畢業(yè)設(shè)計(jì)--搬運(yùn)機(jī)械手遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　搬運(yùn)機(jī)械手遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手是能模仿人和臂的某些動(dòng)作功能，用以固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為工業(yè)機(jī)械手，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸

2、普及，主要在汽車(chē)，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線(xiàn)或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿(mǎn)足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。</p><p>　　本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)；利用PLC程序控制可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的控制要求,通過(guò)梯形圖程序使各動(dòng)作電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的夾緊與放松，配合各極限位置的限位開(kāi)關(guān)，準(zhǔn)確而又循環(huán)的連

3、續(xù)操作。系統(tǒng)以液壓傳動(dòng)為驅(qū)動(dòng)方式，避免使用三相異步電動(dòng)機(jī)，具有防過(guò)載的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手、PLC、液壓系統(tǒng)組成的整體具有高效、安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等特點(diǎn)。其動(dòng)作過(guò)程包括：上移、下移、左移、右移、夾緊、放松；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等，來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)中的各種操作要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：搬運(yùn)機(jī)械手；可編程控制器（PLC）；步進(jìn)電機(jī)；電磁閥</p><p>　　The Re

4、alization of the Handling Robot Remote Monitoring</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Manipulator is to imitate some movements and arm function, with automatic operating device is fixe

5、d procedures crawling, handling objects or operating tool. The manipulator used in the industrial production is called industrial manipulator, it can replace human labor in order to realize the mechanization and automati

6、on of production. With the development and popularization of industrial automation, control demand increased year by year, carrying manipulator application also gradually popular, ma</p><p>　　The mechanical

7、structure of the manipulator is mainly composed of two step motor to realize the rise of manipulator motion; use PLC program control can realize the control of the manipulator, the movement of each action solenoid valve

8、through the ladder diagram program, realize clamping manipulator and relax, limit switch with the limit position, continuous operation accurate and circulation. System with hydraulic drive mode, avoiding the use of three

9、-phase asynchronous motor, has the advantages</p><p>　　Key words: Carrying manipulator； Programmable controller (PLC)； Stepping motor；Solenoid valve</p><p><b>　　目　　錄</b></p>

10、<p>　　第一章 機(jī)械手概述1</p><p>　　1.1 工業(yè)機(jī)械手的組成1</p><p>　　1.2 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況2</p><p>　　1.3 機(jī)械手的應(yīng)用意義3</p><p>　　1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況3</p><p>　　1.5 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)4</p>

11、<p>　　1.6 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用5</p><p>　　第二章 搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案9</p><p>　　2.1 搬運(yùn)機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.3 機(jī)械手的控制過(guò)程的設(shè)計(jì)10</p><p>　

12、　2.4 機(jī)械手的控制要求的設(shè)計(jì)11</p><p>　　第三章 搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 電氣控制的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.2 電磁閥的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2 操作面板的設(shè)計(jì)13</p&g

13、t;<p>　　3.3 PLC部分15</p><p>　　第四章 搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 系統(tǒng)工作方式16</p><p>　　4.2 梯形圖的總體設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.3 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)17</p><p>　　第五章 組態(tài)系統(tǒng)調(diào)試與監(jiān)控

14、27</p><p>　　5.1 組態(tài)的概念27</p><p>　　5.2 組態(tài)及其特點(diǎn)27</p><p>　　5.3 組態(tài)軟件選擇28</p><p>　　5.4 監(jiān)控系統(tǒng)的編寫(xiě)29</p><p>　　5.4.1 工程的建立29</p><p>　　5.4.2 變量的定義3

15、1</p><p>　　5.4.3 腳本程序的編寫(xiě)32</p><p>　　5.4.4 動(dòng)畫(huà)連接與調(diào)試33</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　附錄A37<

16、;/b></p><p><b>　　附錄B37</b></p><p><b>　　附錄C39</b></p><p><b>　　致　　謝45</b></p><p><b>　　第一章　機(jī)械手概述</b></p><p

17、>　　1.1 工業(yè)機(jī)械手的組成</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡、和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具或進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)械手簡(jiǎn)稱(chēng)為“機(jī)械手”。 </p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成[1]，各部分之間的相互關(guān)系如圖1.1所示。</p><p>

18、　　圖 1.1 機(jī)構(gòu)相互關(guān)系圖</p><p>　　Fig. 1.1 Relationship between organization chart</p><p><b>　　1.執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。?).手部（或稱(chēng)

19、抓取機(jī)構(gòu)）是與物體接觸的部件，主要是抓取和放置物件的作用。</p><p>　?。?).手腕 是連接手部和手臂的部件，可以調(diào)整和改變工件方位。</p><p>　?。?).手臂 是支承手腕和手部的部件，用以改變工件的空間位置。</p><p>　?。?).立柱 是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分。手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降（或俯仰）運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。<

