞動強(qiáng)度大大減輕，生產(chǎn)的自動化程度得到提高。而氣動技術(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 。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的時間 . Duty Cycle={通電時間 On time/(通電時間 On time＋斷電時間Off time)}X100% 電磁鐵在通電激勵時發(fā)熱 ,負(fù)載周期或者最長通電時間以及電磁鐵的功率決定了電磁鐵工作時的溫升 . 電磁鐵工作時的溫升 ,和工作時的環(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 ,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或分步直動式原理；最低工作壓差在 以上時直動式、分步直動式、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)電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關(guān)閉的時間應(yīng)選用常開型。 要是開啟的時間短或開和關(guān)的時間不多時，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、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，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，可選擇帶手動功能電磁閥。 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 及各動作中機(jī)械的狀態(tài)，便可自行列出各動作中對 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就發(fā)出動作信號，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)的動作距離含意不同。大多數(shù)接近開關(guān)是指開關(guān)剛好動作時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%。一般動作距離在 5μ m~。 2）重復(fù)精度：下連續(xù)進(jìn)行 10 次實(shí)驗，取其中最大或最小值與 10 次試驗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，動作距離約為 。金屬物到位時，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)在整個機(jī)械手運(yùn)動的控制過程中一共用到 8個，其中三個旋轉(zhuǎn)控制的，五個小臂控制的，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，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)計的應(yīng)用中越來越多。自動開關(guān)的類型較多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作使和電動操作使。在選用時主要從保護(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 工藝設(shè)計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，例如拖動電動機(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面板上 .由于各種電器元件安裝位置不同 ,在構(gòu)成一個完整的自動控制系統(tǒng)時 ,必須劃分組件 ,同時要解決組件之間 ,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)計和協(xié)調(diào)各部分組成一個完整系統(tǒng)的依據(jù) .總體設(shè)計要使整個系統(tǒng)集中、緊湊 ,同時在場地允許條件下 ,對發(fā)熱厲害 ,噪聲震動大的電氣部件 ,如電動機(jī)組 ,起動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)動位置的控制，這個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新的技術(shù)，同時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)計出一套瓷磚自動包裝控制方案。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)出最有市場價值的產(chǎn)品無疑是設(shè)計過程中非常重要的問題。所以，在設(shè)計中，如何通過設(shè)計來減少材料的使用和提高材料的利用率，并通過整體設(shè)計使產(chǎn)品的性能價格比最優(yōu)化，是設(shè)計者必須重視的問題。 本設(shè)計對 機(jī)械手 位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計研究。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％ 初步計算成本 根據(jù)本設(shè)計的系統(tǒng)所需的材料費(fèi)用、工資、折舊等消耗，定價參考目前市場價格，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 經(jīng)濟(jì)分析及市場前景預(yù)算 一個好的應(yīng)用方案，不僅要看技術(shù)含量，還要看它是否實(shí)用，性價比是否適當(dāng)。生物信號采集與控制系統(tǒng)無