【正文】 1個手動送數開關，6個限位開關，8個手動輸入信號，共計18個數字量輸入信號；輸出信號有機械手上升/下降驅動信號﹑左旋/右旋驅動信號、機械手伸出/縮回驅動信號、機械手夾緊/放松信號和七段LED顯示器信號共有15個數字量輸出信號。所以選用PLC實現對機械手的控制為最佳方案，本次設計就選用此方案進行設計。工作內容：（1）闡述機械手在工業(yè)應用中的作用和意義。（3）機械手的硬件設計,包括PLC型號的選定，PLC的電氣連線圖,I/O分配表等。（5）最后是系統(tǒng)調試和參考文獻的列舉。本次課題的目的就是根據工藝流程來硬件設計和軟件編程，以滿足搬運生產的需要，對搬運機械手尤為重要。本課題中的搬運機械手控制系統(tǒng)應具有如下功能：控制系統(tǒng)能夠根據PLC輸入的指令，準確靈活的控制搬運機械手，完成搬運任務；控制系統(tǒng)具有狀態(tài)顯示功能，當設備運行時，各部件的運行狀態(tài)用綠色指示燈表示；當設備完成指定動作處于停止狀態(tài)時，各部件的運行狀態(tài)用紅色指示燈表示，按下停止按鈕和啟動按鈕后完成指示燈狀態(tài)進行切換；控制系統(tǒng)能夠保證搬運機械手針對不同生產任務的要求，能夠準確完成貨物的搬運，保證快速性和準確性兼顧；按下急停按鈕，能夠立即停止工作，保證了生產的安全性。 機械手的工藝過程機械手的工藝過程機械手的結構和各部分動作示意圖。分析工藝過程機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，機械手將下降—伸出—加緊工件—上升—右旋—再下降—放松工件—縮回—放松—左旋十個動作，完成一個工作周期。圖21機械手的結構和各部分動作示意圖圖22機械手簡單工作過程示意圖 機械手總體控制方案的設計思路本設計主要是在現有硬件設備條件下，通過軟件編程，對于機械手進行有序的控制，提高搬運工作的準確性、安全性。由于PLC的抗干擾能力強，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務，為了使設備便于安裝、調試，以及從經濟角度考慮。電機的運行和電磁鐵的通斷，電動機的轉動來驅動機械手臂的順時針旋轉和逆時針旋轉，電機控制機械手的上升、下降、伸出和縮回，電磁鐵驅機械手爪的夾緊和放松。最后在S7200PLC編程專用軟件編程軟件上進行輸入編程，調試。根據需要實現的功能以及整個系統(tǒng)的性價比對PLC和電氣元器件進行介紹以及選型。 機械手電源電路設計主要是通過交流220V接開關電源變成直流24V，當低壓斷路器QR1閉合，電氣控制系統(tǒng)得電，熔斷器的作用起電路保護作用，防止過大電流沖擊?！?”即繼電器KM1得電時直流減速電動機正轉。所有電動機的電路均如圖所示不再一一列舉。GL代表綠燈RL代表紅燈。所有指示燈電路均如此，故圖中不再一一列舉。 圖34 LED段碼指示電路圖 PLC的選型及參數PLC是一種以微處理器為核心的新型工業(yè)自動控制系統(tǒng)?？刂七^程通過以梯形圖的方式編程，隨時可依生產工藝的不同要求而隨機修改，還具有可擴展性強等特點。下載了程序之后，S7200將保留所需的邏輯，用于監(jiān)控應用程序中的輸入輸出設備[6]。西門子S7200PLC中又有CPU22CPU22CPU22CPU22CPU224XP等。該PLC具有24個數字量輸入點，16個數字量輸出點，擴展模塊數量可達7個。 表31 PLCCPU22X技術參數特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 224XPalCPU 226外形尺寸90*80*6290*80*62*80*62140*80*62190*80*62程序存儲器：運行模式下編輯非運行模式編輯4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)12288字節(jié)12288字節(jié)16384字節(jié)16384字節(jié)24576字節(jié)數據存儲器2048字節(jié)2048字節(jié)8192字節(jié)10240字節(jié)10240字節(jié)掉電保護時間50小時50小時100小時100小時100小時本機I/O數字量、模擬量6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出14輸入/10輸出2輸入/1輸出24輸入/16輸出擴展模塊數量0個模塊2個模塊17個模塊17個模塊17個模塊1高速計數器單相兩相4路30KHz2路20KHz4路30KHz2路20KHz6路30KHz4路20KHz4路30KHz2路200KHz3路20KHz1路100KHz6路30KHz4路20KHz脈沖輸出(DC)2路20KHz2路20KHz2路20KHz2路100KHz2路20KHz模擬電位器11222實時時鐘卡卡內置內置內置通訊口1 S4851 S4851 S4852 RS4852 RS485浮點數運算是I/O映像大小256（128輸入/128輸出）布爾型執(zhí)行速度根據本系統(tǒng)的I/O分配以及脈沖數出頻率決定選用CPU 226 的S7200PLC。 