【正文】 儲器選擇。如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。 電源的選擇 PLC 的供電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源 ，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致?？筛鶕?jù)應用要求，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用成本。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 16 因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。 ． 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。要求輸入 — 輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(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間最長可達到兩個多掃描周期。 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動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10ms 左右。這時才是 PLC 真正的輸出。例如：算術運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，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 32 所示。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖 所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，在輸基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 14 出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算結(jié)果寫入到對應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，指令在存儲器中按步序號順序排列。外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。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（ ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。當可編程序控制器處于停止（ STOP）狀態(tài)時，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)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入 輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中 ，可如上圖編程序控制器還要完基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 13 成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個階段。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。這種計算機程序?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)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(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。一般交流電壓波動在正負 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 常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 12 電器隔離和晶體管隔離。不同類型的 PLC 其存儲容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機型增大其存儲容量也相應增大。使這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當 PLC停止運行時，將這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 （ B） 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等） 的存儲區(qū)。一個開關量 I/O 占用存儲單元中的一個位（ bit） , 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（ 16 個 bit)。 （ A） I/O 映象區(qū) 由于 PLC 投入運行后，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)送至相應的外設。它和硬件一起決定了該 PLC 的各項功能。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 存儲空間的分配：雖然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理， 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（ 包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）和用戶程序編 程器 中 央 處 理 單 元 （ CPU） 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲 區(qū) 電源 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 11 存儲區(qū)。 PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應用軟件。 （ 2）存儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。并將邏輯或算術運算等結(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，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器 3． 2 PLC內(nèi)部原理 PLC 實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一 的。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷 提高，今后一段時期內(nèi) PLC 在我國仍將保持高速增長勢頭。 PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O 點（最多可達 8000 多個 I/O）。 相同 I/O 點數(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 CPU 來完成模擬量的運算。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。綜合相關資料， 2021圖 23 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 9 年全球 PLC的銷售收入為 100億美元左右，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。隨著工廠自動化程度的不斷提高和 PLC 市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來 PLC 在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。同時， PLC 的功能也不斷完善。整個機座安裝在基座 8 上。這種結(jié)構(gòu)有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作時的 穩(wěn)定行。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且機構(gòu)簡單。當電機帶動連桿前進時，通過楔塊 4 的斜面和杠桿 1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。 本文設計的機械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。但其機械機構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 7 回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移?；剞D(zhuǎn)型手抓有可分為單支點和雙支點回轉(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，傳動精度高。 機械手的橫向運動采用的便是滾動螺旋傳動。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖 22 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。 （ a）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動 (b) 螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動 基于 PLC 的工業(yè)機械手臂控制系統(tǒng) 6 圖 21 ．滾動螺旋機構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滾動摩擦的螺旋機構(gòu)，稱為滾動螺旋機構(gòu)或滾珠絲杠。 本文所介紹的機械手的豎軸就是用的傳導螺旋機構(gòu)。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。根據(jù)機構(gòu)的組成及運動方式，滑動螺旋機構(gòu)又分為以下兩種。滑動螺旋機構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。螺旋機構(gòu)具有