20、;/p><p>　?。?).機(jī)座 是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各個(gè)部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，起支承和連接的作用。</p><p>　　有時(shí)為了完成遠(yuǎn)距離的操作和擴(kuò)大使用范圍，可以增設(shè)滾輪行走機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置，常用的

21、有液壓、氣壓、電力和機(jī)械式驅(qū)動(dòng)四種形式。</p><p><b>　　3.控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)是機(jī)械手動(dòng)作的指揮系統(tǒng)，用來(lái)控制動(dòng)作的順序（程序）、位置和時(shí)間、速度和加速度等。</p><p><b>　　4.位置檢測(cè)裝置</b></p><p>　　位置檢測(cè)裝置控制執(zhí)行機(jī)

22、構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，可隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。</p><p>　　1.2 搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是

23、有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)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(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)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(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈

24、活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線(xiàn)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門(mén)中機(jī)搬運(yùn)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>　　熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng)，很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率，和確保工人的人身安全，尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更

25、需要采用機(jī)械手操作。</p><p>　　2.冷加工方面的應(yīng)用</p><p>　　冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)和箱體類(lèi)等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床上應(yīng)用，成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線(xiàn)、自動(dòng)線(xiàn)上應(yīng)用，成為機(jī)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&

26、lt;/b></p><p>　　拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門(mén)之一，促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門(mén)，已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車(chē)車(chē)內(nèi)噴漆通用機(jī)械手，可用以對(duì)客車(chē)內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆，以改善勞動(dòng)條件，提高噴漆的質(zhì)量和效率。</p><p>　　近些年，隨著

27、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。</p><p>　　1.3 機(jī)械手的應(yīng)用意義</p><p>　　在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：</p><p>　　1.可以提高生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度</p><p>　　應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝

28、卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　2.可以改善勞動(dòng)條件</p><p>　　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場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)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

29、人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)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(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更

30、準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.4 機(jī)械手的發(fā)展概況</p><p>　　專(zhuān)用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容，不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)

31、知識(shí)，而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等，因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視，幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)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?cái)U(kuò)大。</p><p>　　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(jī)械手。</p><p>　　50～60年代

32、即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱(chēng)第二代機(jī)械手。如尤尼曼特機(jī)械手即屬于這種類(lèi)型。</p><p>　　60～70年代，又相繼把通用機(jī)械手用于汽車(chē)車(chē)身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)上，亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。</p><p>　　80-90年代，裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期，尤其是日本。</p><p>　　90年代機(jī)械手在

33、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(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。</p><p>　　總之，目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代：</p><p>　　第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制，控制方式為

34、開(kāi)環(huán)式，沒(méi)有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度；第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力，甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器，把接收到的信息反饋，使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能；第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng)FMS(Flexible Manufacturing System)和柔性制造單元FMC(Flexible Manufacturing Cell)中重

35、要一環(huán)。</p><p>　　1.5 機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)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(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。</p><p>　　因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械

36、手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。</p><p>　　將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類(lèi)型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外

37、還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。</p><p>　　在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)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(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)

38、外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)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(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。</p><p>　　視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀（即距離傳感器）以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí)，電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào)，然后傳送給計(jì)算機(jī)，以便分析物體的種類(lèi)、大小、顏色和方位，并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。

39、</p><p>　　觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件，通過(guò)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(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小?？傊?，隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到1995年，全世界約有50%的汽車(chē)由機(jī)械手裝配。</p>

40、;<p>　　現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)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(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。</p><p>　　1.6 PLC概況及在機(jī)械手中的應(yīng)用[2]</p><p>　　1.可編程序控制器的應(yīng)用和發(fā)展概況</p><p>　　可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱(chēng)為P

41、LC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。</p><p>　　在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握

42、、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線(xiàn)構(gòu)成系統(tǒng)，接線(xiàn)繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線(xiàn)刻控制盤(pán)（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。</p><p>　　2.PLC的系統(tǒng)組成</p><p>　　PLC種類(lèi)繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用PLC實(shí)時(shí)控制，其實(shí)質(zhì)是按控制功能要求，通過(guò)程序按

43、一定算法進(jìn)行輸入/輸出變換，并將這個(gè)變換給以物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC專(zhuān)業(yè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源、通信接口、擴(kuò)展接口、編程設(shè)備等組成[3]。</p><p>　　圖 1.2 PLC結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　Fig. 1.2 The PLC structure diagram</p><p>

44、;　　3.PLC的應(yīng)用概況</p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來(lái)PLC的性?xún)r(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。</p><p>　　按PLC的控制類(lèi)型，其應(yīng)用大致可分為以下幾個(gè)方面[4]：</p><p>　?。?）.用于邏輯控制&l

45、t;/p><p>　　這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。</p><p>　　（2）.用于模擬量控制</p><p>　　PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。</p><p>　　（3）.用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制

