【正文】 行完后再用輸出過(guò)程映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 用戶(hù)程序讀寫(xiě) I/O 映像寄存器比讀寫(xiě) I/O 點(diǎn)得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。 3）通信處理 在處理通信請(qǐng)求階段， CPU 處理從通 信接口和智能模塊接收到的信息，例如讀取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)中，咋適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方。 4） CPU 自診斷測(cè)試 自診斷測(cè)試包括定期檢查 CPU 模塊的操作和拓展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 5）改寫(xiě)輸出 CPU 執(zhí)行完用戶(hù)程序后，將輸出過(guò)程映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來(lái)。梯形圖中某一位的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器為 1 狀態(tài)，信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工 作。若梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。當(dāng) CPU 的操作模式從 RUN 變?yōu)?STOP 時(shí)，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)，默認(rèn)的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清零。 6）中斷程序的處理 如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)， cpu 停止正常的掃描工作方式，立即執(zhí)行中斷程序，中斷功能可以提高 PLC 對(duì)某些事件的響應(yīng)速度。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 7）立即 I/O 處理 在程序執(zhí)行過(guò)程在使用立即 I/O 指令可以直接存取 I/O 點(diǎn)。用立即 I/O 指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入 過(guò)程映像寄存器的值未被更新。用立即 I/O 指令來(lái)改寫(xiě)輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出過(guò)程映像寄存器的值被更新 圖 22 PLC 典型的掃描方式 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。 （ 1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用 領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等 （ 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)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。 PLC 廠家都生產(chǎn)配套的A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （ 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLCRUN Stop 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（ 4）過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(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。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多 小型 PLC 也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的 PID 子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （ 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)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)。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 第 3 章 機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 本課題機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾、傳送帶等機(jī)械部件組成；電氣方面有 PLC、傳感器、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥、光電開(kāi)關(guān)等電子器件組成，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手完成物料的移動(dòng)等?？删幊炭刂破鞑捎檬堑奈鏖T(mén)子 S7200。 該裝置從結(jié)構(gòu)上分為機(jī)械手本體單位、 PLC 控制單元、接口單元、電源單元等。 1）機(jī)械手本 體單元。機(jī)械手本體單元按功能可分為二軸平衡機(jī)構(gòu)、底盤(pán)、旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、夾手、限位開(kāi)關(guān)等部件。 2） PLC 控制單元。本裝置需要 18 個(gè)輸入點(diǎn)與 8 個(gè)輸出點(diǎn)，采用 西門(mén)子 CPU226CN AC/DC 繼電器型 PLC ， 帶多種電源和控制電壓內(nèi)置數(shù)字量輸入 /輸出： 24 個(gè)輸入和 16 個(gè)輸出。 3）電源單元。電源單元是用于提供 AC 220V 電源 4）限位開(kāi)關(guān)。在此系統(tǒng)中，共用了 4 個(gè)限位開(kāi)關(guān)：上升限位開(kāi)關(guān)、下降限位開(kāi)關(guān)、左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)和右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)。限位開(kāi)關(guān)主要是來(lái)控制機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的停止時(shí)刻和位置。 5）光電開(kāi)關(guān)。 光 電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通 電路 ，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防系統(tǒng)中常見(jiàn)的光電開(kāi)關(guān)煙霧報(bào)警器，工業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。 6）電磁閥。此系統(tǒng)中機(jī)械手手臂的上 升 /下降、左轉(zhuǎn) /右轉(zhuǎn)與夾手的松緊都是用氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用一個(gè)氣缸、一個(gè)電磁閥就能實(shí)現(xiàn)手臂的上升和下降，相對(duì)于利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)升降，氣缸控制簡(jiǎn)單方便。 氣動(dòng)電磁閥是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；氣動(dòng)電磁閥并不限于液壓，氣動(dòng)；氣動(dòng)電磁閥用于控制液壓流動(dòng)方向，工廠的機(jī)械裝置一般都由液壓鋼或電磁閥來(lái)控制。 在氣路 (或液路 )上來(lái)說(shuō)，兩位三通電磁閥 (見(jiàn)圖 31)具有 1 個(gè)進(jìn)氣孔 (接進(jìn)氣氣源 )、 1個(gè)出氣孔 (提供給目標(biāo)設(shè)備氣源 )、 1 個(gè)排氣孔 (一般安裝一個(gè)消聲器，如果不怕噪音的話也可以不裝 )。 