2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  課 程 設(shè) 計(論文)</p><p>  課程名稱 基于PLC的機械手設(shè)計畢業(yè)論文</p><p>  題目名稱 機械手設(shè)計 </p><p>  學(xué)生學(xué)部 機電與信息工程學(xué)部 </p><p>  2015 年 1 月 10 日</p><p><b>

2、;  目錄</b></p><p><b>  摘要1</b></p><p>  第一章可編程控制PLC3</p><p>  1.1 PLC簡介3</p><p>  1.2 PLC內(nèi)部原理4</p><p>  A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū)6</p><p

3、>  B. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)6</p><p>  C.用戶程序存儲區(qū)6</p><p>  1.3 PLC的工作原理7</p><p>  1.4 PLC機型的選擇方法10</p><p>  3.1 設(shè)計內(nèi)容16</p><p><b>  致謝23</b></p

4、><p><b>  參考文獻24</b></p><p><b>  摘要</b></p><p>  在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進一步發(fā)展,自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等,已經(jīng)隨處可見。同時,現(xiàn)代生產(chǎn)中,存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境,如高溫、放射

5、性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等,這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。</p><p>  工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù),是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物,并以成為現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合,應(yīng)用得更為廣泛。在我國,近

6、幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的效果,受到機械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。</p><p>  本題采用日本三菱公司的FX2N系列PLC,對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等;電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術(shù),結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置,控制機械手完成各種動作。</p><p>  關(guān)鍵詞:PLC;控制;機械手;<

7、;/p><p>  第一章 可編程控制PLC</p><p><b>  1.1 PLC簡介</b></p><p>  自二十世紀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。同時,PLC的功能也不斷完善。隨著計算機

8、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動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制,在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>  作為離散控的制的首選產(chǎn)品,PLC在二十世紀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%。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,

9、近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是,在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料,2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右,在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 </p><p>  PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的,二十世紀七十年代的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)。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

10、各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求,并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。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的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器,在程序運行過程中,每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加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)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC,循環(huán)掃描周期在1微秒到幾

11、十微秒之間。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。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)為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。</p><p>  相同I/O點數(shù)的系統(tǒng),用PLC比用DCS,其成本要低一些(大約能省40%左右)。PLC沒有專用操作站,它用的軟件和硬件都是通用的,所以維護成

12、本比DCS要低很多。一個PLC的控制器,可以接收幾千個I/O點(最多可達8000多個I/O)。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。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件,在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面,要容易一些。 近10年來,隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大,越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進行控制,PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高,今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保

13、持高速增長勢頭。 </p><p>  通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認為它就是一個嵌入式控制器,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。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器,現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器</p><p>  1.2 PLC內(nèi)部原理</p><p>  PLC實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機

14、,其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一</p><p><b>  的。</b></p><p>  圖 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p> ?。?)中央處理單元(CPU)</p><p>  中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能,接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),檢查電源、存儲器、

15、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),并能檢查用戶程序的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時,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)運算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。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)運行,直到停止運行為止。<

16、;/p><p><b> ?。?)存儲器</b></p><p>  與微型計算機一樣,除了硬件以外,還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。</p><p>  PLC存儲空間的分配:雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同,但是根據(jù)PLC的

17、工作原理, 其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域:系統(tǒng)程序存儲區(qū),系統(tǒng)RAM存儲區(qū)(包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)和用戶程序存儲區(qū)。</p><p>  A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū)</p><p>  在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中,用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P

18、LC的各項功能。</p><p>  B. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)</p><p>  系統(tǒng)RAM存儲區(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、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等)存儲區(qū)。</p><p><b> ?。ˋ)I/O映象區(qū)</b></p><p>  由于PLC投入運行后,只是在輸入采樣階段

19、才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此,它需要有一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中的一個位(bit), 一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字(16個bit)。因此,整個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。</p><p> ?。˙)系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)&

20、lt;/p><p>  除了I/O映象區(qū)以外,系統(tǒng) RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等)的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域,前者在PLC斷電時,由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留;后者當(dāng)PLC停止運行時,將這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。</p><p>  C.用戶程序存儲

21、區(qū) </p><p>  用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲容量各不相同,一般來說,隨著PLC機型增大其存儲容量也相應(yīng)增大。不過對于新型的PLC,其存儲容量可根據(jù)用戶的需要而改變。</p><p>  D.常用的I/O分類</p><p>  常用的I/O分類如下:</p><p>  開關(guān)量:按電壓水平分,有220

22、VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>  模擬量:按信號類型分,有電流型(4-20mA,0-20mA)、電壓型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。</p><p>  除了上述通用I/O外,還有特殊I/O模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>