46、</p><p>　　現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。</p><p>　?。?）.用于工業(yè)機(jī)器人控制</p><p>　?。?）.用于多層分布式控制系統(tǒng)</p><p>　　高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之

47、間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　4.PLC的特點(diǎn)[5]</p><p>　?。?).可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)h，這是一

48、般微機(jī)所不能比擬的。</p><p>　　（2).控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)</p><p>　　由于PLC是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。</p><p>　?。?).編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便</p><p>　?。?).組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)

49、用范圍廣</p><p>　　PLC既可用于開(kāi)關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。</p><p>　?。?).體積小、重量輕、功耗低</p><p>　　PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。</p>

50、<p>　　5.PLC電氣控制器件與指令簡(jiǎn)介[6]</p><p>　　PLC電氣控制系統(tǒng)常用器件的種類(lèi)有很多，例如：接觸器，繼電器，開(kāi)關(guān)電器，主令電器等等；PLC應(yīng)用中的指令也有很多，如：傳送指令，移位指令，運(yùn)算指令，字符串指令，高速脈沖輸出指令等等；在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)中主要用到的器件是行程開(kāi)關(guān)（限位開(kāi)關(guān)），用到最多的指令是傳送指令和高速脈沖輸出指令，下面對(duì)它們進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的說(shuō)明。</p

51、><p>　　行程開(kāi)關(guān)（又稱(chēng)限位開(kāi)關(guān)），是一種常用的小電流主令電氣。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類(lèi)開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。</p><p>　　在電氣控制系統(tǒng)中，位置開(kāi)關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測(cè)。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保

52、護(hù)。構(gòu)造：由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開(kāi)關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開(kāi)關(guān)時(shí)，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開(kāi)關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類(lèi)似。</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)廣泛用于各類(lèi)機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用

53、行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制開(kāi)關(guān)轎門(mén)的速度、自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。</p><p>　　行程開(kāi)關(guān)可以安裝在相對(duì)靜止的物體（如固定架、門(mén)框等，簡(jiǎn)稱(chēng)靜物）上或者運(yùn)動(dòng)的物體（如行車(chē)、門(mén)等，簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)物）上。當(dāng)動(dòng)物接近靜物時(shí)，開(kāi)關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_(kāi)的接點(diǎn)閉合。由開(kāi)關(guān)接點(diǎn)開(kāi)、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。</p><p>　　圖 1.3 行程開(kāi)關(guān)圖形</p&g

54、t;<p>　　Fig. 1.3 The travel switch graphics</p><p>　　傳送指令：該類(lèi)指令用來(lái)完成各存儲(chǔ)單元之間進(jìn)行一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)的傳送，可分為單一傳送指令和塊傳送指令。本次畢設(shè)中用到的都是單一傳送指令。</p><p>　　高速脈沖輸出指令：是指在可編程序控制器的某些輸出端產(chǎn)生高速脈沖，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)精確控制，這在運(yùn)動(dòng)控制中具有廣泛應(yīng)

55、用。使用高速脈沖輸出功能時(shí)，PLC主機(jī)應(yīng)選用晶體管輸出型，以滿(mǎn)足高速輸出的頻率要求。</p><p>　　圖 1.4 高速脈沖指令圖形</p><p>　　Fig. 1.4 High-speed pulse instruction pattern</p><p>　　高速脈沖輸出有高速脈沖串輸出PTO和寬度可調(diào)脈沖輸出PWM兩張方式。PTO可以輸出一串脈沖（占空比5

56、0％），用啟可以控制脈沖的周期和個(gè)數(shù)，如圖1.5（a）所示；PWM可以輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用啟可以控制脈沖的周期和脈寬，如圖1.5（b）所示。</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖 1.5 高速脈沖的輸出方式</p><p>　　Fig. 1.5 High speed pulse

57、 output mode</p><p>　　脈沖輸出指令 功能描述：檢測(cè)用程序設(shè)置的特殊存儲(chǔ)器位，激活有控制位定義的脈沖操作，從Q0.0或Q0.1輸出高速脈沖。高速脈沖串輸出PTO和寬度可調(diào)脈沖輸出PWM都由PLS指令激活。</p><p>　　圖 1.6 脈沖輸出指令圖形</p><p>　　Fig. 1.6 Pulse output command patt

58、ern</p><p>　　6.PLC在機(jī)械手中的應(yīng)用[7]</p><p>　　機(jī)械手通常應(yīng)用于動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合來(lái)代替人的反復(fù)的操作，從而節(jié)省人的勞動(dòng)，普通繼電器由于其體積和接口等各方面限制，經(jīng)常被應(yīng)用于動(dòng)作簡(jiǎn)單的電氣及流水線(xiàn)控制，而PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng);控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便;組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣；體積小、重量輕、功耗低等有點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于

