【正文】 使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其可靠性程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無法比擬的。而且，同一臺(tái)可編程控制器還可以用于不同的控制對(duì)象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。如果因?yàn)楣に嚿系纳栽S變化，需要改變電器控制系統(tǒng)的話，那么原先的整個(gè)電器控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，浪費(fèi)了大量的人力、物力和時(shí)間。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。這時(shí)才是PLC真正的輸出。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。開始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過程可以分為如下四個(gè)階段。 PLC的掃描運(yùn)行方式PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。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(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，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(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。 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(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。：外設(shè)I/O接口 輸出部件存儲(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(hào)外部設(shè)備 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?？煞譃橄到y(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。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動(dòng)開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。： 直動(dòng)式行程開關(guān)1頂桿 2彈簧 3常閉觸頭 4觸頭彈簧 5 常開觸頭 行程開關(guān)的工作原理行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。 行程開關(guān)的設(shè)計(jì) 行程開關(guān)的選型機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。與PLC之間的接線圖如上，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。當(dāng)有反光面（被檢測(cè)物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。 傳感器的工作原理利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。 4）對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近開關(guān)或霍爾式接近開關(guān)。 2）當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近開關(guān)。接近開關(guān)的選型 對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離， 應(yīng)選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則： 1）當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對(duì)鐵鎳、A3 鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。： 系統(tǒng)主電路圖 傳感器設(shè)計(jì)本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)。FU1至FU4四個(gè)熔斷器起過流保護(hù)作用，防止各回路發(fā)生短路現(xiàn)象；FRFRFR3三個(gè)熱繼電器對(duì)負(fù)載電機(jī)MMM3起過載保護(hù)作用，消除了主要的安全隱患。 交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。交流接觸器利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來導(dǎo)通控制回路。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一。在電工學(xué)上，因?yàn)榭煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制(某些型別可達(dá)800安培)電路的裝置，所以經(jīng)常運(yùn)用于電動(dòng)機(jī)做為控制對(duì)象﹐也可用作控制工廠設(shè)備﹑電熱器﹑工作母機(jī)和各樣電力機(jī)組等電力負(fù)載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。 接觸器的選擇接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此，熱繼電器不能用作短路保護(hù)，而只能作過載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中采用的熔斷器的型號(hào)為HRW710，額定電壓為220V。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會(huì)熔斷，可以繼續(xù)使用。以金屬導(dǎo)體作為熔體而分?jǐn)嚯娐返碾娖鳎?lián)于電路中，當(dāng)過載或短路電流通過熔體時(shí)，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對(duì)電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備以及家用電器都起到了一定的保護(hù)作用。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。本系統(tǒng)中硬件電路主要分為三大板塊：主電路、傳感器、PLC控制電路等，以下是各板塊的具體設(shè)計(jì)。綜上所述，本控制系統(tǒng)采用PLC控制方式。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(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。PLC自問世以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在美國(guó)、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前，PLC在國(guó)際市場(chǎng)上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品[8]，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(duì)完善的，也沒有哪種產(chǎn)品絕對(duì)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)過幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。相同點(diǎn)在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(TDCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和I/O模件組成。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。方案三：PLC控制系統(tǒng)具有體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修容易。方案二：用工業(yè)PC機(jī)控制車庫(kù)電機(jī)是早期用得比較多的一種控制方式，它可以充分利用一般計(jì)算機(jī)提供的各種軟件和硬件資源，利用WINDOWS或其它操作系統(tǒng)，方便地對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)行控制。優(yōu)缺點(diǎn)方案一：TDCS系統(tǒng)是一個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大；它屬于封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容；該系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)行程的，必須有D/A和A/D轉(zhuǎn)換；它可以控制和監(jiān)測(cè)工藝全過程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。近年來隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。（3）PLC控制系統(tǒng)原理框圖： PLC控制系統(tǒng)原理框圖 方案論證各自技術(shù)發(fā)展的起源計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。（3）工控機(jī)的硬件組成機(jī)構(gòu)：人機(jī)一接口系統(tǒng)支持硬盤系統(tǒng)通信接口數(shù)字量輸入通道（DI）模擬量輸出通道（AO）數(shù)字量輸出通道（DO）圖 工控機(jī)的硬件組成結(jié)構(gòu)：PLC控制系統(tǒng) （1）硬件組成：PLC、外部開關(guān)設(shè)備、電源、顯示燈、繼電器、電機(jī)（2）工作原理：外部開關(guān)設(shè)備將機(jī)械手的位置信號(hào)反饋給PLC主機(jī)，PLC主機(jī)通過控制各個(gè)電機(jī)的繼電器線圈的通斷，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，使機(jī)械手能夠在橫軸與豎軸運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)情況由顯示燈進(jìn)行指示。 方案設(shè)計(jì)：集散控制系統(tǒng)（TDCS）（1）硬件組成：TDCS、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、繼電器、電機(jī)、顯示燈（2）工作原理：D/A轉(zhuǎn)換器將外部開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后傳給集散控制系統(tǒng)。第2章 方案設(shè)計(jì)與論證正如“建筑要穩(wěn)固，地基要打好”，一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能否成功，主要取決于它的方案是否合理，也就是說方案的選擇是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心部分。硬件部分包括主電路圖的設(shè)計(jì)、傳感器的設(shè)計(jì)以及PLC控制電路設(shè)計(jì)。 課題研究的內(nèi)容本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接