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1、工業(yè)機械手 1.緒論 1.1機械手概述 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。 機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結合。機械手

2、雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。 機械手技術涉及到力學、機械學、電氣液壓技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等科學領域，是一門跨學科綜合技術。 機械手是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 機械手一般分為三類：第一類是不需要人工操作的通用機械手。它是一種獨立的不附屬于某一主機的裝置。它可以根據(jù)任務的需要編制程序，以完成各項規(guī)定的操作。它的特點是具備普通機械的性能之外，還具

3、備通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工才做的，稱為操作機。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機來進行探測月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是用專用機械手，主要附屬于自動機床或自動線上，用以解決機床上下料和工件送。這種機械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機服務的，由主機驅動；除少數(shù)以外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 在國外，目前主要是搞第一類通用機械手，國外稱為機器人。本課題所做的機械手是屬于第三類機械手。 1.2研究機械手的意義 一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度 應用機械手有利于

4、實現(xiàn)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的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。 二、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、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。 在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減

5、少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。 綜上所述，有效的應用機械手，是發(fā)展機械工業(yè)的必然趨勢。 1.3機械手的應用現(xiàn)狀 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?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。因此，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。 有資料統(tǒng)計：美國偏重于毛坯生產(chǎn)，日本偏重于機械加工。隨著機械手技術的發(fā)展，應用的對象還會有所改變。 機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛

6、造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 國內(nèi)機械手工業(yè)、鐵路工業(yè)中首先在單機、專機上采用機械手上下料，減輕工人的勞動強度。 國外鐵路工業(yè)中應用機械手以加工鐵路車軸、輪等大、中批零件。并和機床共同組成一個綜合的數(shù)控加工系統(tǒng)。 國內(nèi)外機械工業(yè)、鐵路部門中機搬運械手主要應用于以下幾方面：1.熱加工方面的應用熱加工是高溫、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。2.冷加工方面的應用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

7、程序控制、數(shù)字控制等機床上應用，成為設備的一個組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動線上應用，成為機床、設備上下工序聯(lián)接的重要于段。3.拆修裝方面拆修裝是鐵路工業(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。 近些年，隨著計算機技術、電子技術以及傳感技術等在機械手中越來越多的應用，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。采用機械手

8、進行裝配更始目前研究的重點，國外已研究采用攝象機和力傳感裝置和微型計算機連在一起，能確定零件的方位達到鑲裝的目的。 1.4機械手的發(fā)展趨勢 目前工業(yè)機械手主要用于機床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面還是不能滿足工業(yè)發(fā)展的需要。 在國內(nèi)主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(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機械手等。將機 械手各運動構件，如伸縮、擺動、升降、橫移、俯仰等機構以及根據(jù)不同類型的加緊機構，設計成典型的通用機構，所以便根據(jù)不同的作業(yè)要求選擇不同類型

9、的基加緊機構，即可組成不同用途的機械手。既便于設計制造，有便于更換工件，擴大應用范圍。同時要提高速度，減少沖擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機械手的作用。 此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 在國外機械制造業(yè)中工業(yè)機械手應用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。 此外，國外機械手的發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時，即能更正并自行

10、檢測，重點是研究視覺功能和觸覺功能。目前已經(jīng)取得一定成績。 視覺功能即在機械手上安裝有電視照相機和光學測距儀（即距離傳感器）以及微型計算機。工作是電視照相機將物體形象變成視頻信號，然后送給計算機，以便分析物體的種類、大小、顏色和位置，并發(fā)出指令控制機械手進行工作。 觸覺功能即是在機械手上安裝有觸覺反饋控制裝置。工作時機械手首先伸出手指尋找工作，通過安裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸覺作用，然后伸向前方，抓住工件。手的抓力大小通過裝在手指內(nèi)的敏感元件來控制，達到自動調(diào)整握力的大小?？傊S著傳感技術的發(fā)展機械手裝配作業(yè)的能力也將進一步提高。 更重要的是將機械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結

11、合，從而根本改變目前機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 隨著科學技術的發(fā)展，機械手也越來越多的地被應用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應用。 2.機械手機械結構 2.1傳動機構 1．螺旋機構 螺旋機構由螺桿、螺母和機架組成，其主要功能是將轉動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機構可以分為滑動螺旋機構和滾動螺旋機構兩種類型。按用途可以分為傳力螺旋、傳導螺旋和調(diào)整螺旋三種類型。 螺旋機構具有結構簡單，制造方便，

