【正文】 構(gòu)。這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動(dòng)效率高，精度高。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在螺桿和螺母之間設(shè)有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛球沿螺旋滾道滾動(dòng)并帶動(dòng)螺母作直線運(yùn)動(dòng)。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)螺母只需設(shè)置一個(gè)反向器，當(dāng)滾珠進(jìn)入反向器時(shí)，就被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個(gè)循環(huán)回路。滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動(dòng)作靈敏度高，傳動(dòng)效 率高，可達(dá) 90%以上。 圖 22 2． 2 機(jī) 械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu) ．機(jī)械手夾持器 機(jī)械手的機(jī)械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。按驅(qū)動(dòng)方式可以電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種。對平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。所以當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時(shí)候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡單回轉(zhuǎn)型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子 3和楔塊之間為滾動(dòng)接觸。當(dāng)楔塊后移時(shí)，靠彈簧的拉力使手指松開。 ．機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的支撐部件，機(jī)座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。 基于 PLC 的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng) 8 如圖 23 所示，機(jī)械手采用普通軸承作為支撐元件的機(jī)座支撐結(jié)構(gòu)。圖中電動(dòng)機(jī) 3 經(jīng)減速器 主動(dòng)小齒輪 中間齒輪 大齒輪 7 驅(qū)動(dòng)絲桿 2 旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。 3 可編程控制 PLC 3． 1 PLC 簡介 自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， PLC 得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高， PLC 在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品， PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長率保持為 20%～ 30%。但是，在中國等發(fā)展中國家 PLC 的增長十分迅速。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用戶程序存儲(chǔ)器中。 PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行 過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。不同型號的 PLC，循環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個(gè)模擬量。把計(jì)算結(jié)果送給 PLC 的控制器。 PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS 要低很多。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。 近 10 年來，隨著 PLC 價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用 PLC 進(jìn)行控制， PLC 在我國的應(yīng)用增長十分迅速。 通用 PLC 應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但 PLC 相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。如圖 31 所示， PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示： 基于 PLC 的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng) 10 圖 31 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 （ 1）中央處理單元（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能夠直接存取。 B. 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：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）存儲(chǔ)區(qū)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（ RAM）以供存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作 I/O 映象區(qū)。因此，整個(gè) I/O 映象區(qū)可看作由開關(guān)量的 I/O映象區(qū)和模擬量的 I/O 映象區(qū)兩部分組成。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在 PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。 C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不過對于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。 模 擬 量 ： 按 信 號 類 型 分 ， 有 電 流 型 （ 420mA,020mA ）、 電 壓 型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 按 I/O 點(diǎn)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(jī)架槽數(shù)限制。無論是小型的 PLC，還是中 、大型的 PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對 PLC 內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關(guān)）提供 24V 直流電源。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編 程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。 3． 3 PLC的工作原理 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)與停止（ STOP）狀態(tài)。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， CPU 從第一 條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。 在輸出處理階段， CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。信號經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線 圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。某一編程元件對應(yīng)的映像寄存器為“ 1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“ 0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行 指令的速度有很大的關(guān)系。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。 圖 32 PLC 的掃描運(yùn)行方式 （ 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它 們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單 元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。 （ 2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖?；蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 （ 3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出 電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。 第 (N1)個(gè)掃描周期 輸出刷新 第 (N+1)個(gè)掃描周期 輸入采樣 第 N 個(gè)掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 基于 PLC 的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng) 15 (4)輸入 /輸出滯后時(shí)間 輸入 /輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電 器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為 1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十 ms，對于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。 3． 4 PLC機(jī)型的選擇方法 ． PLC的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分 為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、 4 位、 8 位、