23、;  按I/O點數(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架槽數(shù)限制。</p><p><b> ?。?)PLC電源</b></p><p>  PLC電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。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穩(wěn)定可靠的直流電源。

24、一般交流電壓波動在正負10%(15%)之間,因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。</p><p>  可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。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。驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的電源一般由用戶提供。</p><p>  可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)

25、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。這種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”,與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。</p><p>  1.3 PLC的工作原理</p><p>  可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài),即運行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。在運行狀態(tài),可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的

26、用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時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 或切換到STOP工作狀態(tài)。</p><p>  除了執(zhí)行用戶程序之外,在每次循環(huán)過程中,可如上圖編程序控制器還要完成,內(nèi)部處理、通信處理等工作,一次循環(huán)可分為5個階段??删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高,

27、從外部輸入-輸出關(guān)系來看,處理過程似乎是同時完成的。</p><p>  在內(nèi)部處理聯(lián)合階段??删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常,將監(jiān)控定時器復(fù)位,以及完成一些別的內(nèi)部工作。</p><p>  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。當(dāng)可編程序控制器處于停止(STOP)狀態(tài)時,只執(zhí)行以上的操作??删幊绦蚩刂破鹛?/p>

28、于(RUN)狀態(tài)時,還要完成另外3個階段的操作。</p><p>  在可編程序控制器的存儲器中,設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài),它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器??删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū),它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段,可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(ON/OFF)狀態(tài)讀入輸入寄存器。</p><p>  外

29、接的輸入觸點電路接通時,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接通,常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開,對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài),梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點斷開,常閉觸點接通。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) 也不會隨之而變,輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。</p><p>  可編程序控制器的用戶

30、程序由若干條指令組成,指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時,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。在執(zhí)行指令時,從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來,并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算,運算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中,因此,各編程元件的映像寄存器(輸入映像寄存器除外)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。</p><p>  在輸出處理階段

31、,CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時,對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。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,其常開觸點閉合,使外部負載通電工作。</p><p>  若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài),在輸出處理階段后,繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電,其常開觸點斷開,外部負載

32、斷電,停止工作。某一編程元件對應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時,稱該編程元件為ON,映像寄存器為“0”狀態(tài)時,稱該編程元件為OFF。</p><p>  掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時,執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期,其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時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。當(dāng)用戶程序較長時,指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴格地來說掃描

33、周期還包括自診斷、通信等。如圖所示。</p><p>  圖 PLC的掃描運行方式</p><p><b> ?。?)輸入采樣階段</b></p><p>  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</p><p>  們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。

34、在這兩個階段中,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)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號,它的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。</p><p> ?。?)用戶程序執(zhí)行階段</p><p>  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。并對控制線路進行邏輯運算,并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)R

35、AM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)?;蛘叽_定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如:算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。</p><p><b> ?。?)輸出刷新階段</b></p><p>  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)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC真正的輸出。</p><p>  

36、(4)輸入/輸出滯后時間</p><p>  輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間,是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔,它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。</p><p>  輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲,消除因外接輸入觸點動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響

37、,濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短,其典型值為10ms左右。</p><p>  輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān),繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右;雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms,負載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為10ms;晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。可編程序控制器總的響應(yīng)延遲時間一般只有幾十ms,對于

38、一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng),可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。</p><p>  1.4 PLC機型的選擇方法</p><p>  1.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、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā),通??砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c

39、數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定,因此用戶選擇的余地較小,用于小型控制系統(tǒng);模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù),功能擴展方便靈活,一般用于大中型控制系統(tǒng)。</p><p>  2.輸入輸出模塊的選擇</p><p>  輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊,應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用

40、要求。對輸出模塊,應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型,通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點;可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁,電感性低功率因數(shù)負荷場合,但價格較貴,過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等,與應(yīng)用要求應(yīng)一致??筛鶕?jù)應(yīng)用要求,合理選用智能型輸入輸出模塊,以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本??紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。</p><p><b>

41、  3.電源的選擇</b></p><p>  PLC的供電電源,除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外,一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源,與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合,應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時,應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求,否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC,對輸入和輸出信號的隔離是必要的

42、,有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。</p><p><b>  4.存儲器的選擇</b></p><p>  由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展,存儲器的價格已下降,因此,為保證應(yīng)用項目的正常投運,一般要求PLC的存儲器容量,按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時,應(yīng)選擇容量更大,檔次更高的存儲器。5.冗余功能的選擇</p><