12、傳動平穩(wěn)，無噪聲易于自鎖等優(yōu)點。 2. 滑動螺旋機構 螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機構，稱為滑動螺旋機構?；瑒勇菪龣C構所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。 滑動螺旋機構由螺母和螺桿組成。根據(jù)機構的組成及運動方式，滑動螺旋機構又分為以下兩種。 （1）．由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機構，螺母與機架固聯(lián)，螺桿轉動并移動（如圖1-1b所示），這種螺旋機構以傳遞動力為主，故又稱傳力螺旋機構。一般要求用較小的轉矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。 （2）．由螺母、螺桿和機架組成的滑動螺旋機構，如圖1-1a所示，螺桿轉動，螺母移動，這種螺旋機構以傳遞運動

13、為主，故又稱為傳導螺旋機構。 本文所介紹的機械手的豎軸就是用的傳導螺旋機構。這種傳動形式結構緊湊，剛度較大，傳動效率高，精度高。 圖1-1 （a）螺桿轉動，螺母移動(b)螺母固定，螺桿轉動并移動 3．滾動螺旋機構 螺旋副內(nèi)為滾動摩擦的螺旋機構，稱為滾動螺旋機構或滾珠絲杠。其機構特點是在螺桿和螺母之間設有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如鋼球，當螺桿轉動時，剛球沿螺旋滾道滾動并帶動螺母作直線運動。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式。 滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖1-2所示）。外循環(huán)螺母只需設

14、置一個反向器，當滾珠進入反向器時，就被阻止而轉彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個循環(huán)回路。 機械手的橫向運動采用的便是滾動螺旋傳動。滾動螺旋機構摩擦阻力小，動作靈敏度高，傳動效 率高，可達90%以上。用調(diào)整的方法可消除間 隙，傳動精度高。 圖1-2 2.2機械手夾持器和機座的結構 機械手的機械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運動方式可分為平移型和回轉型?；剞D型手抓有可分為單支點和雙支點回轉型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅動方式可以電動、液壓和氣動三種。 回轉型夾持器結構較簡單，但當所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移

15、。對平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。但其機械機構繁雜，體積大，制造精度要求高。所以當設計機械手夾持器的時候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結構比較簡單回轉型夾持器。 本文設計的機械手采用的是楔槽杠桿式回轉型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子3和楔塊之間為滾動接觸。當電機帶動連桿前進時，通過楔塊4的斜面和杠桿1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。當楔塊后移時，靠彈簧的拉力使手指松開。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且機構簡單。 2．機座 機座是機械手的支撐部件，機座承受機械手的全部重量和工作載荷，所以機座應有足夠的強

16、度、剛度和承載能力。另外機座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機械手工作時的穩(wěn)定運行。 如圖1-3所示，機械手采用普通軸承作為支撐元件的機座支撐結構。這種結構有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點。圖中電動機3經(jīng)減速器4、主動小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7驅動絲桿2旋轉，從而驅動升降臺上下運動。整個機座安裝在基座8上。 3.可編程控制PLC 3.1 PLC簡介 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用。同時，PLC的

17、功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎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、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 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，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。綜合相關資料，2004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

18、要的位置。 　　 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只有開關量邏輯控制，首先應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

19、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成開關量來處理，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。把計算結果送給PLC的控制器。 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備連鎖、回路很少，采

20、用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(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，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用PLC應用于專用設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 3.2 PLC內(nèi)部原理 PLC實質(zhì)上是一種被

21、專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構和微機是基本一 的。如圖2.1所示， PLC硬件的基本結構圖所示： 編程器 中央處理單元 （CPU） 輸入電路 輸出電路 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū) 電源 圖2-1 PLC硬件的基本結構圖 （1）中央處理單元（CPU） 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、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

22、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)行邏輯或算術運算等任務。并將邏輯或算術運算等結果送入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)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。 （2）存儲器 與微型計算機一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構成一臺完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 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

23、區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）和用戶程序存儲區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(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PLC的各項功能。 B. 系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備（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)。 （A）I/O映象區(qū) 由于PLC投入運行后，只是在輸入采樣階段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

