【正文】 三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 圖 31 封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1— 軸承； 2— 前端蓋； 3— 轉(zhuǎn)軸； 4— 接線盒； 5— 吊環(huán)； 6— 定子鐵心； 7— 轉(zhuǎn)子； 8— 定子繞組； 9— 機(jī)座； 10— 后端蓋； 11— 風(fēng)罩； 12— 風(fēng)扇 1．定子部分 定子是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。另外 PLC的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用 機(jī)械手的 PLC 控制 19 第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 3． 1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，但各類(lèi)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。 電源單元 PLC 主機(jī)左邊有外接 220V/AV 的電源插座，作為 PLC 的工作電源。 24 個(gè)輸出接插件可外接其它需要控制的設(shè)備。 輸出單元 輸出單元由 24 個(gè)二極管和 24 個(gè)接插件組成，它們分別與 PLC 的 24 個(gè)輸出點(diǎn)相連。改變這些開(kāi)關(guān)或按扭的通斷狀態(tài)，即可對(duì)主機(jī)輸入所需要的開(kāi)關(guān)量。 2． 6 機(jī)械手 PLC 選擇及參數(shù) 綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng) 主機(jī)為 三 菱的 FX2N48MR。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 3）根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào)，可選用 2重化或 3重化的 I/O 接口 單元。 b． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點(diǎn) I/O卡應(yīng)冗余配置。 a．控制單元的冗余 （ 1）重要的過(guò)程單元： CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 1B1 冗余。 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。如果 PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。 PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。 2． 輸入輸出模塊的選擇 機(jī)械手的 PLC 控制 16 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。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(lái)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。如圖 所示。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖 所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的 執(zhí)行而變化。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開(kāi)（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域 用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。當(dāng)可編程序控制器處于停止（ STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5個(gè)階段。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在 功能上某些相似之處。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。一般交流電壓波動(dòng)在 正負(fù) 10%（ 15%）之間，因此可以直接將 PLC 接入到交流電網(wǎng)上去。 （ 3） PLC 電源 PLC 電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 D． 常用的 I/O 分類(lèi) 常用的 I/O 分類(lèi)如下： 開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。不同類(lèi)型的 PLC 其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著 PLC 機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。使 這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng) PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 （ B） 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類(lèi)軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（ bit） , 一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（ 16 個(gè) bit)。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。它和硬件一起決定了該 PLC的各項(xiàng)功能。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。 PLC 存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的 CPU 的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。 PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 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(chǔ) 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 區(qū) 電源 機(jī)械手的 PLC 控制 11 （ 2）存儲(chǔ)器 與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)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 機(jī)械手的 PLC 控制 10 2． 2 PLC 內(nèi)部原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種被專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一 的。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi) PLC 在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。一個(gè) PLC 的控制器，可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O）。 相同 I/O 點(diǎn)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(gè) CPU 來(lái)完成模擬量的運(yùn)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(diǎn)，在微秒量級(jí)，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(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)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(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。綜合相關(guān)資料， 2020年全球 PLC的銷(xiāo)售收入為 100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占 據(jù)著十分重要的位置。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和 PLC 市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái) PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。今天的 PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。同時(shí)， PLC的功能也不斷完善。整個(gè)機(jī)座安裝在基座 8 上。這種結(jié)構(gòu)有制造簡(jiǎn)單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時(shí)的穩(wěn)定行。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動(dòng)接觸，摩擦力小，活動(dòng)靈活，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)連桿前進(jìn)時(shí)，通過(guò)楔塊 4 的斜面和杠桿 1，使兩個(gè)手抓產(chǎn)生加緊動(dòng)作和加緊力。 本文設(shè)計(jì) 的機(jī)械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。 回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動(dòng)時(shí)，將引起工件軸心的偏移?；剞D(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。用調(diào)整的方法可消除間 隙，傳動(dòng)精度高。 機(jī)械手的橫向運(yùn)動(dòng)采用的便是滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 12 所示）。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式。 機(jī)械手的 PLC 控制 6 （ a）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng) (b) 螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 圖 11 3．滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滾動(dòng)摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。 本文所介紹的機(jī)械手的豎軸就是用的傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時(shí)間短，速度較低的場(chǎng)合。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)方式，滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種?；瑒?dòng)螺旋機(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動(dòng)性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。 螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)。 機(jī)械手的 PLC 控制 5 第一章 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu) 1． 1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1．螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)兩種類(lèi)型。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。 本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的 FX2N 系列 PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。尤其在高溫、高 壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱 ,無(wú)人車(chē)間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。 Electric have AC motor, inverter, sensor, and other electronic device ponents. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mech