【正文】 [14] Hany Bassily， Rajat Sekhon， David E. Butts， John Wagner， A mechatronics educational laboratory– Programmable logic controllers and material handling experiments[J]，Mechatronics 17， 2020， 6，（ 480~488）。 [10] 陳學(xué)敏，工程中電磁閥的應(yīng)用探討 [J]，石油化工自動化， 2020，（ 4）， 58~59。 [6] SIEMENS SIMATIC S7200 可編程控制器系統(tǒng)手冊 [S]， 2020， 12～ 90。 [2] 楊后川，張學(xué)民，陳勇， SIMATIC S7200 可編程控制器原理與應(yīng)用 [M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020， 1～ 10。 之后，考慮到改變 PROFIBUS的傳輸率，系統(tǒng)默認設(shè)置的傳輸率為 ， 將其設(shè)置為500Kbs，然后再下載到 CPU， S7200與 S7300通信連接起來了。氣動機械手的動力控制是氣泵壓縮空氣后排氣減壓產(chǎn)生的，當氣泵的壓力不穩(wěn)的時候，會是無杠氣缸在右移過程出現(xiàn)過度移動，即出現(xiàn)薄臂氣缸超過中間限位和右限位，結(jié)果會造成廢料投入到軌道外面，使推料操作空進行，喪失對廢料的回收功能，正確無法正確放到傳送帶上，傳送帶上的傳感器無法感應(yīng)到，無法進行傳送。 圖 56 將非廢料搬運到傳送帶 （ 6）下單完成后，主控面的狀態(tài)。 圖 52 搬運準備 （ 2）氣動手指抓取物料，機械手左限位、下限位、夾緊限位狀態(tài)，下圖為傳感器監(jiān)控。搬運分揀單元根據(jù)上一站 的加工物料的信號，完成以下動作，如果是合格的物料，就將物料搬運到傳送帶站；如果是不合格的物料，就將物料放入廢料搬運單元，將去推入廢料存儲器中。如下圖所示 : 圖 47 PLC與 HMI連接 （ 2）站點選擇界面設(shè)置 33 圖 48 站點選擇界面 （ 3）主控狀態(tài)界面 圖 49 主控狀態(tài)界面 （ 4）搬運機械站界面 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 34 圖 410 搬運機械站界面 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)設(shè)計過程，根據(jù) PLC原理圖、氣動回路、控制要求，得出系統(tǒng)流程圖，對搬運分揀單元進行變量分配， 畫出系統(tǒng)順序控制圖，根據(jù)順序控制圖，編寫出機械手搬運分揀動作的梯形圖。 （ 2）當加工站傳感器有廢料信號輸入時，無桿氣缸向右移至中間限位。4B1=0 1Y1=0amp。1B2=1 1Y1=1amp。1B2=1 2Y1=1amp。2B1=1amp。2B1=1 1Y2=1右移 工件正常 amp。3B1=1 開始燈（ L1）閃爍 開始按鈕 S1=1 等待開始 S5=0amp。 29 圖 44 順序控制圖 M14 M10 M11 M12 M13 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M20 M21 M22 M23 上電 S7=1 復(fù)位燈（ L2）閃爍 復(fù)位按鈕 S2=1 1Y1=1 amp。按“調(diào)試”按鈕，搬運分揀站完成生產(chǎn)線 中產(chǎn)生的廢物料分揀并將其搬運至廢料存儲器中以及搬運合格的工件到傳送站。觀察（圖 31），我們可以看到控制用的 7個按鈕以及一個急停按鈕，那么在程序的初 始化流程圖中，我首先考慮上電、復(fù)位、開始三種模式的設(shè)置。 3Y 3Y2為控制氣動手指的電磁閥 （ 4） 4B1為安裝在推料氣缸的一個極限工作位的磁性傳感器。 氣功控制回路的工作原理如圖 35： 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 26 圖 42 搬運分揀單元氣動原理圖 （ 1） 1B 1B 1B3為安裝在無杠氣缸的三個極限工作位的磁性傳感器。 本章小結(jié) 本章介紹了系統(tǒng)設(shè)計中所使用的軟件，包括 STEP 7Micro/WIN 編程語言指令、 Step7編程軟件 、 。這些功能可以是用戶在使用步科觸摸屏?xí)r更加方便，組態(tài)更加便捷。 表 35 定時器與計數(shù)器指令 語句 描述 語句 描述 TON T x， PT 接通延時定時器 CTU C x， PV 加計數(shù)器 TOF T x， PT 斷開延時定時器 CTD C x， PV 減計數(shù)器 TONR T x， PT 保持性接通延時定時器 CTUD C x， PV 加減計數(shù)器 （ 5）傳送指令與移位寄存器指令。 