24、相應的外設。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)可看作由開關量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。 （B）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) 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

25、保留；后者當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”。 C．用戶程序存儲區(qū) 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。 D．常用的I/O分類 常用的I/O分類如下： 開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 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

26、。 　　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。 　　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。 （3）PLC電源 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。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。 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

27、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）提供24V直流電源。驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的 電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)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。這種計算機程序實現(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結構在功能上某些相似之處。 3.3 PLC的工作原理 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隨時可能變化的輸入信號

28、，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到STOP工作狀態(tài)。 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，從外部輸入-輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。 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)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容

29、。當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。可編程序控制起處于（RUN）狀態(tài)時，還要完成另外3個階段的操作。 在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出 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。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對應的映像存儲區(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。 外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應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，對應的輸入映像寄存器為“0

30、”狀態(tài)，梯形圖中對應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。 可編程序控制器的用戶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)行相應的邏輯運算，運算結果寫入到對應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

31、序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段，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。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應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的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應的映像寄存器為“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。 掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀

32、態(tài)時，執(zhí)行一次圖2.5.1a所示的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系。當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.1c所示。 第(N-1)個掃描周期 輸出刷新 第(N+1)個掃描周期 輸入采樣 第N個掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 圖2.1c PLC的掃描運行方式 （1）輸入采樣階段 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 們存入I/O映象區(qū)的相應單元內(nèi)。輸入

33、采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。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。 （2）用戶程序執(zhí)行階段 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)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(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：算術運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。 （3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有

34、的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動響應的外設。這時才是PLC真正的輸出。 (4)輸入/輸出滯后時間 輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應時間，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。 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，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。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，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

35、出電路在負載接通時的滯后時間約為1ms，負載由導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延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統(tǒng)是無關緊要的。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。 3.4 PLC機型的選擇方法 1．PLC的類型 PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(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。從應用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體

36、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)。 2．輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應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、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，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，與應用要求

37、應一致。可根據(jù)應用要求，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用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。 3.電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場合，應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，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。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，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 4.存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲

38、器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，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。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 5.冗余功能的選擇 a．控制單元的冗余 （1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應1B1冗余。 （2）在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 b． I/O接口單元的冗余 （1）控制回路的多點I/O卡應冗余配置。 （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。 6.經(jīng)濟性的考慮 選擇PL

39、C時，應考慮性能價格比。考慮經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，估因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 3.5 機械手PLC選型及參數(shù) 1.控制系統(tǒng)如圖 圖7 機械手控制系統(tǒng)圖 2.輸入/輸出分析 分析系統(tǒng)信號輸入/輸出要求，系統(tǒng)I/O

40、信號全部為開關量，其中： （1）輸入信號為十八個開關量信號，它們分別為：啟動、停止、緊急停車、手動/單步/單周期/連續(xù)、上限、下限、左限、右限、工作檢測、上升、下降、左移、右移、夾緊和放松。 （2）輸出信號為七個開關量控制信號，它們分別為：上升、下降、左移、右移、夾緊和原點指示。 3.用戶程序容量估計 分析系統(tǒng)控制要求，一個工作循環(huán)分成10個工步，每一工步完成一些簡單的工作。因此，控制用的程序估計較短，約在兩百步之內(nèi)。 綜合分析要求，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性和技術指標，選三菱公司微型PC，機型FX-48MR。 （1）.主要技術數(shù)據(jù)如下： 工作電源：24VDC 輸入點數(shù)：24 輸出點數(shù)

41、：24 輸入信號類型：直流或開關量 輸入電流：24VDC 5mA 模擬輸入：-10V～10V（-20mA～+20mA） 輸出晶體管允許電流0.3A/點（1.2A/COM） 輸出電壓規(guī)格：30VDC 最大負載：9W 輸出反應時間：Off→On 20μs On→Off 30μs 基本指令執(zhí)行時間：數(shù)個μs 程序語言：指令+梯形圖+SFC 程序容量：3792STEPS 基本順序指令：32個（含步進梯形指令） 應用指令：100種 初始步進點：S0～S9 一般步進點：118點，S10～S127 輔助繼電器：一般用512+232點（M000～M511+M768～M