59、類(lèi)似機(jī)械手的控制動(dòng)作復(fù)雜的場(chǎng)合，本設(shè)計(jì)正是以PLC控制為基礎(chǔ)從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的各種動(dòng)[7]。</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1 搬運(yùn)機(jī)械手總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.該機(jī)械手具有三個(gè)自由度，即手臂的伸長(zhǎng)縮短和機(jī)械手的夾緊與放松。</p><p>　　2.采用液壓驅(qū)動(dòng)，其具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊

60、、傳動(dòng)平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、安全、經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)且液壓元件能夠自行潤(rùn)滑等一系列優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.在控制方式選擇上，由于其功能只是在兩個(gè)工作臺(tái)之間搬移工件，運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，控制要求不高，因此，采用點(diǎn)位控制方式。</p><p>　　4.此搬運(yùn)機(jī)械手是在兩個(gè)工作臺(tái)之間搬運(yùn)工件，其動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，故選用限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行定位。</p><p>　　5.此機(jī)械手應(yīng)用于自動(dòng)

61、生產(chǎn)線(xiàn)上，因此，它應(yīng)該能夠按照控制程序自動(dòng)運(yùn)行,即具有自動(dòng)運(yùn)行模式。</p><p>　　6.該搬運(yùn)機(jī)械手也具有手動(dòng)運(yùn)行模式，通過(guò)手動(dòng)操作，可以按照要求更改各限位開(kāi)關(guān)的位置 ，從而改變搬運(yùn)工作的起始位置和終止位置，使其具有一定的靈活性。</p><p>　　2.2 搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作的設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示</p>&l

62、t;p>　　圖 2.1 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　Fig. 2.1 Schematic diagram of the structure of manipulator</p><p>　　如圖所示，機(jī)械手通過(guò)下降、夾緊、上移、右移、下降、放松，實(shí)現(xiàn)將工件從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，然后上升、左移，回到原點(diǎn)。</p><p>　　本機(jī)械手用于生產(chǎn)線(xiàn)上較大型工

63、件的自動(dòng)搬運(yùn)，根據(jù)對(duì)機(jī)械手的工藝過(guò)程及控制要求分析，機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如圖2.2所示</p><p>　　圖 2.2 機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程</p><p>　　Fig. 2.2 The action of manipulator</p><p>　　2.3 機(jī)械手的控制過(guò)程的設(shè)計(jì)</p><p>　　一般控制系統(tǒng)都是由若干個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)組成，每個(gè)工

64、作狀態(tài)是由于接受了某個(gè)切換主令信號(hào)而建立的。各個(gè)工作狀態(tài)用一個(gè)輔助繼電器進(jìn)行區(qū)分，輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號(hào)來(lái)控制，這些切換主令信號(hào)分別來(lái)自按鈕、限位開(kāi)關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。輔助繼電器同時(shí)又是執(zhí)行元件的輸入變量。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入主令信號(hào)和執(zhí)行元件確定以后，將主令信號(hào)與各自工作狀態(tài)的約束條件，分別代入相應(yīng)的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程，即可完成自動(dòng)工作循環(huán)的邏輯控制[8]。</p><p>　　機(jī)械手上

65、移、下移、左移、右移的動(dòng)作通過(guò)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)來(lái)完成，即橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的左右移動(dòng)和上下移動(dòng)；機(jī)械手的夾緊和放松由電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)；從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手將工件從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)。</p><p>　　2.4 機(jī)械手的控制要求的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了便于生產(chǎn)加工、維修、調(diào)整設(shè)置的工作方式選擇開(kāi)關(guān)分為手動(dòng)和自動(dòng)操作，其中自動(dòng)操作中包括了：?jiǎn)尾?、單周期、連續(xù)；手動(dòng)操作包括手動(dòng)和

66、回原位的操作。</p><p>　　手動(dòng)操作：供維修用，即用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)控制。例如，當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，按下上升/下降按鈕，機(jī)械手在滿(mǎn)足條件情況下即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，其它動(dòng)作以此類(lèi)推。</p><p>　　回原位：當(dāng)由于斷電或其它原因?qū)е聶C(jī)械手運(yùn)行中途停止時(shí)，再次通電將操作方式選擇置于回原位位置，按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手即可按最短路徑的原則返回到原點(diǎn)位置。</p>&

67、lt;p>　　單步運(yùn)行：供試用，即每按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手向前執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后停止。</p><p>　　單周期運(yùn)行：供首次檢驗(yàn)用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)周期后停止在原點(diǎn)位置</p><p>　　連續(xù)運(yùn)行：正常使用，當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)并按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，機(jī)械手周而復(fù)始的執(zhí)行各工步動(dòng)作。</p><p>　　該機(jī)械手在自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作