表 31 開關(guān)設(shè)置與波特率的關(guān)系 開關(guān) 3 波特率（ bit/s） 轉(zhuǎn)換時間 000 38400 001 19200 1 010 9200 2 011 4800 4 100 2400 7 101 1200 14 110 300 28 STEP7系列 PLC編程語言 （ 1）標準觸點指令。擰緊兩邊螺釘即可。介紹了本設(shè)計所用的西門子 PLC（ CPU 22 CPU 313C2DP）以及 EM277通信模塊。 通過 EM277 PROFIBUSDP擴展從站模塊，可將 S7200連接到 PROFIBUSDP網(wǎng)路。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 16 圖 215 9針母口 COM1 （ 2） USB接口 MT4000 提供了一個 USB 高速下載通道，它將大大加快下載的速度，且不需要預(yù)先知道目標觸摸屏的 IP 地址。 MT4500C觸摸屏的接口： （ 1）串行接口 MT4000有兩個串行接口，標記為 COM0、 COM1。 設(shè)置各站“ 單 /聯(lián) ” 開關(guān)打到 “ 聯(lián) ” 、 “ 手 /自 ” 開關(guān)打到 “ 自 ” 時，上料單元最后切換，切換后上料單元自動運行，對工件進行上料操作；搬運單元將工件從上料單元搬運到加工與檢測單元；加工與檢測單元對物料進行加工和檢測；搬運分揀單元分揀出廢料到廢料存儲器中，將合格工件搬運到變頻傳送單元；變頻傳送單元分揀其他顏色工件，將黑、白工件傳送到位，傳感器檢測到位后，等待安裝搬運單元搬運。能夠?qū)崿F(xiàn)和系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控軟件的集成，實時監(jiān)視生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況。每個站的工作狀態(tài)以及工件的材質(zhì)、顏色等在監(jiān)控畫面上也能夠清楚的看到。 13 圖 210 磁性開關(guān) 表 28 產(chǎn)品規(guī)格 型號 適合負載 負載電壓及電流范圍 觸電保護電路 內(nèi)部電壓降 指示燈 安裝形式 DA73L 繼電器，程序控制器 DC24V； 5~40mA 無 接通時發(fā)光二極管亮 軌道安裝 DC73L 環(huán)帶安裝 DZ73L 直接安裝 調(diào)速閥、浮動 接頭 調(diào)速閥：出氣節(jié)流式 ,主要依靠壓縮空氣后排氣減壓來推動氣缸動作，適用于單作用氣缸及夾緊類型氣缸。 電磁閥由電磁部件、閥體組成 ， 電磁部件由固定鐵芯、動鐵芯 、 線圈等部件組成；閥體部分由滑閥芯、滑閥套、彈簧底座等組成 [10]。氣動系統(tǒng)、裝置投資成本及運行成本低。 Ⅰ 無桿氣缸，用于搬運過程， CY3RG20600： 圖 26 CY3RG20600 表 25 產(chǎn)品規(guī) 格 使用流體 空氣 缸徑 20mm 行程 600mm 耐壓實驗壓力 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 緩沖 兩端橡膠緩沖 給油 不給油 Ⅱ 薄型氣缸，用于機械手上下伸縮 MDU2550DM： 圖 27 MDU2550DM 11 表 26 產(chǎn)品規(guī)格 動作方式 單桿雙作用 缸徑 25mm 行程 50mm 使用流體 空氣 耐壓實驗壓力 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 緩沖 墊緩沖 給油 不給油 桿端形狀 桿端外螺紋，桿端內(nèi)螺紋 允許回轉(zhuǎn)力矩 *m Ⅲ 推料氣缸，用于廢料推送， CDJ2B1630： 圖 28 CDJ2B1630 表 27 產(chǎn)品規(guī)格 動作方式 單作用（伸 /縮） 使用流體 空氣 缸徑 16mm 行程 30mm 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ （ 3） 氣動技術(shù)是以壓縮空氣或其他氣體為工作介質(zhì) ， 利用其能量完成各項工作 ， 由于氣體的可壓縮性，相對液壓 、電力等，氣動技術(shù)有以下特點 ： Ⅰ： 容易積聚能量。 氣缸位置磁環(huán) 有（標準） 潤滑 不需要 接管口徑 M3*08 9 圖 25 外形尺寸圖 上圖中的尺寸數(shù)據(jù)見下表 22，單位 mm: 表 24 外形尺寸 A B C D E F G H 30 16 M4* 38 5 15 I J K L M N O P M4* 8 24 3H9深 3 177。 （ 5）廢料存儲器：系統(tǒng)檢測為廢料的工件，分揀出來，由推料氣缸將工件推入廢料存儲器內(nèi)。 （ 1）擺臺：由薄型氣缸控制，實現(xiàn)三個位置向左、中間、向右的擺動。