【正文】 。你們用血與淚盡可能的給我提供成長的機(jī)會與支持，你們?yōu)槲宜冻龅氖俏乙簧紵o以回報的。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！同時，也要感謝在論文的創(chuàng)作過程當(dāng)中，提供了意見及幫助的同學(xué)們，我才能克服遇到的每個困難和疑惑。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，更加教會了我許多待人接物與為人處世的道理。 本論文是在石俊 老師悉心指導(dǎo)下完成的。雖說是一路崎嶇辛苦，卻也豐富多彩。這段人生旅途是富有青春活力的，這一幕幕將永遠(yuǎn)存在我的記憶中。由于本人能力尚未達(dá)到火候，本次設(shè)計的機(jī)械手控制系統(tǒng)跟實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械手控制系統(tǒng)之間還有很大差距，系統(tǒng)中也還存在很多的缺陷，還需要不斷改進(jìn)和加強(qiáng)。 在此次畢業(yè)論文的設(shè)計過程中，對以前的理論知識有了更加進(jìn)一步的理解與認(rèn)識，對自己的對自己的專業(yè)知識及應(yīng)用能力有了一定的提升與檢測，其中也發(fā)現(xiàn)了很多不足。另外，在實(shí)際的生產(chǎn)中，可以設(shè)置遠(yuǎn)程控制，可以利用監(jiān)控軟件對控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制，以提 供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)。同時，使用 PLC 進(jìn)行控制可以方便更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 37 圖 42 手動程序中下降運(yùn)行 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 38 圖 43 自動程序中下降運(yùn)行 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 39 圖 44 自動程序中的傳送帶 A 啟動工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 40 第五章 結(jié)束語 機(jī)械手的控制對于很多場合需求很大，不論是機(jī)床使用的小型系統(tǒng)還是流水線上的這類設(shè)備，其基本動作要求類似，所以控制的實(shí)現(xiàn)也可以相互借鑒。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 36 圖 41 plc 硬件的實(shí)物接線圖 43 系統(tǒng)中調(diào)試結(jié)果 整個系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能有兩項(xiàng)：自動運(yùn)行與手動運(yùn)行。對于限位開關(guān)也用普通開關(guān)代替，當(dāng)執(zhí)行完該步程序后， 進(jìn)入下一個步，需要將限位開關(guān)撥回 OFF 狀態(tài)。 （ 2）連接 PLC 上的輸出端口對應(yīng)的動作必須與程序中的輸入輸出點(diǎn)的定義動作保持一致。 （ 4）對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到滿意為止。 （ 2）設(shè)計梯形圖，這是程序設(shè)計的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)。 I/O 的資源配置 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，對 PLC 進(jìn)行 I/O 及其他資源的分配，具體分配如下圖36 及表 37 所示。 輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊 EM223 有六種：分別為 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸入 /4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸出、 4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)） DC 輸入 /4 點(diǎn)（ 8 點(diǎn)、 16 點(diǎn)）繼電器輸出。 典型的數(shù)字量輸入 /輸 出擴(kuò)展模塊有： 輸入擴(kuò)展模塊 EM221 有兩種： 8 點(diǎn) DC 輸入、 8 點(diǎn) AC 輸入。 I/O擴(kuò)展包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。 CPU22*系列 PLC 它有如下五種不同結(jié)構(gòu)的配置單元： CPU221，它具有 6 輸入 /4 輸出， I/O 共計 10 點(diǎn)，無擴(kuò)展能力； CPU222，它具有 8 輸入 /6 輸出， I/O 共計 14 點(diǎn)，并可以進(jìn)行一定的模擬量控制和 2 個模塊的擴(kuò)展； CPU224，它具有 14 點(diǎn)輸入 /10 點(diǎn)輸出， I/O 點(diǎn)數(shù)共計 24 點(diǎn)，它有七個擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時鐘； CPU226，它具有 24 輸入 /16 輸出， I/O 共計 40 點(diǎn)，與 CPU224 相比，它增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)； CPU226XM，這是西門子公司后推出的一種增強(qiáng)型主機(jī)，它在用戶程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量上進(jìn)行了擴(kuò)展，其他指標(biāo)和 CPU226 相同。特別是 S7– 200CPU22*系列 PLC，由于它具有多種功能模塊和人 機(jī)界面（ HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。 本文選擇的是德國的西門子公司生產(chǎn)的 S7–200PLC。 本系統(tǒng)的輸入開關(guān)量為數(shù)字信號，直接連接 PLC， PLC 通過中間繼電器對電磁閥加以控制。 4. 為了保障手爪 的抓持及放松可靠，防止手爪抓力過大或過小引起軸承的損壞或抓力不足，需要對抓持力進(jìn)行監(jiān)測控制。 控制要求 A 的工件順利搬運(yùn)到傳送帶 B。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 16 為了保證機(jī)械手動作準(zhǔn)確，機(jī)械手安裝了限位開關(guān) SQ SQ SQ SQ4，分別對機(jī)械手進(jìn)行下降、上升、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動作的限位，并給出動作到位的信號。并且要求只有機(jī)械手處于上限時才能進(jìn)行左 /右移動，因此在左右轉(zhuǎn)動時用上限條件聯(lián)鎖保護(hù)。同時左轉(zhuǎn) /右轉(zhuǎn)也是由對應(yīng)電磁閥控制。當(dāng)下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，若下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，保持現(xiàn)有的動作狀態(tài)。上升到位后，傳送帶 B 開始運(yùn)行，同時機(jī)械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位后，傳送帶 B 停止，此時傳送帶 A 運(yùn)行直到關(guān)電開關(guān) PS 再次檢測到物 體，才停止 …… ,如此循環(huán)。