【正文】 移動到機床卡爪處將工件夾緊； 待機床卡爪將工件松開后，機器人將工件夾到指定地點放置； 機器人回到指定位置等待下一次加工開始。其中，要尋找機床控制尾座伸縮和控制液壓卡盤緊松的信號端子，同時，尋找機床空余的外輸出控制信號 來控制機床安全門的自動開閉。 在本次自動化設計的生產(chǎn)過程中，需要使用到檢測元器件的情況如下： （ 1）在毛坯準備區(qū)域需放置檢測元器件，從而確定是否存在待加工毛坯，進而才能開始下一步機械手動作。 （ 2）在自 動門的打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)需安裝兩個極限位檢測開關(guān)，確保每一步生產(chǎn)都能在門完全打開或完全關(guān)閉的情況下作業(yè)，避免與安全門發(fā)生碰撞，引起生產(chǎn)事故。 檢測元器件的選型 接近開關(guān)又稱無觸點 行程開關(guān) ，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻 計數(shù)器 、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。 圖 23 接近開關(guān)原理圖 性能特點 在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件 —— 位移傳感器。 當有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。不同的接近開關(guān)，對檢測 對象的響應能力是不同的。 種類 因為位移傳感器可以根據(jù)不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種： （ 1） 無源接近開關(guān) 這種開關(guān)不需要電源，通過磁力感應控制開關(guān)的閉合狀態(tài)。特點：不需要電源，非接觸式，免維護，環(huán)保。它是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導電體。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或 粉狀物等。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。 （ 6） 熱釋電式接近開關(guān) 用能感知 溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。 （ 7） 其它型式的接近開關(guān) 當觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時，接近到的波的頻率會發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應。利用多普勒效應可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。 接近開關(guān)的選型 對于不同的材質(zhì)的檢測體和 不同的檢測距離，應選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應遵循以下原則： （ 1） 當檢測體為金屬材料時，應選用高頻振蕩型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對鐵鎳、 A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。 （ 2） 當檢測體為非金屬材料時，如 。 （ 3） 金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近開關(guān)或超聲波型接近開關(guān)。 本次設計選用滬江 LJ12A34Z/BX 接近開關(guān)，下表為 LJ12A34Z/BX 接近開關(guān)參數(shù)： 繼電器的使用與選型 由于 PLC 輸入與輸出是直流 24V 回路，而機床與機器人的信號傳遞 為 5V 信號，因此不能直接對接到 PLC 上進行信號的傳遞，需要接入繼電器進行轉(zhuǎn)換。 可選用 Omkqn 牌的 HH53P 中間繼電器通用 DC24V。在 1987 年國際電工委員會 （ International Electrical Committee） 頒布的 PLC標準草案中 對 PLC 下定義： “ PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 PLC 及其有關(guān)的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。同時， PLC 的功能也不斷完善。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。它以存儲執(zhí)行 邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。大型 PLC 使用另外一個 CPU來完成模擬量的運算。隨著工廠自動化程度的不斷提高和 PLC 市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來 PLC 在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。綜合相關(guān)資料，2020 年全球 PLC 的銷售收入為 100 億美元左右，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造 ,內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。 （ 2） 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。 （ 3） 易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。 （ 4） 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短 ,同時維護也變得容易起來。這很適合多品種 ,小批量的生產(chǎn)場合。由于體積小很機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映 象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。 同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有 第 16 頁 共 25 頁 什么區(qū)別了。 PLC 的應用領域 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。為了控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。 （ 3） 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控 世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合 . （ 4） 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。 第 17 頁 共 25 頁 （ 5） 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系 統(tǒng)。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。 PLC 的選型 通過對該自動化生產(chǎn)流程的分析，確定各個動作需要 PLC 控制來協(xié)調(diào)生產(chǎn)，最終確定 I/O 分配表如下所示。三菱 FX2N系列可編程控制器是小型化 、 高速度 、 高性能的產(chǎn)品，是 FX 系列中最高檔次的超小型程序裝置。本設計采用FX2N32MR 16/16 型 PLC，樣圖見圖 24 所示： 圖 24 三菱 Fx2N32MR PLC 的編程 確定好 PLC 型號后，開始根據(jù)生產(chǎn)的工作流程，匯編 PLC 程序，協(xié)調(diào)各個動作，完成生產(chǎn)需求。 機械手采用可編程序控制器控制 ,可以實行手動調(diào)整、手動及自動控制。 PLC 有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對 I/O 點的接線稍作修改，或?qū)?I/O 重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。 綜上，經(jīng)過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到 分析 計算 ，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設計 論文 的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學四本科階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。 第 20 頁 共 25 頁 致謝 在校期間，我認真地學習了所開設的專業(yè)課程，通過幾年的累積，學到了一定的理論知識，具備了一定的設計能力。同時讓我提高了解決問題的能力。 大學生活即將結(jié)束，經(jīng)過不斷的學習和積累，樹立了正確的思想，讓我能以樂觀、積極地心態(tài)去面對自己的未來。 通過本次畢業(yè)設計，讓我更加深刻地體會到了理論與實際相結(jié)合的重要性和必要性，并讓我們提高了具體項目、課題和開發(fā)、設計產(chǎn)品與理論知識相結(jié) 合的能力。 在完成論文的過程中，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的工作精神深深地感動了我，給了我深刻的啟發(fā)。同時，還要感謝系里其他老師給我的指導