【正文】 表 41 60KTY（ J）技術參數 額定電壓 AC/V 24， 220 電源頻率 Hz 50 適配電容 uf 15~25/450V ， ~起動電壓 AC/V ≤ 18，≤ 150 額定功率 W 25 空載電流 mA ≤ 300，≤ 80 絕緣耐壓 ACV/1S ≥ 1500 額定轉速 5 8 15 20 30 50 額定轉距 ≥ 130 ≥ 70 ≥ 45 ≥ 25 ≥ 18 ≥ 12 ≥ 7 光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。該產品可廣泛應用通電啟動 大臂電機轉動 光電編碼器檢測大臂位移 驅動小臂電機 同步帶帶動小臂 光電編碼器檢測小臂位移 驅動手腕升降電機 手抓電機動作 機械手開始張合 16 于：電動窗簾、電動晾衣架、冷暖通閥門、電動廣告、監(jiān)控設備、自動化儀器儀表等。該產品具有體積小、重量輕、功耗小、力矩大、安裝方便等特點。其主要工作過程均由電機的轉動來控制。在機械大臂和小臂的旋轉關節(jié)上還裝配有增量式光電編碼器，提供控制所需要的反饋信號。其包括三個旋轉關節(jié)（分 別控制機械大臂和小臂旋轉以及手抓張合）和一個移動關節(jié)（控制手腕伸縮）。 機械手的硬件設計 機械手的控制系統(tǒng)如圖 41所示。與繼電器控制線路相比， PLC 具有可靠性高、抗干擾能力強，編程簡單，使用方便，設計、安裝容易，維護工作量少，功能完善、通用性強，體積小、能耗低等特點。它將邏輯運算、順序控制、時序、計數、算術運算等控制程序。它通過控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進 行工作。其氣壓技術是以壓縮空氣為介質 .以氣源為動力的能源傳遞技術 .其工作可靠性高、使用壽命長、對環(huán)境沒有污染 .所以在機械手的驅動系統(tǒng)中常采用氣壓技術。機械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)組成。機械手是指能夠自動抓取、操作的裝置。 14 第四章 PLC 的機械手設計 工業(yè)機械手的簡 介 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產設備，工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支，它的特點是通過編程來完成各種預期的作業(yè) 任務 ，在構造和 性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現了人的智能和適應性，機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國國民經濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景 [14]。 13 小結 本章主要對 PLC 的設計方法步驟進行闡述，包括它的基本原則，基本內容和一般步驟及 PLC 機型的選擇。 在選擇 PLC 時，要考慮使用現場的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。無觸點輸出大多使用大功率三級管（直流輸出）或雙向可控硅（交流輸出）電路，其優(yōu)點是可靠性高、響應速度快、壽命長，缺點是價格高、過載能力差。為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應選用具有光電隔離的模塊。其他 情況則選用模塊式結構 PLC。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化等。 對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應選用帶 A/D、 D/A 轉換，加減運算、數據傳送功能的低檔機。特別要注意因控制較復雜，數據處理量較大，可能出現存儲容量不夠的 問題 [13]。 還應確定用戶程序存儲器的容量。如果只有為了實現單機自動化，或機電一體化產品，可選用小型PLC。 12 輸入、輸出點數以及軟件對 PLC 功能及指令的要求是選擇 PLC 機型規(guī)模大小的重要依據。 （ 5） 對程序進行調試和修改，直到滿足要求為止。 （ 3） 根據梯形圖編制程序清單。這是程序設計的關鍵一步，也是比較困難的一步。對于簡單的控制系統(tǒng)，也可省去這一補。 （ 7）編制技術文件。 （ 6）待控制臺（柜）設計及現場施工完成后，進行聯機調試。設計 I/O 連接圖。 （ 3）選擇 PLC 機型及容量。 （ 2）根據控制要求確定所需要的輸入、輸出設備。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶在生產發(fā)展或工藝改進時修改程序，并有利于用戶在維修時分析和排除故障 [10]。它在傳統(tǒng)電氣圖的基礎上增加了 PLC部分，因此在電氣原理圖中應增加 PLC 的 I/O 連接圖。 傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖 、電器布置圖及電氣安裝圖。 （ 6）編制控制系統(tǒng)的技術文件。因此，設計的控制程序必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。包括控制系統(tǒng)流程圖、梯形圖、語句表（即程序清單）等設計。 （ 3）分配 I/O 點，繪制 I/O 連接圖。正確選擇 PLC 對 于保證整個控制系統(tǒng)的技術經濟性能指標起著重要的作用。 （ 2） PLC 的選擇。因此， PLC 控制系統(tǒng)設計的基本內容應包括以下內容。 （ 4）考慮到生產的發(fā)展和工藝的改進，在配置 PLC 硬件設備時應適當留有一定的裕量。 （ 2）在滿足工藝要求的前提下，力求使 PLC 控制系統(tǒng)簡單、經濟、使用及維修方便。 （ 1） PLC 控制系統(tǒng)控制被控對象最大限度地滿足工藝要求。 10 第三章 PLC 的系統(tǒng)設計 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則 設計任何一個 PLC 控制系統(tǒng)，如同設計任何一種電氣控制系統(tǒng)一樣，其目的都是通過控制被控對象（生產設備或生產過程）來實現工藝要求，提高生產效率和產品質量。 小結 本章主要介紹 PLC 的定義，結構組成，功能特點，以及其應用領域和發(fā)展趨勢。例如 IPC 型控制器具備多 種現場總線接口，如 FESTO 總線、 Profibus, ASI, CAN 等，以及各種網絡連接模塊，如 Novell 等，從而使 PLC 與 PLC, PLC 與 PC,PLC 與現場設備之間建立通訊聯網。 (3)豐富 I/O 模塊，使 PLC 在實時性、精度、分辨率、人機對話等性能方面進一步得到改善和提高。例如，德國FESTO 公司的 IPC （ Industrial PC）由一系列符合工業(yè)標準的模塊組成，它與微機兼容且具有 PLC 的功能。伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡或國際通用網絡的重要組成部分，將在眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。