安裝站再將對應(yīng)的小工件裝入大工件中。 表 21 系統(tǒng)配置 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單位 備注 1 工作臺 470mm 860mm 9 張 2 上料檢測單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 3 搬運單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 4 加工與檢測單元 CPU224 DC/DC/晶體管 +EM223（ 22路數(shù)字量輸入 /18 路晶體管輸出） 1 套 5 搬運分揀單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 6 變頻傳送單元 CPU224 AC/DC/繼 電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 7 安裝單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 8 安裝搬運單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 9 分類單元 CPU224 DC/DC/晶體管（ 14路數(shù)字量輸入 /10 路晶體管型輸出） 1 套 10 主控單元 CPU313C2DP（ 16 路數(shù)字量輸入 /16 路晶體管輸出） 1 套 11 通信模塊 EM277 8 只 12 變 頻器模塊 西門子 MM420 功率≥ 1 臺 西門子 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 6 13 觸摸屏模塊 英寸 TFT 真彩， 65K 色 1 套 各站都可通過一塊控制面板來控制 PLC使各站按要求進行工作，一個控制面板上有 5個按鈕開關(guān)，二個選擇開關(guān)和一個急停開關(guān)。 （ 3） 西門子 PLC 采用西門子 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)通信，使各站之間的控制信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r相互交換，配有 英寸， 256 色工業(yè)彩色觸摸屏，實現(xiàn)工業(yè)控制。分別為：上料檢測 單元、搬運單元、加工與檢測單元、搬運分揀單元、變頻傳送單元、安裝單元、安裝搬運單元和分類單元，控制系統(tǒng)可以選用西門子，進行控制，具有較好的柔性，即每站各有一套 PLC控制系統(tǒng)獨立控制 。 本章小結(jié) 本章概述了設(shè)計研究目的與意義，對 PLC的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢和機械手的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢進行了總結(jié)，大致了解 PLC和機械手，并簡單介紹本機設(shè)計所使用的 PLC和機械手產(chǎn)品。國外已研究采用攝像機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。機械手首先是從美國開始研制的。 對 PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和 I/O點數(shù)分類 ： （ 1） 按 PLC的結(jié)構(gòu)形式，分為整體式和模塊式 ； （ 2） 按 PLC的功能不同，分為低檔、中檔、高檔 ； （ 3） 按 PLCI/O點數(shù)，分為小型 PLC、 中型 PLC、 大型 PLC。到了二十一世紀，為了在基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 2 ERP、 MES和 PCS的體系中立足， PLC的軟件、硬件甚至聯(lián)網(wǎng)通信都在向標準化發(fā)展，以期更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求 [3]。 PLC的歷史，現(xiàn)狀和趨勢 PLC的發(fā)展歷史 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）產(chǎn)生于 20世紀 60年代末的美國，其功能一般只用于單一工序的自動控制，可以說是一種繼電器控制裝置的代替物。 本課題 研究的 柔性自動化生產(chǎn)線中機械手的搬運 主要采用 PLC控制 ，用 S7200作為搬運分揀操作站，根據(jù)上一站的加工完成信號和廢料信號，完成廢料分揀、搬運任務(wù) 。機械手是自動化生產(chǎn)線中的執(zhí)行機構(gòu)，由于機械手的誕生，勞動力等到了