【正文】 控制，勢必造成控制系統(tǒng)元件多，接線繁雜、穩(wěn)定性差、故障率高，給工業(yè)生產(chǎn)帶來很多不便。課題以四自由度機械手的控制為研究對象，采取PLC設(shè)計其控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機械手規(guī)定動作并實現(xiàn)回原點、手動方式和自動方式三種工作方式的選擇，并對系統(tǒng)進行運行效率分析 本課題設(shè)計的目的和意義機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一?，F(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機械化，自動化已成為突出的主題。單靠人力將這些不連續(xù)的生產(chǎn)工序銜接起來，不僅費時而且效率不高。顯然，這嚴重影響制約了整個生產(chǎn)過程的效率和自動化程度。 在機械工業(yè)中在機械工業(yè)中，機械手的應(yīng)用具有以下意義：、可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度 應(yīng)用機械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地 改善了工人的勞動條件。 第二章 PLC的概述一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖21：圖 21 PLC基本結(jié)構(gòu)圖 PLC介紹可編程控制器（Programmable Logic Controller)簡稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已成為當代工業(yè)自動化的主要控制設(shè)備之一，在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用，在其他領(lǐng)域（例如民用和家庭自動化）的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC的構(gòu)成 CPU模塊PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 I/O模塊PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 電源模塊有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220V或110V，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。 PLC 的外部設(shè)備外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類：1．編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。2．監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器，直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。圖22 PLC的掃描全過程1 、輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。2 、程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。顯然掃描周期的長短主要取決與程序的長短。由于每一個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，故使系統(tǒng)存在輸入、輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的I/O刷新期間輸出才會發(fā)生變化。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間里實際上是外設(shè)隔離的。但是對于控制時間要求較嚴格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心編制程序，必要時采用一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后等不良影響 PLC的優(yōu)點靈活性：不同類型的硬件設(shè)備采用相同的可編程序控制器，編寫不同應(yīng)用軟件就可以了，并且可以用一臺可編程控制器控制幾臺操作方式完全不同的設(shè)備。節(jié)點利用率高：在可編程序控制器中，一個輸入中的開關(guān)量或程序中的一個“線圈”可提供用戶所需用的連鎖節(jié)點，即節(jié)點在程序中可不受限制的使用。模擬調(diào)試：可編程序控制能對所空功能在實驗室內(nèi)進行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場的調(diào)試，而古典電器線路是無法在實驗室進行調(diào)試的，只能花費現(xiàn)場大量時間?？焖賱幼鳎簜鹘y(tǒng)繼電器節(jié)點的響應(yīng)時間一般要幾百毫秒，而可編程序控制器里的節(jié)點反應(yīng)很快，內(nèi)部是微秒級的。系統(tǒng)購置的簡單化：可編程序控制器是一個完整的系統(tǒng)，購置了一臺可編程序控制器，就相當于購買了系統(tǒng)所需要的所有繼電器、計數(shù)器、計時器等器件。1易于系統(tǒng)的變化：可編程序控制器可以重新編程序，所以可以滿足所控生產(chǎn)流程頻繁變化的要求?！睓C械手可分為專用機械手和通用機械手兩大類。如自動生產(chǎn)線上的上料機械手，自動換刀機械手，焊接機械手等裝置。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中小自動化生產(chǎn)。 采用PLC控制機械手的優(yōu)點：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難。：電器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制約。、維護看：電器控制觸電多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠，維護性能差；PLC無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。歸位后首先橫軸步進電動機工作，橫軸前伸；前伸到位后，手爪電動機得電帶動手爪旋轉(zhuǎn)；當傳感器檢測到限位磁頭時，電動機停止，PLC控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸步進電動機工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復位，手爪夾緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回、底盤電動機帶動底盤旋轉(zhuǎn)；當橫軸、豎軸、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動作，手爪張開；延時后豎軸上升復位，然后開始下一周期動作。(2)手臂左右直線運動。(4)手爪夾緊動作。手臂采用步進電機驅(qū)動，由PLC發(fā)出控制脈沖控制步進電動機運轉(zhuǎn),實現(xiàn)手臂的進給和定位，手爪采用氣壓驅(qū)動。例如輸入、輸出的最多點數(shù)，掃描速度，內(nèi)存容量，指令條數(shù)，功能模塊等。. 常用PLC介紹PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號的也很多，各個廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個重點發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計需要，考慮如何選擇。歐姆龍S7200系列PLC 突出的特點：可靠性高、操作簡便；豐富的內(nèi)置集成功能；強勁通訊能力；豐富的擴展模塊；簡單、易用的Micro/WIN編程軟件。SYSMAC CPM1A的大小僅相當于一個PC卡(對于10點的機型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時也進一步節(jié)省了控制柜的空間。編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機種相同。三菱FX系列可編程控制器是當今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進行中斷處理，擴大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。. 確定型號FX1N－60MR綜上，對于被控對象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價比，使用和維修方便；選用的PLC主機和配置、控制功能等必須能滿足被控對象的各種控制要求；選用的PLC主機及配置必須是功能較強的新一代PLC機型，一般最好不要選用舊機型（若采用三