【正文】 ） 中型 PLC I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn) — 512 點(diǎn)之間。 I/O 點(diǎn)數(shù)和功能分類 I/O 的點(diǎn)數(shù)是衡量 PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè) PLC 模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同 的功能。適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。 （ 1） 整體式 PLC 整體式 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 安裝在同一機(jī)體內(nèi)（如三菱的 FX系列）。因此， PLC 的分類并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實(shí)現(xiàn)的功能大致地分類。 （ 10）故障診斷功能 PLC 可對(duì)系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行 。利用編程器可以調(diào)整定時(shí) 器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變 PLC 內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。 （ 8）監(jiān)控功能 PLC 設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。 （ 6）過(guò)程控制功能 有些 PLC 具有 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換功能方便地對(duì)模擬量的控制調(diào)節(jié)。 （ 4）步進(jìn)控制功能 PLC 為用戶提供了若干個(gè)狀態(tài)器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、技術(shù)和其他指定 邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。計(jì)數(shù)器到某一定值時(shí)（設(shè)定值），產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的記數(shù)控制。 （ 2）定時(shí)控制功能 PLC 中用戶提供使用的定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。 PLC 設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開(kāi)關(guān)、按扭或其他傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換和處理。 （ 4）加強(qiáng) PLC 的聯(lián)網(wǎng)功能。更強(qiáng)大是指存儲(chǔ)容量更大， I/O點(diǎn)數(shù)更多，執(zhí)行速度更高，智能化程度更強(qiáng)，數(shù)據(jù)更安全；更小巧是指體積更小，價(jià)格更底，但性能更強(qiáng)的微型化 PLC。因此梯形圖程序簡(jiǎn)單易學(xué)，易修改，深受電器工作人員的歡迎。 （ 1）提供更方便靈活的編程方法， PLC 的使用更加的方便。在 PLC線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號(hào)；還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來(lái)，從而起到自動(dòng)恢復(fù)作用。 （ 4）進(jìn)一步提高可靠性。 （ 3）發(fā)展自能化模塊。 （ 2）變革操作控制方式。 （ 1）進(jìn)一步加快 CPU 的處理速度。可以預(yù)見(jiàn) PLC 將會(huì)是電氣控制裝置的主要控制元件。 目前，世界上約有 200 家 PLC 生產(chǎn)廠家。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠商先后開(kāi)采用微處理器作為 PLC 的 CPU，這樣使 PLC 的功能大大的增強(qiáng)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（ Programmable Logy Controller） .這時(shí)的 PLC 基本上是（硬）繼電 器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。 SIMATIC S7200 系 列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格比的小型可編程控制器，由于它具有控制能力強(qiáng)、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。 (七 ) 通信和聯(lián)網(wǎng) (八 ) 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。用 PLC 完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。 PLC 的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。 王波：機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 35 頁(yè) (四 ) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) 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(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (三 ) 采 用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 (二 )豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如： ? 交流或直流； ? 開(kāi)關(guān)量或模擬量； ? 電壓或電流； ? 脈沖或電位； ? 強(qiáng)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(kuò)大。 4. 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。 2. 各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。它以微處理器為核心，有 機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。價(jià)格相對(duì)便宜，但是性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制功能。 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè) 繼電器控制裝置是采用硬邏輯的方式，一個(gè)繼電器線圈的通斷將會(huì)同時(shí)影響該繼電器的所有常開(kāi)常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，同觸點(diǎn)在控制線路的位置無(wú)關(guān)。 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)機(jī)械手分揀系統(tǒng)有較強(qiáng)的軟、硬件支持。 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔 8 位、 16 位單片機(jī)的普及，單片機(jī)軋管系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)。 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、 分揀流程越來(lái)越節(jié)約勞動(dòng)力 ,可見(jiàn) 機(jī)械手的大力開(kāi)展有著很重要的意義。 那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多 個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜 , 需較多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動(dòng)干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問(wèn)題。但數(shù)控加工中常見(jiàn)的上下料工序 , 通常仍 采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 由于設(shè)計(jì)者得知識(shí)范圍及經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中必有紕漏，給予批評(píng)改正。該系統(tǒng)充分利用了學(xué)習(xí)中講述的可編程控制器（ PLC）的多方面的設(shè)計(jì)知識(shí)和方法，再加上步進(jìn)電機(jī)兩者巧妙的配合精確的實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手從圓點(diǎn)的上升、伸臂、判斷、下降、抓取、擺動(dòng)、下降、釋放還原等一系列的動(dòng)作完成這一工序。第一章 概述 ....................................................... 1 選題背景 .................................................... 1 控制系統(tǒng)的選擇 .............................................. 1 可編程控制器（ PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì) ......................... 3 可編程控制器 (PLC)的歷史 ............................... 3 可編程控制器的發(fā)展 與趨勢(shì) ............................. 4 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn) ................................ 4 PLC 的基本功能 ......................................... 5 PLC 的特點(diǎn) ............................................. 5 PLC 的分類 ............................................. 6 可編程控制器的組成和工作原理 ................................ 6 可編程控制器的硬件組成 ................................ 6 可編程控制的軟件系統(tǒng)和程序 ............................ 8 可編程控制器的工作原理 ................................ 8 第二章 機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................... 9 系統(tǒng)描述 .................................................... 9 機(jī)械手分選裝置及工作方式 ................................... 12 大小球分選系統(tǒng)示意圖及操作面板 ............................. 13 機(jī)械手大小球分選設(shè)備的控制要求 ........................ 14 PLC 的外部接線圖 ...................................... 15 PLC 的工序圖、梯形圖、指令表 ............................... 16 IST 指令與程序的組成 .................................. 16 （ SFC）圖 .................................... 16 機(jī)械手“梯形圖”程序 —— 匯總 .......................... 18 指令運(yùn)用與說(shuō)明 ........................................ 24 PLC 編程元件明細(xì)表 .....................................27 操作原理簡(jiǎn)要說(shuō)明 ........................................... 28 第三章 調(diào) 試 ................................................... 30 上機(jī)調(diào)試 ................................................... 30 軟件與硬件的調(diào)試 ........................................... 31 軟件的調(diào)試 ........................................... 31 硬件的調(diào)試 .............................................31 結(jié) 束 語(yǔ) .......................................................... 32 致謝 ...............................................................33 參考文獻(xiàn) ....................................................................34 Abstract .......................................................... 35 機(jī)械手模型的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)是研制自動(dòng)化程度高、工作可靠、穩(wěn)定的機(jī)械手控制系統(tǒng)，使其完成分揀大小球的全自動(dòng)的機(jī)械設(shè)計(jì)。 本文闡述了應(yīng)用三菱公司的 具有高性能價(jià)格比的微型可編程控制器 FX系列 PLC的自動(dòng)分揀大小球控制系統(tǒng)。這一控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，充分體現(xiàn)了 PLC系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用，以及根據(jù)設(shè)計(jì)和不同的需求改變數(shù)據(jù)和狀況，還可以使其應(yīng)用的范圍更加廣泛。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器（ PLC） 機(jī)械手 分揀大小球自動(dòng)控制統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 2022 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 0 頁(yè) 共 35 頁(yè) 第一章 概述 選題背景 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 , 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心 ,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí) , 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低 。可編程序控制器 PLC 控制的上下料機(jī)械手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力 , 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 ,降低了維修率 , 提高了工作效率 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科