43、;p><b>  a.控制單元的冗余</b></p><p>  (1)重要的過程單元:CPU(包括存儲器)及電源均應(yīng)1B1冗余。</p><p> ?。?)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。</p><p>  b. I/O接口單元的冗余</p><p> ?。?/p>

44、1)控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。</p><p>  (2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3)根據(jù)需要對重要的I/O信號,可選用2重化或3重化的I/O接口單元。</p><p><b>  第二章 機械手概況</b></p><p>  2.1搬運機械手的應(yīng)用簡況</p><p>  在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過程的

45、機械化、自動化已成為突出的主題。在機械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法,程控機床、數(shù)控機床、加工中心等自動化機械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。</p><p>  但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運、裝配等作業(yè),有待于進一步實現(xiàn)機械化。據(jù)資料介紹,美國生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下,零件真正在機床上加

46、工的時間僅占零件生產(chǎn)時間的5%。從這里可看出,裝卸、搬運等工序機械化的迫切性,工業(yè)機械手就是為實現(xiàn)這些工序的自動化而產(chǎn)生的。機械手可在空間抓放物體,動作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動線。</p><p>  國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應(yīng)用于以下幾方面:</p><p>  1.熱加工方面的應(yīng)用</p><p>

47、  熱加工是高溫、危險的笨重體力勞動,很久以來就要求實現(xiàn)自動化。為了提高工作效率,和確保工人的人身安全,尤其對于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機械手操作。</p><p>  2.冷加工方面的應(yīng)用</p><p>  冷加工方面機械手主要用于柴油機配件以及軸類、盤類和箱體類等零件單機加工時的上下料和刀具安裝等。進而在程序控制、數(shù)字控制等機床上應(yīng)用,成為設(shè)備的一個組成部分

48、。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應(yīng)用,成為機床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。</p><p><b>  3.拆修裝方面</b></p><p>  拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動較多的部門之一,促進了機械手的發(fā)展。目前國內(nèi)鐵路工廠、機務(wù)段等部門,已采用機械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動缸、裝卸軸箱、組裝輪對、清除石棉等,減輕了勞動強度,提高了拆修裝的效率。近年還研制了

49、一種客車車內(nèi)噴漆通用機械手,可用以對客車內(nèi)部進行連續(xù)噴漆,以改善勞動條件,提高噴漆的質(zhì)量和效率。</p><p>  近些年,隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機械手中越來越多的應(yīng)用,工業(yè)機械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動生產(chǎn)率的重要因素。</p><p>  2.2機械手的應(yīng)用意義</p><p>  在機械工業(yè)中,機械手的應(yīng)用意義可以概括如下:</p&

50、gt;<p>  1.可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度</p><p>  應(yīng)用機械手,有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度,從而可以提高勞動生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。</p><p>  2.可以改善勞動條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等

51、場合中,用人手直接操作是有危險或根本不可能的。而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè),大大地改善了工人的勞動條件。在一些動作簡單但又重復(fù)作業(yè)的操作中,以機械手代替人手進行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>  3.可以減少人力,便于有節(jié)奏地生產(chǎn)</p><p>  應(yīng)用機械手代替人手進行工作,這是直接減少人力的一個側(cè)面,同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)地工

52、作,這是減少人力的另一個側(cè)面。因此,在自動化機床和綜合加工自動生產(chǎn)線上,目前幾乎都設(shè)有機械手,以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏地進行生產(chǎn)。</p><p>  綜上所述,有效地應(yīng)用機械手是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。1.3.3機械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢</p><p>  2.3機械手的發(fā)展概況</p><p>  專用機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)展,如今已進入以

53、通用機械手為標(biāo)志的時代。由于通用機械手的應(yīng)用和發(fā)展,進而促進了智能機器人的研制。智能機器人涉及的知識內(nèi)容,不僅包括一般的機械、液壓、氣動等基礎(chǔ)知識,而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計算技術(shù)、無線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等,因此它是一項綜合性較強的新技術(shù)。目前國內(nèi)外對發(fā)展這一新技術(shù)都很重視,幾十年來,這項技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍,設(shè)計在不斷地修改,品種在不斷地增加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地擴大。</p><p

54、>  早在40年代,隨著原子能工業(yè)的發(fā)展,已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機械手。</p><p>  50~60年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機械手。這種機械手也稱第二代機械手。如尤尼曼特(Unimate)機械手即屬于這種類型。</p><p>  60~70年代,又相繼把通用機械手用于汽車車身的點焊和沖壓生產(chǎn)自動線上,亦即是第二代機械手這一新技術(shù)進入了應(yīng)用階段。

55、</p><p>  80-90年代,裝配機械手處于鼎盛時期,尤其是日本。</p><p>  90年代機械手在特殊用途上有較大的發(fā)展,除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外,農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng)用。</p><p>  90年代以后,隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,機械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。</p