68、方式選擇開(kāi)關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對(duì)狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置自動(dòng)工作方式下。若自動(dòng)工作狀態(tài)解除，則硬件工作方式選擇開(kāi)關(guān)放置于“手從操作”位置。</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 電氣控制的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在數(shù)控系

69、統(tǒng)中要求點(diǎn)位準(zhǔn)確控制時(shí)，通常用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行需要驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的作用是把PLC控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，從而對(duì)機(jī)械手進(jìn)行預(yù)定的軌跡控制。此系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器電流為1.5A，細(xì)分設(shè)定為8細(xì)分，信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻，輸入端為低電平有效[9]。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流

70、，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。它的主要特性有以下四點(diǎn)：</p><p>　　1.步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有，脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。</p><p>　　2.三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5度，一圈360

71、度，需要48個(gè)脈沖完成。</p><p>　　3.步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。</p><p>　　4.改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種可以直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移的機(jī)電執(zhí)行元件，具有控制簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、工作可靠、無(wú)累積誤差等優(yōu)點(diǎn)。它能夠直接接受數(shù)字信號(hào)，無(wú)需中間轉(zhuǎn)換，直接輸出的位移量與輸入數(shù)字脈

72、沖量相對(duì)應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)直接的數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)以開(kāi)環(huán)方式工作，可省去伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中位置檢測(cè)與反饋部分以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，使控制成本大大降低。步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)和工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式以及混合式等幾種。由于其要求具有較高的控制性能，又具有定位轉(zhuǎn)矩，所以選擇混合型步進(jìn)電機(jī)。PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖如圖3.1所示[10]。</p><p>　　圖 3.1 PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖&l

73、t;/p><p>　　Fig. 3.1 PLC and stepper motor drive connection diagram</p><p>　　本設(shè)計(jì)主電路由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，即橫軸步進(jìn)電機(jī)和縱軸步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上下左右的移動(dòng)；機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開(kāi)，得電時(shí)松開(kāi)，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開(kāi)，

74、工件脫落的情況發(fā)生。</p><p>　　圖 3.2 機(jī)械手系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[11]</p><p>　　Fig. 3.2 Hardware structure of the manipulator system</p><p>　　3.1.2 電磁閥的設(shè)計(jì)</p><p>　　電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于

75、執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。所以需要一個(gè)單電兩位四通電磁換向閥即可[12]。</p><p>　　電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開(kāi)有通孔，每個(gè)孔連接不同的油管，腔中間是活塞，

76、兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線(xiàn)圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開(kāi)的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)[13]。 </p><p>　　3.2 操作面板的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)工件生產(chǎn)和搬運(yùn)的特點(diǎn)和控制要求，機(jī)械手的控制按

77、鈕設(shè)有以下幾種。 1.急停按鈕</p><p>　　在機(jī)械手工作過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)抓取不牢、搬運(yùn)不穩(wěn)、下放不到位、沖擊過(guò)大或運(yùn)動(dòng)時(shí)超過(guò)極限位置以及其它異?，F(xiàn)象而不得不停止工作時(shí)，按下急停按鈕，使所有運(yùn)動(dòng)停止，并保持原來(lái)狀態(tài)，直至重新啟動(dòng)系統(tǒng)。可以減少和避免事故，減少因故障引起的損失。</p><p><b>　　2.電源開(kāi)關(guān)</b></p>&

78、lt;p>　　在機(jī)械手工作前，首先要打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，給PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施供電，觸摸終端由PLC進(jìn)行供電，為系統(tǒng)啟動(dòng)做準(zhǔn)備。在機(jī)械手工作完成后，將電源開(kāi)關(guān)打到“關(guān)”的狀態(tài)，將PLC、驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)及照明設(shè)施與電源切斷，保護(hù)機(jī)械手系統(tǒng)的安全。</p><p>　　3.工作模式選擇開(kāi)關(guān)</p><p>　　當(dāng)正常生產(chǎn)時(shí)將機(jī)械手調(diào)到自動(dòng)模式，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械手出現(xiàn)故障

79、或者出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可以將機(jī)械手調(diào)到手動(dòng)模式，機(jī)械手可通過(guò)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。</p><p><b>　　4.啟動(dòng)按鈕</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)上電且機(jī)械手處于自動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手開(kāi)始按照指令進(jìn)行搬運(yùn)操作。</p><p>　　5.試燈/報(bào)警清除按鈕</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)安裝完成后，未與生產(chǎn)線(xiàn)連接前，要對(duì)系

80、統(tǒng)的工作情況進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，要按動(dòng)此按鈕對(duì)所有指示燈進(jìn)行檢測(cè)，保證與生產(chǎn)線(xiàn)連接后的工作安全。系統(tǒng)在工作過(guò)程中由于某種原因出現(xiàn)報(bào)警，當(dāng)故障排除后，需按此按鈕對(duì)報(bào)警進(jìn)行清除，保證系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。</p><p>　　上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開(kāi)按鈕</p><p>　　主要是在調(diào)試或排除故障以及其它需要進(jìn)行單步操作時(shí)，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行手動(dòng)操作。</p><p>&l