接觸器接觸器是一種電控制元件，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。本課題選用JZ11型接觸器。本設計選用KW7型行程開關。熔斷器其實就是一種短路保護器，廣泛用于配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要進行短路保護或嚴重過載保護。 低壓斷路器低壓斷路器又稱自動開關。本設計選用DZ1540/1型低壓斷路器。主要用于操縱接觸器，繼電器或電氣連鎖電路，以實現對各種運動的控制。為了便于區(qū)分各按鈕不同的控制作用，通常將按鈕做成不同顏色以示區(qū)別，以避免誤操作[8]。 直流減速電機直流減速電機，即齒輪減速電機，是在普通直流電機的基礎上，加上配套齒輪減速箱。同時，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉速和力矩。本設計選用M28831型直流減速電機。對設計任務要求、I/O分配、系統(tǒng)工作流程及編程設計思路進行逐一地介紹。機械手搬運的物料的重量為：200g——2000g。整個控制系統(tǒng)能自動循環(huán)工作，也可手工調整。自動運行調試：進入自動運行方式，依次實現下降－伸出－夾緊－上升－右旋－下降－放松－縮回－上升－左旋動作。在此次程序設計中，用到了定時器指令、順控繼電器(SCR)指令、邏輯操作指令、傳送指令、計數器指令、比較指令、轉換指令，本節(jié)將對這些高級指令進行介紹。以下是不同類型定時器的介紹。定時器號(Txx)決定了定時器的分辨率，并且分辨率現在已經在指令盒上標出了。定時器號(Txx)決定了定時器的分辨率，并且分辨率現在已經在指令盒上標出了。對于大于1 ms的程序掃描周期，定時器位和當前值在一次掃描內刷新多次。定時器位和當前值在整個掃描周期過程中為常數。對于分辨率為100 ms的定時器，在執(zhí)行指令時對定時器位和當前值進行更新；因此，確保在每個掃描周期內，程序僅為100毫秒的定時器執(zhí)行一次指令，以便使定時器保持正確計時[10]。定時器有兩個變量：_ 當前值：該16位有符號整數可存儲由定時器計數的時間量。預設值是定時器指令的一部分。是否訪問定時器位或當前值取決于所使用的指令：帶位操作數的指令可訪問定時器位，而帶字操作數的指令則訪問當前值。 圖41 訪問定時器或者定時器的當前值 順控繼電器(SCR)指令SCR指令能夠按照自然工藝段在LAD、FBD或STL中編制狀態(tài)控制程序。這樣可以使得編程和調試更加快速和簡單。SCR堆棧的結果值決定是否執(zhí)行SCR程序段。限定當使用SCR時，請注意下面的限定：不能把同一個S位用于不同程序中。無法跳轉入或跳轉出SCR段；然而，可以使用Jump和Label指令在SCR段附近跳轉，或在SCR段內跳轉。 傳送指令傳送指令是將常數或某存儲器中的數據傳送到另一存儲器中，它包括單一數據傳送和成塊數據傳送兩大類。(1)字節(jié)、字、雙字或者實數傳送字節(jié)傳送(MOVB)、字傳送(MOVW)、雙字傳送(MOVD)和實數傳送指令在不改變原值的情況下將IN中的值傳送到OUT。對于IEC傳送指令，輸入和輸出的數據類型可以不同，但數據長度必須相同。 計數器指令計數器是對外部輸入的脈沖計數，要求提前輸入他的設定值，當輸入觸發(fā)條件滿足時，計數器累計它的輸入端脈沖電位上升沿的次數，當計數器計數達到預定值時，計數器動作，發(fā)出中斷請求，以便PLC響應而做出相應動作[11]。(1)增/減計數器增/減計數指令(CTUD)，在每一個增計數輸入(CU)的低到高時增計數，在每一個減計數輸入(CD)的低到高時減計數。在每一次計數器執(zhí)行時，預設值PV與當前值作比較。當達到最小值(32768)時，在減計數輸入端的下一個上升沿導致當前計數值變?yōu)樽畲笾?32767)。否則，