42、999） 停電保持用256點（M512～M767） 特殊用280點（M1000～M1279） 定時器：100ms時基64點（T0～T63） 10ms時基63點（T64～T126，M1028為ON時） 1ms時基1點（T127） 計數(shù)器：一般用112點（C000～C111，16位計數(shù)器） 停電保持用16點（C112～C127，16位計數(shù)器） 高速用13點1相5kHz，2相2kHz（C235～C254，全部為停電保持32位計數(shù)器） 數(shù)據(jù)寄存器：一般用408點（D000～D407） 停電保持用192點（D408～D599） 特殊用144點（D1000～D1143） 指針/中斷

43、：P64點；I4點（P0～P63/I001、I101、I201、I301） 串聯(lián)通信口：程序寫入/讀出通訊口：RS232 一般功能通訊口：RS485 主機電源220V AC （2）.PLC主機的組成 1、輸入單元 輸入單元由8個按扭、8個開關和16個接插件組成，它們分別與PLC的16個輸入點相接。改變這些開關或按扭的通斷狀態(tài)，即可對主機輸入所需要的開關量。16個接插件可外接其它直流或開關量輸入信號。 2、輸出單元 輸出單元由24個二極管和24個接插件組成，它們分別與PLC的24個輸出點相連。發(fā)光二極管是否發(fā)光，即可表示輸出點的狀態(tài)，使用者可得到主機的輸出信息

44、。24個輸出接插件可外接其它需要控制的設備。輸出單元的4個地端，分別引出到面板，其中只有C4與3V電源共地。 3、電源單元 PLC主機左邊有外接220V/AV的電源插座，作為PLC的工作電源。內(nèi)裝變壓器，輸出3V電源，供二極管使用。另外PLC的24VDC和24GND已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用 4.控制系統(tǒng)程序設計和調(diào)試 4.1 可編程序控制器的控制設計方法 1 梯形圖的編程規(guī)則 是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術人員，為了適應他們的傳統(tǒng)習慣和掌握能力，通常不采用微機的程序語言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然

45、語言”編程。國際電工委員會1994年5月公布的（可編程序控制器語言標準）詳細的說明了在、句法、語義和下述5種編程語言：功能表圖、梯形圖、功能塊圖、指令表、結構文本。梯形圖和功能圖為圖形語言，指令表和結構文本為文字語言，功能表圖是一種結構塊控制流程圖。 1.梯形圖概述 梯形圖是使用最多的圖形編程語言，被稱為1的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。 梯形圖編程中，用到以下四個基本概念： （1）軟繼電器 1梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼

46、電器、輸出繼電、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與1 存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài)，對應軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“0”或“”狀態(tài)。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 （2）能流 如圖10所示觸點1、2接通時，有一個假想的“概念電流”或“能流”（）從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序是一致的。能流只

47、能從左向右流動。利用能流這一概念，可以幫助我們更好地理解和分析梯形圖。圖10.1a中可能有兩個方向的能流流過觸點5（經(jīng)過觸點1、5、4或經(jīng)過觸點3、5、2），這不符合能流只能從左到右流動的原則，因此應改為如圖10.1b所示的梯形圖。 圖10 梯形圖 （3）母線 梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線（），在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左到右流動。右母線可以不畫出。 （4）梯形圖的邏輯解算 根據(jù)梯形圖中個觸點的狀態(tài)和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形

48、圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左到右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以得后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)進行的。 2. 梯形圖的編程規(guī)則 盡管梯形圖與繼電器電路圖在結構形式、元件符號及邏輯控制功能等方面相類似，但它們又有許多不同之處，梯形圖具有自己的編程規(guī)則。 （1）每一邏輯行總是起于左母線，然后是觸點的連接，最后終止于線圈或右母線之間（右母線可以不畫出）。注意：左母線與線圈之間一定要有觸點，而線圈與右母線之間則不能有任何觸點。 （2）梯形圖中的觸點可以任意串聯(lián)或并聯(lián)，但繼電器線圈只能并聯(lián)而不能串聯(lián)。 （3