81、t;b>　　7.復(fù)位按鈕</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)安裝完成或故障排除后，需要將機(jī)械手返回到工作原點(diǎn)時(shí)，按動(dòng)此按鈕。</p><p><b>　　3.3 PLC部分</b></p><p>　　根據(jù)流水線(xiàn)搬運(yùn)機(jī)械手的控制要求，考慮到I/O點(diǎn)數(shù)通常留有10%-15%的裕量，我們采用了德國(guó)西門(mén)子PLC S7-200 CPU

82、226（DC/DC/DC）型號(hào)，此類(lèi)型PLC具有極高的可靠性、豐富的指令集、強(qiáng)大的通信功能和品種豐富的擴(kuò)展模塊等等。此外，很高的性能價(jià)格比也是此系統(tǒng)采用它的重要原因。本系統(tǒng)采用晶體管輸出類(lèi)型PLC，它的高速脈沖輸出（PTO）功能在步進(jìn)電機(jī)控制上非常的方便，它可以直接通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同的旋轉(zhuǎn)要求，來(lái)控制機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度[14-15]。</p><p>　　根據(jù)控制要求，首先要確定I/O個(gè)數(shù)，進(jìn)

83、行I/O分配。系統(tǒng)的I/O說(shuō)明見(jiàn)表3.3，機(jī)械手搬運(yùn)產(chǎn)品接線(xiàn)圖如表3.4所示。</p><p>　　表 3.3 輸入輸出端子分配表[16]</p><p>　　Table 3.3 The input and output terminals distribution table </p><p>　　圖 3.4 機(jī)械手搬運(yùn)產(chǎn)品PLC接線(xiàn)圖[17]</p>

84、<p>　　Fig. 3.4 Manipulator handling products PLC wiring diagram</p><p>　　搬運(yùn)機(jī)械手的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)工作方式</p><p>　　該機(jī)械手的工作方式有四種，分別為找原點(diǎn)、自動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)。</p><p>　　復(fù)位操作主要

85、用于在工作開(kāi)始前或故障排除后，要將機(jī)械手的各個(gè)部位移動(dòng)至原位，同時(shí)也是各部件運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。</p><p>　　自動(dòng)工作方式是機(jī)械手接收生產(chǎn)線(xiàn)指令，通過(guò)總控制臺(tái)的控制進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。控制面板上工作方式選擇開(kāi)關(guān)處于“自動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于聯(lián)線(xiàn)狀態(tài)，只接受來(lái)自自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的指令信號(hào)。</p><p>　　手動(dòng)工作方式主要是用于總控制臺(tái)出現(xiàn)故障、調(diào)試或其它需要手動(dòng)操作。處于“手動(dòng)”位時(shí)，系統(tǒng)處于離線(xiàn)狀

86、態(tài)，不接受自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的信號(hào)，只接收控制面板上的指令信號(hào)。處于手動(dòng)狀態(tài)，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的上升、下降、前進(jìn)、后退、夾緊、松開(kāi)按鈕時(shí)進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，再次按下相應(yīng)按鈕則停止動(dòng)作。此時(shí)，除急停信號(hào)外，其他輸入信號(hào)無(wú)效。</p><p>　　半自動(dòng)工作方式應(yīng)用較少，主要用于故障整修時(shí)為了與主控制臺(tái)分離，而還要通過(guò)自動(dòng)來(lái)完成試操作的場(chǎng)合，所以半自動(dòng)方式也是不可缺少的。處于“半自動(dòng)”位時(shí)，

87、不接受自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的控制信號(hào)，只接收兩生產(chǎn)線(xiàn)上有無(wú)工件的檢測(cè)信號(hào)。處于此方式，且各部位處于原位，各電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制面板上的啟動(dòng)按鈕，可進(jìn)入單循環(huán)操作，此時(shí)，除急停信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)外，其他輸入信號(hào)無(wú)效，一個(gè)工作循環(huán)完成后，自動(dòng)退出單循環(huán)狀態(tài)。</p><p>　　機(jī)械手動(dòng)控制屬順序控制，故其手動(dòng)程序采用普通的PLC控制指令控制，自動(dòng)程序采用步進(jìn)梯形指令控制。</p><p>　　4