按啟動按鈕后，傳送帶 A 運(yùn)行直到光電開關(guān) PS 檢測到物體，才停止，同時機(jī)械手下降，下降到位后機(jī)械手夾緊物件， 2S 后開始上升，而機(jī)械手保持夾緊。利用機(jī) 械手在裝配線上，通過 PLC 控制機(jī)械手的動作，完成取工件及轉(zhuǎn)移工件等工序。 由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)計出圖 33 所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。 圖 31 二位三通電磁閥 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 14 圖 32 二位五通電磁閥 7）各種按鈕。 兩位五通雙電控電磁閥動作原理：給正動作線圈通電，則正動作氣路接通 (正動作出氣孔有氣 )，即使給正動作線圈斷電后正動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給反動作線圈通電為止。 常閉型兩位三通電磁閥動作原理： 給線圈通電，氣路接通，線圈一旦斷電，氣路就會斷開，這相當(dāng)于 “點(diǎn)動 ”。線圈電壓等級一般采用 DC24V、 AC220V 等。 對于小型自動控制設(shè)備，氣管一般選用 8~12mm的工業(yè)膠氣管。 在氣路 (或液路 )上來說，兩位三通電磁閥 (見圖 31)具有 1 個進(jìn)氣孔 (接進(jìn)氣氣源 )、 1個出氣孔 (提供給目標(biāo)設(shè)備氣源 )、 1 個排氣孔 (一般安裝一個消聲器，如果不怕噪音的話也可以不裝 )。此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上 升 /下降、左轉(zhuǎn) /右轉(zhuǎn)與夾手的松緊都是用氣缸來實(shí)現(xiàn)的，使用一個氣缸、一個電磁閥就能實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，相對于利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡單方便。安防系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動次數(shù)。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。 5）光電開關(guān)。在此系統(tǒng)中，共用了 4 個限位開關(guān)：上升限位開關(guān)、下降限位開關(guān)、左轉(zhuǎn)限位開關(guān)和右轉(zhuǎn)限位開關(guān)。 3）電源單元。 2） PLC 控制單元。 1）機(jī)械手本 體單元?？删幊炭刂破鞑捎檬堑奈鏖T子 S7200。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè) 中的一些大型控制系統(tǒng)。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。（ 4）過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 （ 3）運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用 領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)的值時，相應(yīng)的輸入 過程映像寄存器的值未被更新。 6）中斷程序的處理 如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時， cpu 停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高 PLC 對某些事件的響應(yīng)速度。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。 5）改寫輸出 CPU 執(zhí)行完用戶程序后，將輸出過程映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。 3）通信處理 在處理通信請求階段， CPU 處理從通 信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，咋適當(dāng)?shù)臅r候?qū)⑿畔魉徒o通信請求方。這樣做有以下好處： 在整個程序執(zhí)行階段，各輸入點(diǎn)的狀態(tài)點(diǎn)是固定不變的，程序執(zhí)行完后再用輸出過程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入過程映像寄存器的狀態(tài)，也不會隨之改變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。在 RUN 模式的程序執(zhí)行階段，如果沒有跳轉(zhuǎn)指令， CPU 從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。外接的輸入電路斷開時，對應(yīng)的輸入過程映像寄存器為 0 狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。 在讀取輸入階段， PLC 把所有外部數(shù)字量輸入電路的 1/0 狀態(tài)讀入輸入過程影響寄存器。為了使 PLC 得輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后 PLC 要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（見圖 21），這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。因此， PLC 具有極強(qiáng)的適用性，能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動化設(shè)備。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機(jī)知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在短時間內(nèi)學(xué)會。 PLC 的輸入 /輸出可以直接與交流 220V、直流 24V 等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。在 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需要在 PLC 的端子上接入相應(yīng)的輸入 /輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。與繼電器接觸裝置和通用計算機(jī)相比， PLC 更能試用工業(yè)現(xiàn)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路， I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信息調(diào)理電路；在機(jī)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等干擾和故障診斷措施。小型 PLC 可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供 DC 24V 電源，驅(qū)動 PLC 負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 PLC 使用 AC 220V 電源或 DC 24V 電源。程序被編譯后下載到 PLC，也可以講 PLC 中的程序上傳到計算機(jī)。；它的體積小，價格便宜，一般用來給小型 PLC 編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)。 3. 編程器 編程器用來生成用戶程序，并用它來編 程、檢查、修改用戶程序，事件用戶程序的執(zhí)行情況。在 I/O 模塊中，用光耦合器，光敏晶閘管、小型