49、）觸電的使用次數(shù)不受限制。 （4）一般情況下，在梯形圖中同一線圈只能出現(xiàn)一次。如果在程序中，同一線圈使用了兩次或多次，稱為“雙線圈輸出”。對于“雙線圈輸出”，有些1 將其視為語法錯誤，絕對不允許；有些1 則將前面的輸出視為無效，只有最后一次輸出有效；而有些1 ，在含有跳轉指令或步進指令的梯形圖中允許雙線圈輸出。 （5）對于不可編程梯形圖必須難過等效變換，變成可編程梯形圖，例如圖10所示。 （6）有幾個串聯(lián)電路相并聯(lián)時，應將串聯(lián)觸點多的回路放在上方。在有幾個并聯(lián)電路相串聯(lián)時，應將并聯(lián)觸點多的回路放在左方。這樣所編制的程序 簡潔明了，語句較少。 另外在設計梯形圖時輸入繼電器的觸點狀態(tài)最好按

50、輸入設備全部為常開進行設計更為合適，不易出錯。建議用戶盡可能用輸入設備的常開觸點與1 輸入端連接，如果某些信號只能用常閉輸入，可先按輸入設備常開來設計，然后將梯形圖中對應的輸入繼電器觸點取反（常開改為常閉、常閉改為常開）。 2 程序的順序控制設計法 如果一個控制系統(tǒng)可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常運行，這樣的控制系統(tǒng)稱為順序控制系統(tǒng)，也稱為步進控制系統(tǒng)。其控制總是一步一步按順序進行。在工業(yè)控制領域中，順序控制系統(tǒng)的應用很廣，尤其在機械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實現(xiàn)加工的自動循環(huán)。 所謂順序控制設計法就是針對順序控制系統(tǒng)的一

51、種專門的設計方法。這種設計方法很容易被初學者接受，對于有經(jīng)驗的工程師，也會提高設計的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。1 的設計者們?yōu)轫樞蚩刂葡到y(tǒng)的程序編制提供了大量通用和專用的編程軟件，開發(fā)了專門供編制順序系統(tǒng)控制用的功能表圖，使這種先進的設計方法成為當前1 程序的設計主要方法。 3 程序的邏輯設計方法 邏輯設計方法是以邏輯組合或邏輯時序的方法和形式來設計1 程序，看分為組合邏輯設計法和時序邏輯設計法兩種。這些設計方法既有嚴密看循的規(guī)律性，明確可行的設計步驟，又具有簡便直觀和十分規(guī)范的特點。 邏輯函數(shù)與梯形圖的關系： 組合邏輯設計法的理論基礎是邏輯代數(shù)。我們知道，邏輯代數(shù)的三種基

52、本運輸“與”、“或”、“非”都有著非常明確的物理意義。邏輯函數(shù)表達式的線路結構與1 梯形圖相互對應，可以直接轉化。 4.2 PLC程序及調(diào)試說明 1.復雜程序的設計方法 實際的1 應用系統(tǒng)往往比較復雜，復雜系統(tǒng)不僅需要的1 輸入/輸出點數(shù)多，為了滿足生產(chǎn)的需求，很多工業(yè)設備都需要設置多種不同的工作方式，常見的有手動和自動（連續(xù)、單周期、單步）等工作方式。 在設計這類具有多種工作方式的系統(tǒng)的程序時，經(jīng)常采用以下的程序設計思路與步驟： 1. 確定程序的總體結構 將系統(tǒng)的程序按工作方式和功能分成若干部分，如：公共程序、手動程序、自動程序等部分。手動程序和自動程序是不同時執(zhí)行的，所以

53、用跳轉指令將它們分開，用工作方式的選擇信號作為跳轉的條件。 2. 分別設計局部程序 公共程序和手動程序相對較為簡單，一般采用經(jīng)驗設計法進行設計;自動程序相對比較復雜，對于順序控制系統(tǒng)一般采用順序控制設計法，先畫出其自動工作過程的功能表圖，再選擇某種編程方式來設計梯形圖程序。 3. 程序的綜合與調(diào)試 進一步理順各部分程序之間的相互關系，并進行程序的調(diào)試。 2 PLC程序內(nèi)容和質(zhì)量 1. PLC應用程序最大限度地滿足被控對象的控制要求，在構思程序主題的框架后，要以它為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務的程序。經(jīng)過不斷地調(diào)整和完善。使程序能完成所要求的控制功能。另外，PLC

