【正文】 35 圖 413 自 動程序流程圖 當(dāng)按下觸摸屏半自動按鈕， 接通，進行半自動操作。 34 (8)卸荷操作 按下觸摸屏卸荷操作按鍵時， 接通 ,在壓力傳感器 ，機械手執(zhí)行卸荷動作 ,同時進卸荷指示，并且夾緊電磁閥 停止動作。 (6)左擺操作 按下觸摸屏縮回操作按鍵時， 接通 ,在左 限位開關(guān) 未接通、右擺 電磁閥 不工作的情況下 ，機械手執(zhí)行左擺 動作 ,同時進左擺 指示。 (4)夾緊操作 按下觸摸屏夾緊操作按鍵時 ， 接通 ,在壓力傳感器 未接通、卸荷電磁閥 不工作的情況下 ， 機械手執(zhí)行夾緊動作 ,同時進行夾緊指示。 (2)右擺操作 按下觸摸屏右擺 操作按鍵時 ， 接通 ,在右 端限位開關(guān) 、左擺 電磁閥 不工作的情況下 ， 機械手執(zhí)行右擺動作 ,同時進行右擺指示。程序見附錄 1。 圖 41 程序總體方案 30 回原點程序的設(shè)計 系統(tǒng)啟動后都要進行回原點操作 ,即按 下啟動按鈕后 ,程序進行自動搜索原點 ,程序有原點到位顯示 ,若不顯示原點則進行自動回原點。本次選擇西門子 S7200CPU226 型，模擬量擴展模塊位 EM231 型，觸摸屏位 SMART700IE 型。 20% 編程軟件 WinCC flexible 控制電路的設(shè)計 本次 PLC選用西門子 S7200 CPU226，本 PLC 主機擁有 24 個 I/O 口輸入 ， 16 個 I/O口輸出 ， 用去 8個 I/O口輸入 ， 剩余 8個端口 ， 用去 9個輸出端口 ， 剩余 5 個端口 。 量程 :0～ 5MPa 輸出信號 :4～ 20mA(二線制 ) 供電電壓 :24VDC (4)觸摸屏 本次選用西門子觸摸屏 smart 700IE 全新 SIMATIC 精彩系列面板 （ Smart Line ），準(zhǔn)確地提供了人機界面的標(biāo)準(zhǔn)功能 ，經(jīng)濟實用 ， 具備高性價比 。 0～ 20mA 輸入分辨率 電壓 (雙極性 ) 電壓 (單極性 ) 電流 (0～ 10V 時 ) (0～ 5V 時 ) (177。 EM231 模擬量擴展模塊技術(shù)數(shù)據(jù) 表 33 總體特性 26 尺寸 (W179。 D) 重量 功耗 1968062 mm 660 g 17 W 存儲器特性 程序存儲器 在線程序編輯時 非在線程序編輯時 數(shù)據(jù)存儲器 裝備 (超級電容 ) (可選電池 ) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100 小時 /典型值 (40176?？赏耆m應(yīng)于一些 4 復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 6個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。是具有模擬量 I/O 和強大控制能力的新型 CPU。是具有較強控制能力的控制器。 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 1 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 CPU 222 型 本機集成 8 輸入 /6 輸出共 14個數(shù)字量 I/O 點。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。 S7200 CN 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能?？紤]預(yù)留一定的 I/O 余量及 PLC 硬件資源充分利用的要求 ,根據(jù)輸入輸出控制要求的分析 [8],本設(shè)計選用 西門子 公司生產(chǎn)的 SIMATIC S7200 型的可編程控制器。 (3)輸出處理 全部指令執(zhí)行完畢 ,將輸出映象寄存器的通 /斷狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳 送 ,成為可編程控制器的實際輸出。直到下一掃描周期的輸入處理階段才讀入這變化。 (6)觸摸屏 觸摸屏是顯示器和觸摸 關(guān)一體型的可編程終端 ,簡稱 PT,是新一代高科技人機界面產(chǎn)品。 編程器可以永久地連接在可編程控制器上 ,將編程器取下來后系統(tǒng)也可以運行。另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入 /輸出信號電壓一般較高 ,如直流 24V 和交流 220V。 RAM 中的內(nèi)容在掉電后要消失，所以 PLC 對 RAM 提供備用鋰電池，一般鋰電池使用期 18 為 3－ 5 年左右。 ROM 的內(nèi)容雜使用時只能讀出不能寫入，它的寫入需要使用特殊 的 方法和設(shè)備，一旦寫入即使掉電也不會消失，稱為固化。 d、 根據(jù)輸出所存電路的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn) 輸出控制。 儀器選型 可編程控制器簡要介紹 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器的主要由 CPU單元、輸入單元、輸出單元、擴展單元和編程器組成等組成 ,如下圖 34所示 : 17 圖 34 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 (1)CPU 模塊 CPU 是 PLC 的大腦。