56、><p>  總之,目前機械手的主要經(jīng)歷分為三代:</p><p>  第一代機械手主要是靠人工進行控制,控制方式為開環(huán)式,沒有識別能力;改進的方向主要是將低成本和提高精度;第二代機械手設(shè)有電子計算機控制系統(tǒng),具有視覺、觸覺能力,甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器,把接收到的信息反饋,使機械手具有感覺機能;第三代機械手能獨立完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計算機和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成

57、為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重要一環(huán)。</p><p>  2.4機械手的發(fā)展趨勢</p><p>  目前國內(nèi)工業(yè)機械于主要用于機床加工、鑄鍛、熱處理等方面,數(shù)量、品種、</p><p>  性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。<

58、;/p><p>  因此,國內(nèi)主要是逐步擴大機械手應(yīng)用范圍,重點發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機械手,以減輕勞動強度,改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機械手的同時,相應(yīng)地發(fā)展通用機械手,有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合式機械手等。</p><p>  將機械手各運動構(gòu)件,如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構(gòu),以及適于不同類型的夾緊機構(gòu),設(shè)計成典型的通用機構(gòu),以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不用

59、的典型部件,即可組成各種不同用途的機械手。既便于設(shè)計制造,又便于改換工作,擴大了應(yīng)用的范圍。同時要提高精度,減少沖擊,定位精確,以更好地發(fā)揮機械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺、視覺等性能地機械手,并考慮于計算機聯(lián)用,逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。</p><p>  在國外機械制造業(yè)中,工業(yè)機械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要用于機床、模鍛壓力機的上下料,以及點焊、噴漆等作業(yè)

60、中,它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作,但是還不具備任何傳感反饋能力,不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時,就將引起零部件甚至機械手本身的損壞。為此,國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某些智能的機械手,使其擁有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時,即能更正,并自行檢測,重點是研究視覺功能和觸覺功能。</p><p>  視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學(xué)測距儀(

61、即距離傳感器)以及衛(wèi)星計算機。工作時,電視照相機將物體形象變成視頻信號,然后傳送給計算機,以便分析物體的種類、大小、顏色和方位,并發(fā)出指令控制機械手進行工作。</p><p>  觸覺功能即在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手先伸出手指尋找工件,通過裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用,然后伸向前方,抓住工件。</p><p>  手的抓力大小可通過裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來控

62、制,達到自動調(diào)整握力的大小??傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展,機械手的裝配作業(yè)的能力將進一步提高。到1995年,全世界約有50%的汽車由機械手裝配。</p><p>  現(xiàn)今機械手的發(fā)展更主要的是將機械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合,從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。</p><p>  第三章 機械手控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>  

63、3.1 設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>  1.控制要求</b></p><p>  按下啟動,A連續(xù)運行,機械手上升——到位撞到H1,停止上升——左旋到位撞H2,停止左旋——下降,到位撞H3,停止下降——接通B,移動零件——零件通過檢測器H0,輸送帶B停止——機械手抓零件,抓緊撞H4——上升,到位撞H1,停止上升——右旋,到位撞H5停止右旋—

64、—下降,到位撞H3,停止下降——將放在輸送帶A上延時五秒——上升。再循環(huán)。</p><p><b>  2.輸入,輸出分配</b></p><p><b>  3.梯形圖</b></p><p><b>  4.示意圖</b></p><p><b>  5.指令表&

65、lt;/b></p><p>  6.輸入/輸出分配接線圖</p><p><b>  致謝</b></p><p>  本論文是在肖金老師悉心指導(dǎo)下完成的。肖金嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,精益求精的工作作風(fēng),誨人不倦的高尚師德,嚴以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范,樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的目標(biāo)、掌握了基本的研究方法,還

66、使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成,每一步都是在李劍老師的指導(dǎo)下完成的,傾注了肖老師大量的心血。在此,謹向肖金表示崇高的敬意和衷心的感謝!</p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 王炳實. 機床電氣控制.第三版. 北京:機械工業(yè)出版社,2004年: </p><p>  [2] 王本軼.

67、 機床設(shè)備控制基礎(chǔ). 北京:機械工業(yè)出版社,2005年:</p><p>  [3] 丁樹模. 液壓傳動. 北京:機械工業(yè)出版社,2007年</p><p>  [4] 林平勇. 高崇. 電工電子技術(shù).第二版:北京:高等教育出版社,2004年</p><p>  [5] 熊幸明. 曹才開. 一種工業(yè)機械手的PLC控制.微計算機信息,2006年,</p>

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