【正文】 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。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)。 9. 3 PLC 的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）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。某些可編程序控制 器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關(guān)）提供 24V 直流電源。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源。無論是小型的 PLC，還是中、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對 PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。 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。 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。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。 C．用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。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，整個 I/O 映 象區(qū)可看作由開關(guān)量的 I/O映象區(qū)和模擬量的 I/O 映象區(qū)兩部分組成。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)。 B. 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能夠直接存取。 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 編程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 32 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。才能構(gòu)成一臺完整的 PLC。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。 當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算等任務(wù)。如圖 所示， PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示： 31 圖 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 : PLC handware basic stuction of FIG （ 1）中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC或定制 PLC 取代嵌入式控制器 。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi) PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O點（最多可達 8000 多個 I/O）。 相同 I/O 點數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。大型 PLC 使用另外一個 CPU來完成模擬量的運算。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1毫秒。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。同時， PLC 的功能也不斷完善。 （ 1）液壓泵的功率損失： ? ? ? ? kwtPPTP iZi irith 11 ???????? ?? ? 29 式中 tT —— 工作循環(huán)周期 riP —— 液壓泵的輸入功率 iP? —— 各臺液壓泵的總效率 it —— 第 i 臺泵的工作時間 Z—— 投入工作的液壓泵的臺數(shù) （ 2）液壓執(zhí)行元件的功率損失： ? ? ? ? kwtPTP imi irith201111 12 ???????? ?? ? （ 3）溢流閥的功率損失： kwQPPyyh 0 0 4 102 0 33 ?????? （ 4）液壓油液流經(jīng)閥或管路的功率損失： kwPQP h 364 ??????? ? 總的功率損失： kwPPPPP hhhhhr 0 2 5 5 0 4 ????????? 由公式（ ）計算，油液溫升為： ℃℃ ????????? AKAK PT hr 式中 1A —— 油箱的散熱面積 2A —— 油管的散熱面積 1K 、 2K —— 散熱系數(shù) 經(jīng)計算，溫升沒有超過所選型號液壓油的允許使用范圍，因此本設(shè)計液壓系統(tǒng)中不需要冷卻器。單位時間內(nèi)進入液壓系統(tǒng)的熱量 ? ?kwHi 是液壓泵輸入功率 iP 和液壓執(zhí)行元件有效功率 0P 之差，假如這些熱量全部由油箱散發(fā)出去，不考慮系統(tǒng)其他部分的散熱效能，則油液溫升的估算公式可以根據(jù)不同的條件分別從有關(guān)的手冊中找出來。代入下式，則局部壓力損失為： 2 2 2 2 2 2 22 2 6 .4 2 6 .4 2 .8 2 .8 4 .8 4 .80 .2 0 .3 0 0 0 4 36 3 6 3 1 0 6 1 0 6nanQP P M PQ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ［ ＋ ＋ ＋ ］ 系統(tǒng)總壓力損失計算 12 0 . 0 0 4 5 4 0 . 3 0 0 0 4 3 0 . 3 0 4 9 7 aP P P M P? ? ? ? ? ? ? ? 由以上計算結(jié)果知：系統(tǒng)總壓力損失小于計算時的估取損失值，故之前設(shè)計計算合理。 從原理圖可以看出，從齒輪泵出口到升降缸進油口要經(jīng)過電磁換向閥，調(diào)速閥。 回路壓力損失的驗算 因為手臂升降液壓缸的動作回路系統(tǒng)油路較多，管路損失較大，在此主要驗算手臂升降液壓缸這一系統(tǒng)的管路壓力損失，管內(nèi)徑為 mm25 ，流量為 s/ L ，即sm / 34?? ， 設(shè)管長為 m4 ，選用 20 機械油，正常運行向右的運動粘度smV / 25??? ，油的密度 3/918 mkg?? 