動作過程中同樣有各個動作的狀態(tài)顯示燈和進行位移、壓力檢測 ,并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示數(shù)據(jù)。若在執(zhí)行過程中 ,按下停止按鈕 ,則機器停留該步工序上。3)自動控制 ,其中自動包括半自動和全自動 (1)回原點控制 :每次開機要進行原點搜索 ,若檢測到不是原點 ,則由選擇開關(guān)選擇點動操作 ,手動回原點 ,并有回原點到位顯示。 驅(qū)動方式 :液壓 (中、低壓系統(tǒng) )。 。伸縮速度 :小于 200inrn/s。 最大工作半徑 :1600mm。對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝維修方便 ,更換方便。 (2)抓取部位的尺寸盡可能是不變的 ,若加工后尺寸有變化 ,手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求 ,否則不允許定為抓取部位。 應(yīng)具有足夠的剛度和強度 手指除受到被夾持工件的反作用力外 ,還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響 ,要求有足夠的強度和剛度以防折斷或彎曲變形 ,但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊 ,自重輕 ,并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上 ,使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。若夾持不同直徑的工件 ,應(yīng)按最大直 徑的工件考慮。液壓系統(tǒng)的卸荷用兩位兩通閥進行控制。 機械手液壓系統(tǒng)分析 本臺機械手采用液壓驅(qū)動 ,機械手臂升降、收縮和手指夾緊執(zhí)行元件采用液壓缸 ,手臂旋轉(zhuǎn)采用液壓馬達 [6]。 11 圖 22 機械手示意圖 課題以四自由度液壓機械手為對象 ,采用可編程控制器 (PLC)和觸摸屏進行控制 ,實現(xiàn)機身升降、機身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕旋轉(zhuǎn)、和手指夾取 ,如圖所示 ,其中 1為沿立柱作上下移動 。 基于上述分析 ,機械手要求在高溫、承受重載荷的條件下 ,能實現(xiàn)對棒料的快速 ,準(zhǔn)確地搬運。 表 12 PLC 控制系統(tǒng) 各模塊 1 西門子 S7200PLC 4 觸摸屏 （ Smart 700 IE） 2 擴展模塊（ EN231） 5 供電電路單元 3 壓力傳感器（ PT210B） 6 相關(guān)控制柜單元 與 開關(guān) 繪制 PLC 控制系統(tǒng)整體電路圖。 9 圖 12機械手控制系統(tǒng)框圖 PLC 的選擇 本次畢業(yè)設(shè)計 要研究內(nèi)容是針 對實際生產(chǎn)中用到的工業(yè)機械手 ,其整體控制系統(tǒng)框圖如圖 12所示 ,使用可編程控制器 PLC 和觸摸屏進行控制 ,實現(xiàn)運行過程的手動、半自動和全自動控制。目前 PLC 推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步 ,而且不同廠商 PLC所有編程的語言也不盡相同 ,用戶往往需要掌握更多種編程語言 ,難度較大。比如三菱的 FXIS系列 PLC,最小的機種 ,體積僅為 60x90x75mm,相當(dāng)于一個繼電器 ,但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及 16 位四則運算等能力 ,還具有可調(diào)電位器時間設(shè)定功能。 PLC 發(fā)展至今已有幾十年的歷史 ,隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展 ,工業(yè)控制領(lǐng)域已有 翻天覆地的變化 ,PLC 亦在不斷的發(fā)展 ,正朝著新的技術(shù)發(fā)展。 (3) PLC 的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ,I/O 模塊趨向分散化、智能化 ,編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級化。 (6)近年 ,工業(yè)計算機技術(shù) (IPC)和現(xiàn)場 總線技術(shù) (FCS)發(fā)展迅速 ,擠占了一部分 PLC 市場 ,PLC 增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢 ,但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位 ,在可預(yù)見的將來 ,是無法取代的。在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中 ,I/O 64 點以下 PLC 銷售額占整個PLC的 47%,64 點 ~256 點的占 31%,合計占整個 PLC 銷售額的 78%。 (4)上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期 ,是 PLC 發(fā)展最快的時期 ,年增長率一直保持為 30～40%。 1968 年美國 GM(通用汽車 )公司提出取代繼電氣控制裝置的要求 ,第二年 ,美國數(shù)字公司研制出了基于 集成電路和電子技術(shù)的控制裝置 ,使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化 ,這就是第一代可編程序控制器 ,英文名字叫Programmable Controller (PC)。 