從網絡的發(fā)展狀況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展的方向。從市場上看，各國生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市 場的局面，會出現國際通用的編程語言。從產品的配套性能上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格會更齊備。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能水平更高的品種出現。此外無錫華光公司、上海香島公 司等中外合資企業(yè)也是中國比較著名的可編程控制器生產廠家 [11]。目前，中國已能夠生產中小型可編程控制器。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。目前，可 編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領域的應用都得到了長足的發(fā)展。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)控制的需要。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升，許多可編程控制器的生產廠家已聞名于全 世界。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應用。 20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。為了方便熟悉繼電接觸控制系統(tǒng)的電氣工程技術人員使用，可編程控制器采用了和繼電接觸器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算的計算機存儲元件都以繼電器命名。限于但是的元件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。新近生產的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 通信含 PLC 間的通信 及 PLC 與其它智能設備間的通信。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。世界上各主要PLC 廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。從控制機構配置來說，早期直接用于開 關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。 PLC 廠家都生產配套的 A/D和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和 7 速度等都是模擬量。 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單 臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。 通信和聯網 其它： PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT 模塊。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行 [4]。使用時只需將現場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。 編 程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數 PLC 均采用模塊化結構。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機對話的接口模塊 。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈 沖或電位； 強電或弱電等。 （ 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。 （ 4）采用性能優(yōu)良的開關電源。 PLC 的特點 高可靠性 （ 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。目前世界上各主要的 PLC 生產廠商都開發(fā)了適于本公司 PLC 的編程軟件，例如西門子公司的 STEP 7Micro/WIN 32 編程軟件適用于 SIMATIC S7200 系列可編程控制器用戶程序的編制及監(jiān)控 。一般說來，帶顯示器的編程工具分成兩類 :一類是帶顯示器的專用編程器。編程工具有以下兩種 : (1)便攜式編程器帶有幾行液晶顯示，體積小，重量輕，一般用于小型 PLC的程序編制以及 PLC 的現場調試和監(jiān)控。 (2)特殊功能模塊為了滿足 復雜控制功需要， PLC 配有多種智能模塊，如 PID調節(jié)模塊、通訊模塊、步進模塊以及伺服模塊等。 輸出部件是 PLC 與現場設備之間的連接部件，用以驅動執(zhí)行元件，如電磁閥、微電機、接觸器、指示燈等。 輸入有兩種方式，一種是數字輸入 (也稱開關量的輸入或接點輸入 )，另一種是模擬量的輸入 (也稱電平輸入 )，模擬量的輸入要經過 A/D 轉換才能進入 PLC。該部件接收來自主令元件、檢測元件的信號， 主令元件是指操作臺 (屏 )上的功能鍵，如啟動、停止等按鍵。 I/O 是工業(yè)現場的各種設備與 CPU 之間傳輸信息的接口。用戶程序或數據通常存放在 RAM, EEPROM 或 FLASH Memory 中，便于維修 。 (4)按塊擦除存儲器 (FLASH Memory)在功能上類似于 EEPROM 不同之處在于 :它是按塊擦除的，其優(yōu)點是讀出的速度高，集成度高。一般用以存放系統(tǒng)程序以及需永久保持的用戶程序。 4 圖 21 PLC 的結構示意圖 PLC 中常用的存儲器類型有： (1)讀 /寫存儲器 (隨機存儲器 RAM)讀寫方便，存取速度快，但需后備電池支持。當 PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接 收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入 vo 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋器后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術運算任務，并將邏輯或算術運算的結果送入 vo 映象區(qū)或數據寄存區(qū)內。由中央處理單元 (CPU)、存儲器 (RAM, ROM )、輸入 /輸出部件 (I/O 接口 )、編程工具和外圍設備等組成 ?！? PLC具有通用靈活、抗干擾能力強、可靠性高、易于編程、使用方便 、安裝簡單、便于維修、體積小等特點，它的采用，大大縮短了系統(tǒng)的設計和調試周期。 1987 年國際電工委員會 (IEC 11311)對 PLC 的定義是：“可編程控制器是一種數字運算操作的電