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正文內(nèi)容

基于plc的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng)-wenkub.com

2024-12-02 01:19 本頁面
   

【正文】 在此,我還要感謝在一起愉快的度過三年生活的 09 機電一體化班各位同學(xué),正是由于你們的幫助和支持,我才能克服一個一個的困難和疑惑,直至本文的順利完成。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神,精益求精的工作作風(fēng),深深地感染和激勵著我。 回原位程序;在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時,按下回原位按鈕( X3), M3 變?yōu)镺N,機械手松開和上升,當(dāng)升到上限位( X17 變?yōu)?ON),機械手后退,直到后 限位( X21 為 ON)才停止,并且 M3 復(fù)位。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 33 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 34 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 35 圖 56 手動程序說明:用對應(yīng)機械手的上下前后移動和夾緊松開按鈕。如果 M0 為 OFF, M10 被復(fù)位,系統(tǒng)不能進(jìn)入連續(xù)工作方式。由于 P1 處的 X1 的動斷觸點閉合,所以又跳過回原位程序到 P2處。其中自動程序包括單步、連續(xù)運動程序,因它們的工作順序相同所以可將它們和編在一起。根據(jù)圖 43 所示的總程序結(jié)構(gòu)框圖,將手動操作程序梯形圖和自動程序梯形圖嵌入,就得到整個程序的梯形圖。不按啟動按鈕時, X0 斷開,其常閉接點閉合, M8040 接通,狀態(tài)轉(zhuǎn)移被禁止。 2)單步操作。當(dāng)執(zhí)行完最后一步動作,即左移到原點碰到左限位開關(guān)時, X13 接通,如果是單周期操作,則 M0 斷開,回到初始狀態(tài),如果連續(xù)操作,則 M0 接通,狀態(tài)轉(zhuǎn)移至 S20,又 開始下一個周期的循環(huán)。 ( 1) 自動程序 自動程序如圖 45 所示。 ( 1)手動程序 手動操作不需要按工序順序進(jìn)行動作,所以可按普通繼電器程序來設(shè)計。 FX2N48RM 的各項工作參數(shù)已在第二章介紹,在此不在做介紹。所以,至少需要 6 個輸出點。 自動工作:尚需啟動、正常停車、緊急停車 3 個按鈕,也需要 3 個輸入端子。 4. 2 PLC控制系統(tǒng) 確定輸入 /輸出點數(shù)并選擇 PLC 型號 1)輸入信號 位置檢測信號:下限、上限、右限、左限共 4 個行程開關(guān),需要 4 個輸入端子。按下復(fù)位按鈕,機械手在完成最后一個周期的工作后,返回原點自動停機。手動操作可用于調(diào)整工作基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 20 位置和緊急停車后機械手返回原點。為此設(shè)置了一個光電開關(guān),以檢測“無工件”信號。機械手的工作均由電機驅(qū)動,它的上升、下降、左移、右移都是有電機驅(qū)動螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來完成的。輸出單元的 4 個地端,分別引出到面板,其中只有 C4 與 3V 電源共地。 16 個接插件可外接其它直流或開關(guān)量輸入 信號。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后,相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加,估因此,點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響,在算和選用時應(yīng)充分考慮,使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時,應(yīng)考慮性能價格比。 ( 2)在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3重化冗余容錯系統(tǒng)等。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC,對輸入和輸出信號的隔離是必要的,有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。考慮是否需要擴展機架或遠(yuǎn)程 I/O機架等。例如對輸入模塊,應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。 3. 4 PLC機型的選擇方法 . PLC的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類,按應(yīng)用環(huán)境分 為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類;按 CPU 字長分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān),繼電 器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms 左右;雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時的滯后時間約為 1ms,負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為 10ms;晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。 ( 3)輸出刷新階段 在輸出刷新階段, CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路,再經(jīng)輸出 電路驅(qū)動響應(yīng)的外設(shè)。 ( 2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段, PLC 的 CPU 總是由上而下,從左到右的順序依次的掃描梯形圖。 圖 32 PLC 的掃描運行方式 ( 1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段, PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它 們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行 指令的速度有很大的關(guān)系。信號經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后,繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線 圈通電,其常開觸點閉合,使外部負(fù)載通電工作。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時, CPU 從第一 條指令開始,逐條順序的執(zhí)行用戶程序,直到用戶程序結(jié)束之處。 外接的輸入觸點電路接通時,對應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài),梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點接通,常閉觸點斷開??删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN)狀態(tài)時,還要完成另外 3 個階段的操作。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號,用戶程序不是只執(zhí)行一次,而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行,直至可編程序控制器停機 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的,它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似,梯形圖中的某些編 程元件也沿用了繼電器這一名稱,如輸入、輸出繼電器等。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源。 按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量, I/O 模塊可多可少,但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。不過對于新型的PLC,其存儲容量可根據(jù)用戶的需要而改變。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域,前者在 PLC 斷電時,由內(nèi)部的鋰電子供電。因此,它需要有一定數(shù)量的存儲單元( RAM)以供存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些存儲單元稱作 I/O 映象區(qū)。由制造廠商將其固化在 EPROM 中,用戶不能夠直接存取。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后,最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行為止。如圖 31 所示, PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示: 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 10 圖 31 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 ( 1)中央處理單元( CPU) 中央處理單元( CPU)是 PLC 的控制中樞。 近 10 年來,隨著 PLC 價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大,越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC 進(jìn)行控制, PLC 在我國的應(yīng)用增長十分迅速。 PLC 沒有專用操作站,它用的軟件和硬件都是通用的,所以維護(hù)成本比DCS 要低很多。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理, 16 位(也有 32 位的)為一個模擬量。 PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器,在程序運行 過程中,每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加 1,程序從起始步(步序號為零)起依次執(zhí)行到最終步(通常為 END 指令),然后再返回起始步循環(huán)運算。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的,二十世紀(jì)七十年代的 PLC只有開關(guān)量邏輯控制,首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品, PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展,世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長率保持為 20%~ 30%。 3 可編程控制 PLC 3. 1 PLC 簡介 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器( Programmable Logic Controller, PLC)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來, PLC 得到了快速發(fā)展,在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 8 如圖 23 所示,機械手采用普通軸承作為支撐元件的機座支撐結(jié)構(gòu)。當(dāng)楔塊后移時,靠彈簧的拉力使手指松開。所以當(dāng)設(shè)計機械手夾持器的時候,在滿足工件的定位精度要求的條件下,盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡單回轉(zhuǎn)型夾持器。按驅(qū)動方式可以電動、液壓和氣動三種。滾動螺旋機構(gòu)摩擦阻力小,動作靈敏度高,傳動效 率高,可達(dá) 90%以上。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。這種傳動形式結(jié)構(gòu)緊湊,剛度較大,傳動效率高,精度高。 ( 1).由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機構(gòu),螺母與機架固聯(lián),螺桿轉(zhuǎn)動并移動( 如圖 21b 所示),這種螺旋機構(gòu)以傳遞動力為主,故又稱傳力螺旋機構(gòu)。 . 滑動螺旋機構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機構(gòu),稱為滑動螺旋機構(gòu)。在我國,近幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的效果,受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。因此,機械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來實現(xiàn) 。 控制系統(tǒng)是機械手 的指揮系統(tǒng),它通過控制驅(qū)動系統(tǒng),讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。 工業(yè)機器人是一種能進(jìn)行自動控制的、可重復(fù)編程的,多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業(yè)機械人,不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對 保障人生安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。 關(guān)鍵詞 : 意義,應(yīng)用,前景,編程語言 ,設(shè)計
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