【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。他們嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?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?？紤]是否需要擴展機架或遠程 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載接通時的滯后時間約為 1ms，負載由導(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 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)定的要求進行工作。 工業(yè)機器人是一種能進行自動控制的、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