為此 ,機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手 ,設(shè)它擁有一定的傳感能力 ,能反饋外界條件的變化作相應(yīng)的變更 ,如位 置發(fā)生稍些偏差時即能更正 ,并自行檢測。 具有感覺功能的機器 人 ,其工作性能是比較完善的 ,能夠準(zhǔn)確地夾持任意方位的物件 ,判斷物件重量 ,越過障礙物進行工作 ,自動測出夾緊力大小 ,并能自動調(diào)節(jié) ,適用于從事復(fù)雜、精密的操作 ,如裝配作業(yè)等 ,它有著一定的發(fā)展前途。這就需要一個能處理大量信息的計算機 ,要求人與機器“對話”進行信息交流。它可以簡化結(jié)構(gòu) ,兼顧了使用上的專用性和設(shè)計上的通用性 ,便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計和組織專業(yè)化生產(chǎn) ,有利于提高機械手的質(zhì)量和降低造價 ,是一種有發(fā)展前途的機械手。 (3)發(fā)展組合式機械手 從機械手本身的特點來說 ,可變程序的機械手更適應(yīng)產(chǎn)品改型、設(shè)備更新 ,多品種小批量的要求 ,但是它的成本高 ,專用機械手價格低廉 ,但適用范圍又受到限制。同時 ,在其它行業(yè)和工業(yè)部門 ,也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高 ,而逐步擴大機械手的使用。如發(fā)生某些偏離時 ,將引起零件甚至機械手本身的損壞。 4 控制系統(tǒng) 有電氣控制和射流控制兩種 ,一般常見的為電氣控制。它常被用于為工作主機的上、下料。但是 ,由于空氣具有可壓縮的特性 ,工作速度的穩(wěn)定性差 ,而且氣源壓力較低 ,適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。其主要特點是 :抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。 (6)機座它是機械手的基礎(chǔ)部分 ,機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上 ,故起支承和聯(lián)接的作用。 (3)手臂支承手腕和手部的部件 ,用以改變工件的空間位置。 執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手 腕、手臂和立柱等部件 ,有的還增設(shè)行走機構(gòu)。橫向 —— 可以控制一臺至幾臺設(shè)備 ,還可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制 。對程序進行校驗 ,程序有錯誤時輸出報警信息并停止執(zhí)行。 2 圖 11PLC 控制系統(tǒng)示意圖 PLC 有以下幾大優(yōu)點 : (一 )靈活、通用 控制功能改變 ,只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。針對這些問題如果采用性能價格比高的可編程序控制器 PLC (基于 PLC 的優(yōu)點在下一節(jié)有闡述 )設(shè)計其控制系統(tǒng) ,可使該系統(tǒng)的運 行可靠性高、故障率低、維修方便 ,取得良好的工作效果 ⑴ 。 因此 ,它能大大地改善工人的勞動條件 ,顯著地提高勞動生產(chǎn)率 ,加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。 The program III 目錄 第一章緒論 .......................................................................................................................... 1 課題研究背景及意義 .................................................................................................. 1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .................................................................................................. 3 PLC 控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ................................................................. 5 PLC 的選擇 ................................................................................................................ 9 第二章機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)分析 .................................................................................... 10 機械手工作環(huán)境分析 .................