54、應用程序通常還包括以下幾方面的內(nèi)容： （1）初始化程序 在PLC上電后，一般要做一些初始化的操作。其作用是為啟動做必要的準備，并避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序的主要內(nèi)容為：將某些數(shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器進行清零；使某些數(shù)據(jù)區(qū)恢復所需數(shù)據(jù)；對某些輸出量置位或復位；顯示某些初始狀態(tài)等等。 （2）檢測、故障診斷、才、顯示程序 應用程序一般都設有檢測、故障診斷和顯示程序等內(nèi)容。這些內(nèi)容可以在程序設計基本完成時再進行添加。它們也可以是相對獨立的程序段。 （3）保護、連鎖程序 各種應用程序中，保護和連鎖是不可缺少的部分。它可以杜絕由于非法操作而引起的控制邏輯混亂，保證系統(tǒng)的運行更安全、可靠。因此要認真考

55、慮保護連鎖的問題，通常在PLC外部也要設置連鎖和保護措施 。 2. PLC程序的質(zhì)量 對于同一個控制要求，即使選用同一機型的PLC，用不同設計方法所編寫的程序，其結構也可能不同。盡管幾種程序都可以實現(xiàn)同一控制功能，但是程序的質(zhì)量卻可能差別很大。 3 PLC程序的調(diào)試 PLC程序的調(diào)試可以分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個調(diào)試過程，在此之前首先對PLC外部接線作仔細檢查，這一個環(huán)節(jié)很重要。外部接線一定要準確無誤。也可以用事先編寫好的試驗程序對外部接線做掃描通電檢查來查找接線故障。不過，為了安全考慮，最好將主電路斷開。當確認接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲器進行調(diào)試，直到各

56、部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體功能為止。 1. 程序的模擬調(diào)試 將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載（如接觸器、電磁閥等）。可以根據(jù)功能圖表，在適當?shù)臅r候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉換條件實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后繼

57、步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被驅動的負載是否發(fā)生相應的變化。 在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都逐一檢查，不能有漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求。 如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試的同時，也可以設計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其它硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。 2. 程序的現(xiàn)場調(diào)試 完成上述的工作后，將PLC安裝在現(xiàn)場進行聯(lián)機總調(diào)試，在調(diào)試過程中可能將暴露出系

58、統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬件接線等方面的問題，以及PLC的外部接線和梯形圖程序設計中的問題，應對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調(diào)試達不到指標要求，則對相應硬件和軟件部分適當調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時間的考驗，系統(tǒng)就可以投入實際的運行了。 5.機械手控制系統(tǒng) 5.1控制系統(tǒng)設計簡介 每設計都要分析被控對象并提出控制要求： 1.詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。 確定輸入／輸出設備 2.根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設

59、備（如：按紐、位置開關、轉換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數(shù)。 1.設備的控制要求 設備應具有“正常運轉”和“強制停止”。控制系統(tǒng)設有手動、單周期、單步和連續(xù)4種工作方式，機械手在最上面和左邊且放松時，成為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)或初始狀態(tài)。機械手自動控制順序功能圖見圖1，機械手的運動過程主要有八個動作即為： 原點→下降→夾緊→上升→右移 ↑ ↓ 左移←上升←放松←下降 圖1 機械手的自動控制順序功能

60、 手動操作時由按鈕操作對機械手的每一種運動單獨進行控制，在單步操作方式下，從初始步開始，按下啟動按鈕X0后，系統(tǒng)轉換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并在該步，再按一下啟動按鈕，又往前走一步。如選擇單周期工作方式，按下啟動按鈕后，從初始步開始，機械手按順序功能圖（見圖2）的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。 原點→下降→夾緊→上升→右移 ↓ 左移←上升←放松←下降 圖2 機械手的單周期控制順序功能 選擇連續(xù)工作方式時，在初始狀態(tài)按下啟動按鈕后機械手從初始步開始一個周期一個周期地反復連續(xù)工作，按下停止按鈕

