【正文】 PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)分配如表 35 所示。 由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入 /輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對 PLC 進(jìn)行監(jiān)控和管理 ，該機(jī) 械手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O 點(diǎn)數(shù)不多，僅需 11 個(gè)輸入點(diǎn)和 9 個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。 16 PLC 程序設(shè)計(jì) I/O 點(diǎn)數(shù)的確定及 PLC 類型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。 PLC 向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。 PLC 向驅(qū)動(dòng)器一只輸入 15 圖 35 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖 36 機(jī)械手的動(dòng)作 示意圖 脈沖信 號，步進(jìn)電機(jī) 一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手前伸，前伸到位時(shí)，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到后 限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。 打開電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開機(jī)復(fù)位。機(jī)械手的放松 /夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。機(jī)械手的上升 /下降、前伸 /后縮動(dòng)作就是通過控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 35 所示。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖 34 所示。其中 IN 端接 PLC 的輸出端口， OUT 端接模型的信號輸入端。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元 本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 14 動(dòng)方向的，從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。 PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路， PLC 信號輸入有效，工作原理如圖 33 所示。 接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開關(guān)（金屬傳感器），通過調(diào)整基座和 氣夾上的金屬塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變基座 圖 33 傳感器工作原理圖 和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。另外若不采用驅(qū)動(dòng)器，而采用 PLC 輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，會(huì)占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時(shí)給編程帶來不便。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分、信 號輸入部分、信號輸出部分等，利用驅(qū)動(dòng)器可以很方便的對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下表 3表 3表 3表 34 所示。主要特點(diǎn)： 11 體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。該模型是 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。 第三章 機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 本課題設(shè)計(jì)使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強(qiáng)是 PLC 發(fā)展的一個(gè)重要方面，向下可將多個(gè) PLC、 I/O 框架相連，向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)、 MAP 網(wǎng)等相連構(gòu)成整個(gè)工廠的自動(dòng)化控制 系統(tǒng)。 PLC 發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢：一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展 [12]。設(shè)計(jì)人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計(jì)以及施工的設(shè)計(jì)，圖面的工作量很大，這勢必造成設(shè)計(jì)周期長。這既經(jīng)濟(jì)又簡捷，可以達(dá)到事半功倍的效果。這是因?yàn)槭褂?PLC 不必改動(dòng)外部設(shè)備接線，只要對軟件進(jìn)行一些改變就可以了。這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長短考慮 不論是對舊設(shè)備進(jìn)行改造，還是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備。 對 PLC 的經(jīng)濟(jì)分析，應(yīng)從以下幾方面考慮： 從影響成本的各個(gè)因素綜合考慮 對目前生產(chǎn)設(shè)備控制裝置來說，有三種類型：① 繼電器控制；② 半導(dǎo)體器件控制；③ PLC 控制。 PLC 產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求 [11]。 PLC 的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相 應(yīng)地降低了價(jià)格。 PLC 的主要功能 PLC 是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化 (FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。且 PLC 是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化十分理想的控制設(shè)備 [10]。 體積小、重量輕和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 由于 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路。 功能強(qiáng) 現(xiàn)代 PLC 不僅具有條件控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和步進(jìn)等控制功能，而且還能完成 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控 等。對于使用者來說，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識。為了保證 PLC 能 在惡劣的工業(yè)環(huán)境可靠的工作，在其設(shè)計(jì)和制造過程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施，使其可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 對于機(jī)械手系統(tǒng)來說，可靠性、抗干擾能力是非常重要的指標(biāo)，如何能在各種工作環(huán)境和條件 (如電磁干擾、低溫潮濕、灰塵超高溫等 )下，平穩(wěn)可靠的工作，將故障率降至最低，是研制每一種控制系統(tǒng)必須考慮的問題。而可編程控制器是通過存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以 及改動(dòng)極少量的接線即可。 其主要原因是因?yàn)?PLC 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制器件是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電器控制圖，由人工布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 PLC 的特點(diǎn) 可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。其結(jié)構(gòu)簡圖如下： 輸出部件 外設(shè)I/O接口 存儲(chǔ)器 EPROM 微處理器 運(yùn)算器 控制器 電源 輸入部件 I/O 擴(kuò)展接口 I/O 擴(kuò)展單元 受控元件 輸入信號 外部設(shè)備 7 圖 21 PLC 硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。 PLC 的硬件系統(tǒng)由微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (EPROM， ROM)、輸入輸出 (I/O)部件、電源部件、編程器、 I/O 擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。 可編程序控制器簡介 可編程序控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC 或 PC，是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適應(yīng)復(fù)雜的控制任務(wù) 。同時(shí)，用 PLC 控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能 [8]。由于 PLC 所具有的靈活性、模塊化、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的不同工作要求。 PLC 具有很多的優(yōu)點(diǎn)。 PLC 的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。 PLC 自問世以來，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，在美國、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前， PLC 在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用 PLC 設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系 統(tǒng)已成為世界潮流。沒有哪種控制器是絕對完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對差，只能說根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品 [7]。 PLC 更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于 STD 工控機(jī)，但是從開關(guān)量控制而言， PLC 的性能優(yōu)于 STD 工控 機(jī)。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。 不同點(diǎn) 由于 PLC 和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)