【正文】 量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。綜上所述，機(jī)械手的控制方式選擇 PLC 控制。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 和一般的微型計算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。各部分通過總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成 [9]。系統(tǒng)程序是每一個 PLC 成品必須包括的部分，由 PLC 廠家提供，用于控制 PLC 本身的運(yùn)行，系統(tǒng)程序固化在 EPROM 中。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的 PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別 是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。如果因?yàn)楣に嚿系纳栽S變化，需要改變電器控制系統(tǒng)的話，那么原先的整個電器控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，浪費(fèi)了大量的人力、物力和時間。而且，同一臺可編程控制器還可以用于不同的控制對象，只要改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有很大的靈活性、通用性。 現(xiàn)代 PLC 采用了 8 集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其可靠性程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無法比擬的。 操作方便、維修容易 PLC 采用電氣操作人員熟悉的梯形圖和功能助記符編程，使用戶十分方便的讀懂程序和編寫、修改程序。工程師編好的程序十分清晰直觀，只要寫好操作說明書，操作人員經(jīng)短期的學(xué)習(xí)就可以使用。因此，它既可控制開關(guān)量，又可控制模擬量；既可控制一個機(jī)械手，又可控制一個機(jī)械手群；既可控制簡單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)程控制。因此具有體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)。 同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價比上要高于繼電器控制和單片機(jī)控制，其開發(fā)潛力要差于單片機(jī)，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。 PLC 系統(tǒng)主要有以下功能： 1) 多種控制功能； 2) 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能； 3) 通信聯(lián)網(wǎng)功能； 4) 輸入、輸出接口調(diào)理功能； 9 5) 人機(jī)界面功能； 6) 編程、調(diào)試功能。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進(jìn)一步降低。 PLC 的經(jīng)濟(jì)分析 綜上所述，在各種環(huán)境中，使用 PLC 控制機(jī)構(gòu)設(shè)備，生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動化控制將越來越廣泛。價格僅是選擇 PLC 品牌的一個因素，而可靠性是選擇 控制裝置時需要考慮的又一個重要因素。毫無疑問，生產(chǎn)、設(shè)計周期越短越好，甚至希望邊設(shè)計、邊安裝、邊調(diào)試和邊生產(chǎn)，特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及其外部接線，就能馬上組織生產(chǎn)，這不僅節(jié)約了勞動力，而且新產(chǎn)品能盡快投入市場。如果把這些要求得以實(shí)現(xiàn)，繼電器或半導(dǎo)體都不能滿足，而 PLC 則完全可以實(shí)現(xiàn)。也 就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。 據(jù)調(diào)查，目前我國 70%的機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備，都是采用繼電器進(jìn)行控制的，除了可靠性差外，程序設(shè)計也很繁雜。而采用 PLC 控制可以大大縮短設(shè)計周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并 把它存儲在EEPROM 模塊中去，需要加工哪種產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調(diào)用，這既 10 簡單、方便又保密。 大型網(wǎng)絡(luò)化 主要是朝 DCS 方向發(fā)展，使其具有 DCS 系統(tǒng)的一些功能。 多功能 隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使 PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機(jī)械部件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。 步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合 式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動作，相比直流電機(jī)有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運(yùn)動更加穩(wěn)定。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖 31 所示： 圖 31 步進(jìn)電機(jī)電氣接線圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接及工作原理，如圖 32 所示。驅(qū)動器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動器信號端采用 +24V 供電，需加 限流電阻（見圖 32 中 電阻）。 PLC 通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動器光耦的開合，當(dāng) PLC 輸出線圈得電 表 31 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低 電平時間 5 — 1 μs 表 32 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF 12 ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 33 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部確定 動態(tài)改細(xì)分 /禁止工作 OFF OFF OFF 表 34 接線信號描述 信 號 功 能 PUL 脈沖信號：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時電機(jī)走一步 DIR 方向信號：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向， TTL 平驅(qū)動 OPTO 光耦驅(qū)動電源 ENA 使能信號：禁止或允許驅(qū)動器工作，低電平禁止 GND 直流電源地 +V 直流電源正極，典型值 +24V A+ 電機(jī) A相 A 電機(jī) A相 B+ 電機(jī) B相 B 電機(jī) B相 時，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動器光耦導(dǎo)通，當(dāng) PLC 輸出線圈失電時， 晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動器光耦截止。 13 圖 32 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接及工作原理 傳感器 本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動范圍。與 PLC 之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動作時，輸出端對地接通。 行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時，常開點(diǎn) 閉合。本模型所用輸入、輸出均為低電平有效。 COM 端接 PLC的傳感器電源負(fù)端。 圖 34 電平轉(zhuǎn)換板原理圖 機(jī)械手的動作實(shí)現(xiàn)過程 機(jī)械手的全部動作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動需要驅(qū)動器，有脈沖輸入時步進(jìn)電機(jī)才會動作，且每當(dāng)脈沖由 低變高時步進(jìn)電機(jī)走一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時，需要加方向信號?；D(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)該線圈通電時，機(jī)械手放松；該線圈斷電時，機(jī)械手夾緊 [13]。機(jī)械手的動作示意圖如圖 36 所示機(jī)械手若不在原點(diǎn)則 PLC 向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械手夾緊。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。主機(jī)向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。放松后，主機(jī)向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。機(jī)械手后縮，當(dāng)后縮到底 時碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán) [14]。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。 故選用日本 三菱 公司生產(chǎn)的多功能小型 FX1N24MTD 主機(jī) ， 該機(jī)輸入點(diǎn)為 14 個 ，輸出點(diǎn)為 10 個 [15]。 表 35 PLC 的 I/O 分配表 如需要全文可聯(lián)系 Q Q 2537024709（定做各專業(yè)論文） 名稱 輸入 名稱 輸出 氣夾正轉(zhuǎn)限位 X0 驅(qū)動器一 PUL Y0