61、，并不馬上停止工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在選擇單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)。如不滿足這一條件，可選擇原點工作方式，然后按回原點啟動按鈕，使系統(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。 在連續(xù)工作方式下設置兩種停車狀態(tài)： 正常停車：在正常工作狀態(tài)下的停車。按下停車按鈕，機械手完成最后一個周期的工作后，返回原點自動停車。 緊急停車：在發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時的停車。按下緊急停車按鈕，機械手停止在當前執(zhí)行狀態(tài)。當故障排除后，需手動回原點。 2.裝置簡介 參照圖1機械手結構圖，機械手在連續(xù)工作方式下，機械手按下述順序周而復始地搬物：（如圖3） 1）原位狀

62、態(tài)下（機械手在左、上限位置），按啟動按鈕，機械手開始下降。 2）下降到下限位行程開關動作，下降結束，機械手開始夾緊。 3）機械手夾緊工件，直到計時器計時時間到，上升運動開始。 4）上升到上限行程開關受壓動作，上升運動結束，機械手開始右移。 5）右移到右限行程開關受壓動作，右移運動結束，等待工件檢測信號。 6）待無工件信號到來，機械手開始下降。 7）下降到下限行程開關受壓動作，下降運動結束，機械手開始放松。 8）機械手放松工件，直到計時器計時時間到，上升運動開始。 9）上升到上限行程開關受壓動作，上升運動結束，機械手開始左移。左移到左限行程開關受壓動作，左限運動結束，機械手回到原

63、始狀態(tài)，一個工作循環(huán)完畢。 圖3 機械手工作循環(huán)過程圖 機械手的工作均由電機驅動，它的上升、下降、左移、右移都是有電機驅動螺紋絲桿旋轉來完成的。 5.2機械手PLC系統(tǒng)資源分配 PLC輸入端口對應外部設備 輸入地址 外部設備 輸入地址 外部設備 X0 啟動按鈕SB1 X12 右限位行程開關SQ3 X1 停車按鈕SB2 X13 左限位行程開關SQ4 X2 緊急停車按鈕SB3 X14 工件檢測電路 X3 手動 單步 單周期 連續(xù) 多位置開關QS1 X20 手動下降按鈕SB4

64、 X4 X21 手動上升按鈕SB5 X5 X22 手動右移按鈕SB6 X6 X23 手動左移按鈕SB7 X10 下限位行程開關SQ1 X24 手動夾緊按鈕SB8 X11 上限位行程開關SQ2 X25 手動放松按鈕SB9 PLC輸入端口對應外部設備 輸出地址 外部設備 功能 Y0 繼電器1線圈KM1 下降 Y1 繼電器2線圈KM2 上升 Y2 繼電器3線圈KM3 右移 Y3 繼電器4線圈KM4 左移 Y4 電磁閥1線圈YV1 夾緊 Y5 電磁閥2線圈YV2 放松 Y6 指示燈HL 原點指示 5.3 I/O和

65、所用內(nèi)部單元地址分配 I/O地址分配表： 輸入 功能 輸入 功能 輸出 功能 X0 啟動 X12 右限 Y0 下降 X1 停車 X13 左限 Y1 上升 X2 緊急停車 X14 工件檢測 Y2 右移 X3 手動 X15 下降 Y3 左移 X4 單步 X21 上升 Y4 夾緊 X5 單周期 X22 右移 Y5 放松 X6 連續(xù) X23 左移 Y6 原點指示 X10 下限 X24 夾緊 X11 上限 X25 放松 所用內(nèi)部單元地址分配表: 狀態(tài) 功能

66、 計時器 功能 輔助繼電器 功能 S0 初始化設置 T0 夾緊延時 M0 連續(xù)狀態(tài) S20 下降 T1 放松狀態(tài) S21 夾緊 S22 上升 S23 右移 S24 下降 S25 放松 S26 上升 S27 左移 5.4機械手軟件系統(tǒng)結構 機械手軟件系統(tǒng)結構圖 總程序結構框圖 總程序結構框圖 機械手自動操作系統(tǒng)流程圖 機械手自動操作系統(tǒng)流程圖 5.5源程序 機械手手動程序 X3 P8 X20 X10 Y1 Y0 X21 X11 Y0 Y1 X11 X22 X12 Y3 Y2 X11 X23 X13 Y2 Y3 X24 Y4 Y5 Y4 X25 Y5 Y4 Y5 LDI CJ LD ANI ANI OUT LD ANI ANI OUT LD AND ANI ANI OU