88、.2 梯形圖的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　按照機(jī)械手控制和工藝流程的要求，在選擇“手動(dòng)方式”時(shí)應(yīng)執(zhí)行手動(dòng)程序；在選擇“回原位”時(shí)應(yīng)執(zhí)行回原位程序；在選擇自動(dòng)程序時(shí)應(yīng)執(zhí)行自動(dòng)程序。其中自動(dòng)程序要在啟動(dòng)按鈕按下時(shí)才執(zhí)行[18]。故系統(tǒng)控制總流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖 4.１ 系統(tǒng)控制總流程圖</p><p>　　Fig. 4.1 System co

89、ntrol flow chart</p><p>　　4.3 各部分梯形圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.通用部分梯形圖設(shè)計(jì)</p><p>　　通用部分梯形圖分為兩部分：</p><p>　　(1).狀態(tài)器的初始化</p><p>　　圖 4.2 狀態(tài)器初始化梯形圖</p><p>　　Fig

90、. 4.2 The state controller initialization ladder diagram</p><p>　　說(shuō)明：指令“SBR”見(jiàn)附錄</p><p><b>　?。?).復(fù)位</b></p><p>　　圖 4.3 復(fù)位梯形圖</p><p>　　Fig. 4.3 Rest the ladde

91、r diagram</p><p>　　圖 4.3 復(fù)位梯形圖(續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.3 Rest the ladder diagram</p><p>　　2.手動(dòng)操作梯形圖 </p><p>　　圖 4.4 手動(dòng)操作梯形圖</p><p>　　Fig. 4.4 Manual operation l

92、adder diagram </p><p>　　圖 4.4 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.4 Manual operation ladder diagram </p><p>　　圖 4.4 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.4 Manual operation ladder diagram

93、</p><p>　　圖 4.4 手動(dòng)操作梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.4 Manual operation ladder diagram </p><p>　　3.自動(dòng)狀態(tài)梯形圖 </p><p>　　圖 4.5 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖</p><p>　　Fig. 4.5 Automatic state

94、ladder diagram</p><p>　　圖 4.5 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.5 Automatic state ladder diagram</p><p>　　圖 4.5 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.5 Automatic state ladder diagram<

95、/p><p>　　圖 4.5 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.5 Automatic state ladder diagram</p><p>　　圖 4.5 自動(dòng)狀態(tài)梯形圖（續(xù)）</p><p>　　Fig. 4.5 Automatic state ladder diagram</p><p>&

96、lt;b>　　組態(tài)系統(tǒng)調(diào)試與監(jiān)控</b></p><p><b>　　5.1 組態(tài)的概況</b></p><p>　　組態(tài)軟件，又稱(chēng)為組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域

97、很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱(chēng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)[19]。</p><p>　　組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。組態(tài)形成的數(shù)據(jù)只有其制造工具或其他專(zhuān)用工具才能識(shí)別。在工業(yè)控制中，形成的組態(tài)結(jié)果可以用在實(shí)時(shí)監(jiān)控之中。組態(tài)工具的解

98、釋引擎根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果實(shí)時(shí)運(yùn)行。簡(jiǎn)而言之，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。</p><p>　　5.2 組態(tài)軟件及其特點(diǎn)</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高和計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高。越來(lái)越多控制設(shè)備和過(guò)程裝置投入生產(chǎn)使用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件難以滿(mǎn)足用戶(hù)的進(jìn)一步需求。在傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件中，一旦被控對(duì)象的參數(shù)發(fā)生變動(dòng)，就必須修改其源

99、程序，使得其開(kāi)發(fā)周期變長(zhǎng)；而已開(kāi)發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致其價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來(lái)的編程人員不在場(chǎng)時(shí)，則必須由其他人員進(jìn)行源程序的修改，因而變得更加困難。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問(wèn)題提供了一種嶄新的方法，它能夠使用戶(hù)能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。</p><p>　　組態(tài)軟件具有以下幾大優(yōu)

100、勢(shì)，使得其在工業(yè)控制領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用[20]：</p><p><b>　　豐富的功能模塊</b></p><p>　　軟件提供了豐富的控制功能庫(kù)，滿(mǎn)足用戶(hù)的測(cè)控要求和現(xiàn)場(chǎng)要求。利用各種功能模塊，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控，產(chǎn)生功能報(bào)表，顯示示歷史曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、提供報(bào)警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，易于操作，系統(tǒng)既適用于單機(jī)集中式控制、DCS分布式控制，也適用于帶遠(yuǎn)程通信能力的

101、遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。</p><p>　　強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能</p><p>　　目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于Windows環(huán)境下，可以充分利用Windows的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的M風(fēng)格界面、豐富的工具欄，讓操作人員可以直接進(jìn)人開(kāi)發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。豐富的圖形控件和圖庫(kù)，既提供了所需的組件，又可以作為界面制作向?qū)?。軟件中功能?qiáng)大的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任