兩位五通電磁閥 (見(jiàn)圖 32)具有 1 個(gè)進(jìn)氣孔 (接進(jìn)氣氣源 )、 1 個(gè)正動(dòng)作出氣孔和 1 個(gè)反動(dòng)作出氣孔 (分別提供給目標(biāo)設(shè)備的一正一反動(dòng)作的氣源 )、 1 個(gè)正動(dòng)作排氣孔和 1 個(gè)反動(dòng)作排氣孔 (安裝消聲器 )。 對(duì)于小型自動(dòng)控制設(shè)備，氣管一般選用 8~12mm的工業(yè)膠氣管。在電氣上來(lái)說(shuō)，兩位三通電磁閥一般為單電控 (即單線圈 )，兩位五通電九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 磁閥一般為雙電控 (即雙線圈 )。線圈電壓等級(jí)一般采用 DC24V、 AC220V 等。 兩位三通電磁閥分為常閉型和常開(kāi)型兩種，常閉型指線圈沒(méi)通電時(shí)氣路是斷的，常開(kāi)型指線圈沒(méi)通電時(shí)氣路是通的。 常閉型兩位三通電磁閥動(dòng)作原理： 給線圈通電，氣路接通，線圈一旦斷電，氣路就會(huì)斷開(kāi)，這相當(dāng)于 “點(diǎn)動(dòng) ”。 常開(kāi)型兩位三通單電控電磁閥動(dòng)作原理：給線圈通電，氣路斷開(kāi)，線圈一旦斷電，氣路就會(huì)接通，這也是 “點(diǎn)動(dòng) ”。 兩位五通雙電控電磁閥動(dòng)作原理：給正動(dòng)作線圈通電，則正動(dòng)作氣路接通 (正動(dòng)作出氣孔有氣 )，即使給正動(dòng)作線圈斷電后正動(dòng)作氣路仍然是接通的，將會(huì)一直維持到給反動(dòng)作線圈通電為止。 給反動(dòng)作線圈通電，則反動(dòng)作氣路接通 (反動(dòng)作出氣孔有氣 )，即使給反動(dòng)作線圈斷電后反動(dòng)作氣路仍然是接通的，將會(huì)一直維持到給正動(dòng)作線圈通電為止 。 圖 31 二位三通電磁閥 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 圖 32 二位五通電磁閥 7）各種按鈕。急停按鈕采用帶鎖的，常閉觸點(diǎn)，按下后旋轉(zhuǎn)復(fù)位；檔位具均使用旋鈕控制，打到該處即將該工作方式接通；其余按鈕均采用觸點(diǎn)觸發(fā)方式，按下即接通，松開(kāi)即復(fù)位。 由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務(wù)，為了使設(shè)備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟(jì)角度考慮，設(shè)計(jì)出圖 33 所示的機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖。 圖 33 機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能框圖 系統(tǒng)控制對(duì)象及工藝過(guò)程 如圖 34 是通過(guò)傳送帶傳送工件的機(jī)械手工作示意圖。利用機(jī) 械手在裝配線上，通過(guò) PLC 控制機(jī)械手的動(dòng)作，完成取工件及轉(zhuǎn)移工件等工序。 電氣控制柜 工業(yè)機(jī)械手 九江學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 34 機(jī)械手控制示意圖 機(jī)械手用來(lái)完成右邊傳送帶 A 上工件向左邊傳送帶 B 的轉(zhuǎn)移。按啟動(dòng)按鈕后，傳送帶 A 運(yùn)行直到光電開(kāi)關(guān) PS 檢測(cè)到物體，才停止，同時(shí)機(jī)械手下降，下降到位后機(jī)械手夾緊物件， 2S 后開(kāi)始上升，而機(jī)械手保持夾緊。上升到位左轉(zhuǎn)（此處以機(jī)械手為主體，定左右）左轉(zhuǎn)到位下降，下降到位機(jī)械手松開(kāi)， 2S 后機(jī)械手上升。上升到位后，傳送帶 B 開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)機(jī)械手右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位后，傳送帶 B 停止，此時(shí)傳送帶 A 運(yùn)行直到關(guān)電開(kāi)關(guān) PS 再次檢測(cè)到物 體，才停止 …… ,如此循環(huán)。 機(jī)械手的上升、下降和左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的執(zhí)行，分別由雙線圈二位電磁閥控制氣缸的運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，若下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，保持現(xiàn)有的動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升。同時(shí)左轉(zhuǎn) /右轉(zhuǎn)也是由對(duì)應(yīng)電磁閥控制。夾緊 /放松則是由單線圈的兩位電磁閥控制氣缸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，線圈通電時(shí)執(zhí)行夾緊動(dòng)作，斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。并且要求只有機(jī)械手處于上限時(shí)才能進(jìn)行左 /右移動(dòng)，因此在左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)用上限條件聯(lián)鎖保護(hù)。由于上下運(yùn)動(dòng)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)采用雙線圈兩位電磁閥控制，兩線圈不能同時(shí)通電 ，因此在上 /下、左 /右運(yùn)動(dòng)的電路中需要設(shè)置互鎖環(huán)節(jié)。 工業(yè)機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 為了保證機(jī)械手動(dòng)作準(zhǔn)確，機(jī)械手安裝了限位開(kāi)關(guān) SQ SQ SQ SQ4，分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行下降、上升、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作的限位，并給出動(dòng)作到位的信號(hào)。光電開(kāi)關(guān) PS 負(fù)責(zé)檢測(cè)傳送帶 A 上的工件是否到位，到位后機(jī)械手開(kāi)始動(dòng)作。 控制要求 A 的工件順利搬運(yùn)到傳送帶 B。 ，設(shè)手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式，手動(dòng)時(shí)可完成手臂上升和下降、左移和右移、手爪的抓緊和放松等功能。 4. 為了保障手爪 的抓持及放松可靠，防止手爪抓力過(guò)大或過(guò)小引起軸承的損壞或抓力不足，需要對(duì)抓持力進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。 方案選擇及系統(tǒng)配置 根據(jù)以上控制要求，制定以下控制方案。 本系統(tǒng)的輸入開(kāi)關(guān)量為數(shù)字信號(hào)，直接連接 PLC， PLC 通過(guò)中間繼電器對(duì)電磁閥加以控制。系統(tǒng)框圖如圖 35 所示 圖 35 系統(tǒng)框圖 右轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān) 停止按鈕 啟動(dòng)按鈕 物品檢測(cè)開(kāi)關(guān) 下降限位開(kāi)關(guān) 夾放檢測(cè)開(kāi)關(guān) 上升限位開(kāi)關(guān) 左轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān) P L C 上升電磁閥 夾放電磁閥 右轉(zhuǎn)電磁閥 左轉(zhuǎn)電磁閥 檔位選擇按鈕 下降電磁閥 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器 繼電器