。能量的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚挂簤合到y(tǒng)的溫度升高。根據(jù)液壓油的選擇要求及原則， 選用 20 機械油 即適合本設(shè)計計算要求，所以選擇此液壓油。事實上，過高的油溫不僅大大改變了油液的粘度，而且會使常溫下平和、穩(wěn)定的油液變得帶腐蝕性，分解出不利于使用的成分，彧因過量汽化而使液壓泵吸空，無法正常工作。 在液壓系統(tǒng)中，液壓泵的工作條件最為嚴峻，不但壓力大、轉(zhuǎn)速高和溫度高，而且油液在被泵吸入和 由泵壓出時要受到剪切作用，所以一般根據(jù)泵的要求來確定液壓油液的粘度。粘度太大，液流的壓力損失和發(fā)熱大，使系統(tǒng)效率下降；粘度太小，泄漏增大也影響系統(tǒng)效率。 2）維護、更換的難易程度。 5）電學特性（耐電壓沖擊強度、介電強度導(dǎo)電率、磁場中極化程度）。 3）過濾性能、吸斥水性能、吸 氣情況、抗水解能力、防銹防腐蝕能力。 （ 3）油液質(zhì)量方面 1）物理化學指標。 2）溫度范圍。 3）毒性和氣味。選擇液壓油需考慮以下幾方面的因素： （ 1）系統(tǒng)工作環(huán)境方面 1)是否抗燃（閃點、燃點）。 通過上面的計算和校核，初步?jīng)Q定使用以下液壓元件，在經(jīng)濟性和安全性方面都能滿足要求。 本液壓系統(tǒng)中，三個液壓缸選取三個三位四通電磁換向閥，使得機械手能順利完成所規(guī)定的動作，換向閥的開啟與關(guān)閉通過電氣開關(guān)或壓力繼電器來控制，運動速度由調(diào)速閥通過調(diào)節(jié)進油路的流量來控制。 控制閥的流量一般要選得比實際通過的流量大一些，必要時也允許有 %20 以內(nèi)的短時 間過流量。 液壓元件的選擇 閥的規(guī)格，根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過閥的流量，選擇有定型產(chǎn)品的閥件?？砂聪率接嬎悖? PqV ?? (25) 式中 V —— 油箱的有效容積 ??L ?—— 與系統(tǒng)有關(guān)的經(jīng)驗數(shù)字；低壓系統(tǒng) 4~2?? ，中壓系統(tǒng) 7~5?? ，高壓系統(tǒng)12~10?? 。 油箱的有效面積（油面高度 80%時的容積）應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)發(fā)熱、散熱平衡的原則來計算，這項計算在系統(tǒng)負載較大、長期連續(xù)工作時時必不可少的。 升降缸： ? ? mmVQd ?????? ?? 查《機械設(shè)計手冊》表 20－ 8－ 2 選用油管公稱通徑為 mm25 ，外徑為 mm34 的無縫鋼管。根據(jù)表 3 數(shù)值當油液在油管中流速取 s/1m ，算得液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 夾緊缸： ? ? mmVQd ?????? ?? 查《機械設(shè)計手冊》表 20－ 8－ 2 選用油管公稱通徑為 mm12 ，外 徑為 mm81 的無縫鋼管。結(jié)合上述計算結(jié)果， 查參考文獻［ 4］中表 12－ 1 選取 Y100L1－ 4型三相異步電 機，其參數(shù)為： 額定功率： 轉(zhuǎn)速： 1430r/min 質(zhì)量： 34kg 油管的設(shè)計 各元件間管道的規(guī)格由元件接口處尺寸決定，液壓缸進出油管則按輸入、排出的最大流量計算。 機械手在工作過程中，各液壓缸動作均為分步進行，由之前計算知手臂下降時所需流時最大，此即為系所需最大流量 ? ?m i n/3 7 L / m i nL / s4 3 9 a x LQ ＝＋? ? ? ? ?m i n/0 1 7 a x LQKQ P ????? 查《機械 設(shè)計手冊》，選取 HY01－ 35 ? 25 型齒輪泵，其基本參如下： 壓力： P＝ ；流量： min/35LQ? ； 轉(zhuǎn)速： min/r1450n＝ ；驅(qū)動功率： W＝ 。 aMPPPPP ????????? （ 2）系統(tǒng)流量計算 ? ?? ?m i n/m a xLQKQP ?? (24) 式中 K —— 系統(tǒng)泄露系數(shù)，取 K＝ maxQ —— 同時動作的液壓缸或液壓馬達的最大流量。 本設(shè)計因無對所夾持工作的水平位移要求，故不作設(shè)計，只簡略選用一個支 座底架并用螺栓連接固定即可。 （ 2）有運動部件的情況下，需保證動作靈活，升降立柱的導(dǎo)套長度不宜過短，否則可能產(chǎn)生卡死現(xiàn)象；一般要有導(dǎo)向裝置。 6 機身的設(shè)計 機身的概述 機身是機械手的主體，它是支承手部、腕部（本設(shè)計中沒有腕部）和臂部的部分，并實現(xiàn)升降和回轉(zhuǎn)或俯仰和回轉(zhuǎn)的部件（本設(shè)計即為機架）。 由 FdM? 可知，該升降液壓缸為機械手受彎矩力最大部件，對其進行校核。因采用差動連接，手指張合速度相等，預(yù)設(shè)手指張合所需時間為 5s且為勻速，則： m m / s100m m / s5500L ＝? 手臂下降所需流量 L / s4 3 9 3 9 0 04 dDVAq 3322221 ＝＝）－（＝）－（＝ ??? ? 手臂上升所需流量 L / s1 9 6 2 0 0]4 []V4 dD4D[VAAq 322222212 ?????? ）－（）－（－＝）－（ ??（ 2）活塞桿的計算校核 活塞桿的尺寸要滿足活塞（或液壓缸）運動的要求和強 度要求。 由夾緊時所需推力計算液壓缸直徑 ? ?m122m2221 4D4FF ???? pdDpF ?? －＝－實際 (21) 即 ? ? 9 8 7 222 ?????? dD?? － 解得 D＝ ，則 d＝ ? ＝ 。如需要完整說明書和 設(shè)計 圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣： 九 七 一 九二 零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 手臂 Z 方向升降運動 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算及選用 （ 1）液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算及選擇 經(jīng)過上面的計算，確定了液壓缸的最大驅(qū)動力為 F=，根據(jù) 參考文獻 [1]中表 9－ 1選擇