102、意編輯，從而將開(kāi)發(fā)人員從繁重的界面設(shè)計(jì)中解放出來(lái)。豐富的動(dòng)畫(huà)連接方式，如隱含、閃爍、移動(dòng)等等，使界面變得更加生動(dòng)、直觀。</p><p><b>　　3.良好的開(kāi)放性</b></p><p>　　社會(huì)化的大生產(chǎn)使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構(gòu)”成為了當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。開(kāi)放性指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開(kāi)放性是衡量

103、一個(gè)組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。 組態(tài)軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信。 </p><p><b>　　4.強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)</b></p><p>　　配有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。</p><p><b>　　可編程的命令語(yǔ)言&l

104、t;/b></p><p>　　有可編程的命令語(yǔ)言，使用戶(hù)可根據(jù)自己的需要編撰程序，增強(qiáng)圖形界面。</p><p><b>　　周密的系統(tǒng)安全防范</b></p><p>　　對(duì)不同的操作者，賦予不同的操作權(quán)限，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。</p><p><b>　　7.仿真功能</b>&l

105、t;/p><p>　　提供強(qiáng)大的仿真功能使系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)，從而縮短開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　5.3 組態(tài)軟件選擇</p><p>　　在目前的我國(guó)組態(tài)軟件市場(chǎng)中，國(guó)內(nèi)的組態(tài)軟件品牌和國(guó)外的組態(tài)軟件品牌處于一個(gè)共存的局面。經(jīng)過(guò)10余年的培育和發(fā)展，組態(tài)軟件市場(chǎng)目前正處在一個(gè)蓬勃發(fā)展的成長(zhǎng)階段，用戶(hù)對(duì)組態(tài)軟件產(chǎn)品接受程度也日益增加。從組態(tài)軟件市場(chǎng)看，現(xiàn)在主要有以下軟件品

106、牌：</p><p><b>　　國(guó)外組態(tài)軟件：</b></p><p>　　1.InTouch：Wonderware（萬(wàn)維公司）是 Invensys plc“生產(chǎn)管理”部的一個(gè)運(yùn)營(yíng)單位，是全球工業(yè)自動(dòng)化軟件的領(lǐng)先供應(yīng)商。 </p><p>　　2.IFix：GE Fanuc 智能設(shè)備公司由美國(guó)通用電氣公司（GE）和日本Fanuc公司合資組建，

107、提供自動(dòng)化硬件和軟件解決方案，幫助用戶(hù)降低成本，提高效率并增強(qiáng)其盈利能力。</p><p>　　3.Citech：悉雅特集團(tuán)（Citect）是世界領(lǐng)先的提供工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)施自動(dòng)化系統(tǒng)、實(shí)時(shí)智能信息和新一代 MES 的獨(dú)立供應(yīng)商。 　</p><p>　　4.WinCC：西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D)是西門(mén)子股份公司中最大的集團(tuán)之一，是西門(mén)子工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分。Siemen

108、s的WinCC也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，Siemens提供類(lèi)C語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。WinCC內(nèi)嵌OPC支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。</p><p>　　5.ASPEN-tech：其制作商艾斯苯公司(AspenTechnology,Inc.)是一個(gè)為過(guò)程工業(yè)(包括化工、石化、煉油、造紙、電力、制藥、半導(dǎo)體、日用化工、食品飲料等工業(yè))提供企業(yè)優(yōu)化軟件及服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商. </p><

109、;p>　　6.Movicon：是意大利自動(dòng)化軟件供應(yīng)商PROGEA公司開(kāi)發(fā)。該公司自1990年開(kāi)始開(kāi)發(fā)基于Windows平臺(tái)的自動(dòng)化監(jiān)控軟件，可在同一開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成不同運(yùn)行環(huán)境的需要。特色之處在于完全基于XML，又集成了VBA兼容的腳本語(yǔ)言及類(lèi)似STEP-7指令表的軟邏輯功能。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件：</b></p><p>　　1.世紀(jì)星：由

110、北京世紀(jì)長(zhǎng)秋科技有限公司開(kāi)發(fā)。產(chǎn)品自1999年開(kāi)始銷(xiāo)售。</p><p>　　2.三維力控：由北京三維力控科技有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟件產(chǎn)品初創(chuàng)于1992年。</p><p>　　3.組態(tài)王（KingView）：由北京亞控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)，該公司成立于1997年。1991年開(kāi)始創(chuàng)業(yè)，1995年推出組態(tài)王1.0版本，目前在市場(chǎng)上廣泛推廣KingView6.53、KingView6.55版本，

111、每年銷(xiāo)量在10,000套以上，在國(guó)產(chǎn)軟件市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率第一。 　　</p><p>　　4.紫金橋Realinfo：由紫金橋軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，該公司是由中石油大慶石化總廠出資成立。</p><p>　　5.MCGS：由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)，市場(chǎng)上主要是搭配硬件銷(xiāo)售。 　　</p><p>　　6.態(tài)神：由南京新迪生軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)，核心軟